针对ER316L不锈钢激光填丝焊过程中因送丝不稳定导致的焊缝质量问题, 提出了基于光致等离子体发射光谱诊断的在线监测方法, 构建了焊缝质量预测模型, 对实现焊接过程自适应控制和激光焊接智能化有重要意义。 为深入研究激光焊中激光与焊材的相互作用机制, 进行了激光自熔焊、 激光填丝焊试验, 同步采集了光致等离子体的光谱信息, 并与TIG焊工艺下的电弧光谱进行了对比分析。 结果表明激光自熔焊时光谱由连续谱和强度较弱的Fe Ⅰ 636.44 nm、 Cr Ⅰ 427.48 nm线谱组成; 激光填丝焊时辐射光强显著增加, 并产生大量Cr Ⅰ谱线; 电弧光谱包含大量的Ar Ⅰ、 Ar Ⅱ谱线及少量的Fe Ⅰ谱线。 根据Boltzmann作图法和Stark展宽法, 求得激光填丝焊时光致等离子体电子温度为5 024.9 K, 电子密度为2.375×1016 cm-3, 满足局部热力学平衡状态。 在此基础上, 深入探究了激光焊接质量与光谱特征参量的内在联系。 结果表明, 谱线强度和电子温度与焊缝质量有很强的相关性。 当成形良好时, Cr Ⅰ谱线强度数值较高, Fe Ⅰ谱线强度较低, 电子温度在小范围内稳态波动; 当产生偏丝缺陷时, Cr Ⅰ谱线强度较低, 而Fe Ⅰ谱线强度较高, 电子温度急剧变化。 以平滑去噪处理后的Cr Ⅰ 529.83 nm谱线强度、 Fe Ⅰ 636.44 nm谱线强度和电子温度为输入, 构建单隐含层神经网络焊缝质量分类模型, 识别成形良好和偏丝缺陷两种状态, 测试10次的平均准确率为88%。 采用t分布随机邻域嵌入算法对光谱数据进行维数约简, 以得到的3维嵌入向量为输入特征, 采用同样的神经网络结构进行焊缝质量模式识别, 平均准确率为97%。 结果表明, 对光谱数据进行降维处理得到的特征包含了线谱和连续谱信息, 比人为选取的特征线谱更能准确表征焊缝质量。

为阐明异种钢激光填丝焊接工艺参数对焊缝成形的影响, 以不等厚板2 mm 45钢和6 mm 316L不锈钢为试验材料, 采用激光填丝焊接方法进行焊接, 研究不同对接间隙下的焊缝成形以及焊接接头的力学性能。结果表明, 随着对接间隙的增加, 余高逐渐减小, 焊缝形貌从钉子形向H形过渡, 随着对接间隙变大, 焊缝形成缺陷。焊缝中心硬度随着对接间隙的增加而减小, 焊接接头硬度最高处位于45钢热影响区。焊接接头的抗拉强度随着对接间隙的增加先增大后减小。在对接间隙为0.6 mm时, 表面形貌良好且抗拉强度最高, 焊接试验断裂位置在2 mm 45钢一侧。

试验采用激光填丝焊接方法对低合金高强钢进行焊接，利用高速摄像研究了激光功率、送丝速度和离焦量等工艺参数对焊接过程稳定性的影响，并以优化的工艺参数获得了良好的焊接接头。结果表明：减小激光功率或增加送丝速度都能降低气孔率；当离焦量为0 mm时，气孔率最低。焊接稳定性依赖于熔滴过渡模式，当熔滴过渡模式为液桥过渡时，激光填丝焊接稳定性得到改善。激光填丝焊接接头的丝材熔化区为奥氏体和马氏体双相组织，激光作用区为马氏体单相组织，激光区显微硬度高于丝材熔化区。

采用窄间隙摆动激光填丝焊实现了环形工件焊缝成形，被焊工件为22 mm厚Q355B钢管与35钢环形铸件，采用1道自熔打底焊和6道填丝焊完成焊接，然后通过拉伸、弯曲、冲击性能及显微硬度评定了接头的力学性能。结果表明：35钢/Q355B钢焊接接头表面成形良好，表面无咬边、焊瘤，侧壁、层间无气孔及未熔合现象；35钢侧热影响区由残余奥氏体、铁素体、少量马氏体和魏氏体组成，Q355B钢侧热影响区由板条马氏体、少量粒状贝氏体和铁素体组成，焊缝区主要由珠光体、粒状贝氏体、针状铁素体和回火马氏体组成；拉伸试样均断裂在母材处，冲击性能符合相关标准，试样弯曲后表面未产生明显裂纹，说明焊接接头的力学性能良好；通过改变焊接参数可以降低热影响区的硬度。

为研究淬火对AS300/MBW500不等厚钢激光填丝焊接头组织性能的影响，在AS300/MBW500不等厚钢激光填丝焊基础上，进行水淬热处理试验。通过分析焊接接头的微观组织、维氏硬度和元素组成，获得水淬热处理对焊接接头的影响规律。结果表明：随着淬火温度的升高，焊接接头组织中Al元素聚集含量增加，焊缝硬度降低；930 ℃时，薄板与焊缝、焊缝与厚板之间的硬度阶梯值相等，焊缝抗拉强度为908 MPa，伸长率为7.5%，提高了不等厚钢激光填丝焊接接头的力学性能。

对5 mm厚T91马氏体耐热钢板激光填丝焊工艺进行研究, 分析了热输入对焊缝成型、微观组织、内部气孔数量的影响规律, 并对最佳参数焊缝的力学性能进行了检测。结果表明, 采用同质焊丝焊接T91钢, 焊后对焊缝进行热处理, 随着热输入的增加, 焊缝宽度变大, 焊缝内部气孔数量减少, 晶粒度变化不明显, 焊缝区与热影响区组织均为回火马氏体; 采用功率5 600W、速度1.2 m/min、送丝速度1.2 m/min的参数焊接可获得内部基本无气孔的焊缝, 焊缝显微硬度300 HV, 抗拉强度697 MPa, 断裂在母材, 180°正弯与背弯曲均未出现裂纹, 20/0/-20℃下冲击性能均高于母材。

利用5 kW碟片激光器对1.1 mm厚的先进高强钢进行对接填丝焊,采用正交试验设计激光工艺参数,并借助万能力学试验机、显微硬度仪、光学显微镜和扫描电镜对焊接接头的拉伸强度、显微硬度、表面与截面组织进行分析,研究激光工艺参数对焊接接头力学性能及组织的影响。结果表明,在试验参数范围内,激光功率与焊接速度是影响接头性能最重要的参数。在合理的工艺参数下,即线能量大于阈值时,可以获得均匀、连续以及表面光滑的焊缝形貌,抗拉强度为母材的90%以上。接头均存在熔合区硬化和外侧热影响区软化现象,熔合区组织主要由板条马氏体和先共析铁素体组成,热影响区组织因回火马氏体的大量出现而发生软化,从而影响接头拉伸性能。

为了研究离焦量对激光填丝焊熔滴过渡及相关特征的影响,获得稳定过渡模式,借助高速摄像系统观察了不同离焦量下的熔滴过渡行为,并将其分为液桥过渡、混合过渡和滴状过渡3种类型进行了分析。结果表明,离焦量为-1mm和+3mm时的液桥过渡模式可以保证焊接过程的稳定性,获得的焊缝质量良好,焊缝截面无气孔等缺陷；而离焦量为+5mm时的过渡模式为滴状过渡,此时焊接稳定性最差,焊接过程中匙孔会完全闭合,焊缝表面成形不规则,焊缝截面底部出现大的气孔。该研究结果对实际生产有指导作用。

采用激光填丝焊方法焊接了6082铝合金，研究了焊接速度对焊接接头热影响区软化的影响。结果表明，当温度为430~560 ℃时，接头热影响区会发生明显的β″强化相溶解， β″相的数量明显减少，接头的硬度和拉伸强度减小，发生了热影响区的深度软化效应，热影响区的软化区成为接头最薄弱的区域。当激光功率为4250 W，焊接速度为2.7 m·min-1时，接头热影响区的局部深度软化现象得到有效抑制，其平均硬度值大于82 HV，抗拉强度增大至249 MPa，接头的拉伸断裂发生于焊缝。

利用超窄间隙激光填丝焊技术实现了P92/Inconel 625异种接头,研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊接接头的焊缝整齐,侧壁熔合良好,无气孔等缺陷;焊缝具有典型的凝固组织特征。P92钢热影响区的组织为马氏体,并分为粗晶区和细晶区。焊接接头界面中P92钢粗晶区的硬度最大,经热处理后硬度减小。常温拉伸试验中试样均断裂于Inconel 625合金,高温拉伸试验和高温持久试验中试样均断裂于P92钢,焊接接头的冲击韧性介于两种母材之间。