主要对比了QP1180高强钢在不同线扫描偏转角度下的激光焊接结果，对接头的焊缝成形、显微组织、拉伸性能和硬度进行了分析。研究结果表明：增加线扫描偏转角度会增加焊缝宽度，但会降低焊缝熔深；偏转角度为45°的线扫描方式可以在保证熔深、不降低焊接速度的情况下，增大焊缝宽度，并有利于提高拼焊板间隙的适应性。由于热影响区的软化区是板条马氏体回火、碳化物分解和位错密度降低引起的，振镜线扫描激光焊接增加了焊缝宽度和软化区宽度，改变了拉伸变形的应力应变分布和断裂位置。

针对MARK III型液化天然气 (LNG)船围护系统中的304L不锈钢波纹板搭接接头进行了圆形扫描激光焊接工艺研究。对于圆形扫描激光焊接的搭接接头，其下板焊缝边缘存在咬边，且在较大扫描幅度和较高扫描频率下咬边现象尤其明显。通过高速摄影发现，焊接过程中圆形扫描轨迹内部存在未熔化区域。激光斑点除自身的扫描运动外还叠加了沿焊接方向的移动，随着扫描路径的重复叠加，在扫描激光焊接熔池的内部，未熔化区域逐渐减小，最终达到稳定状态。当扫描幅度或频率提高时，单位长度母材吸收的激光能量减小，熔池温度降低，当前扫描周期下形成的熔池前沿快速凝固，从而导致未熔化区尺寸无法进一步缩小。当扫描幅度降至1.5 mm或者扫描频率降至50 Hz时，未熔化区域较小甚至完全消失，咬边现象也随之消失。

激光电弧复合焊接由于二者耦合的参数较多,为了得到优良的焊缝形貌通常需要进行大量的参数优化工作才能得到一个相对稳定的工艺参数窗口。为了缩短实验周期同时找到非稳定状态产生的内在机理,采用实验设计方法研究了光丝间距、焊接电压、激光功率对激光+脉冲熔化极气体保护焊(GMAW)复合焊接表面成形及过程稳定性的影响。通过高速摄影和电信号系统对影响成形规律差异性的原因进行了解释说明。研究结果显示,较高的电压和较小的光丝间距会导致焊接过程不稳定,造成这一现象的原因是熔滴受力模式和大小发生变化最终导致熔滴落点脱离焊枪移动方向。

焊接电弧等离子体的物理特性直接决定了焊接接头的成形形貌, 分析双组分保护气体的脉冲钨极惰性气体保护焊(P-TIG)动态电弧物理特性, 为深入开展混合气体保护焊的焊缝成形物理过程研究提供理论基础。 氩-氮混合气体保护焊电弧具有高热特性可以增加熔深, 但在焊接前混合均匀的保护气体, 引弧后气体浓度会重新分布, 使电弧等离子体物理特性的实时动态变化特点变得复杂。 光谱诊断是电弧等离子体物理特性测量的最重要手段, 但对双组分气体保护的P-TIG焊电弧特性的研究仍需深入进行, 特别是对于易引起缺陷的起弧过程, 其动态物理特性亟需深入分析。 针对氩-氮混合气体P-TIG焊的引弧过程, 以P-TIG焊产生的氩-氮双组分电弧等离子体为研究对象, 提出利用窄带滤光片与CCD相结合的高速摄影实验系统采集双组分电弧等离子的动态光谱信息, 获取特征谱Ar Ⅰ 794.8 nm和N Ⅰ 904.6 nm的P-TIG焊电弧光谱强度动态分布; 提出利用双元素双组分标准温度法计算P-TIG焊引弧过程中距离钨极下方1, 2, 3和4 mm位置处电弧等离子体的动态温度及浓度, 定量分析80%Ar+20%N2保护的P-TIG焊从引弧至电弧稳定过程的电弧等离子体物理特性实时分布。 实验结果表明, 80%Ar+20%N2保护的P-TIG焊电弧强度、 电弧温度及浓度的变化均与脉冲电流的变化同步, 焊接电流在3 ms内达到稳定状态, 而电弧等离子体的强度、 温度及浓度需要更长时间达到平衡状态。 从起弧到电弧等离子稳定燃烧的过程中, 基值期间和峰值期间的电弧等离子体强度均呈现先升高再降低的趋势; 由于阴极的热传导及电流密度的变化, 使得电弧等离子体轴向位置的峰值温度及基值温度均出现迅速升高再缓慢降低的现象; 由于粒子间碰撞及摩擦力的影响, 使得电弧等离子体的峰值及基值期间氩的浓度均呈迅速减小再缓慢增加的趋势, 且氩的浓度均低于焊前浓度。

将连续激光、脉冲激光分别与脉冲GMAW(熔化极气体保护焊)进行复合,研究了不同复合焊接模式下激光离子体与电弧等离子体的动态交互行为。研究结果表明:与连续激光+脉冲GMAW复合焊接模式相比,脉冲激光+脉冲GMAW复合焊接模式可以在激光平均功率较小的情况下获得更大的熔深;在复合过程中,当激光脉冲峰值出现的时刻错开电流峰值的上升期时,这一瞬态时刻等离子体的急剧膨胀现象可以得到抑制,激光能量的传输可以得到改善。

在不同焊接参数下对QP1180高强钢薄板进行激光焊接试验,对接头的显微组织、显微硬度、拉伸性能及杯突成形性能进行了分析。研究结果表明:在热影响区的回火区(软化区)形成了回火马氏体组织,导致该区存在明显的软化;提高焊接速度和降低热输入可显著降低软化程度;软化区受到两侧强体的约束而得以强化,导致拉伸后最终断裂在母材处,强度与母材相当;提高焊接速度和增加焊缝偏移可显著提高杯突值,高焊接速度下的焊板垂直于焊缝开裂,具有高杯突值,低焊接速度下的焊板沿软化区平行于焊缝开裂,具有低的杯突值;随着焊缝偏移的增大,杯突值增大,偏移至30 mm时,杯突值达到母材水平。

多丝熔化极气体保护焊中, 由于电弧间的相互干扰, 电弧工作状态不稳定, 进而影响焊接过程稳定性和焊接质量。 基于Boltzmann作图法测量电子温度场和Stark展宽法研究了多丝工作条件下电弧的电子温度分布和电子密度分布, 结合高速摄影获得的定量化结果, 给出电弧间干扰的定量化分析。 光谱诊断结果表明双丝情况下, 当加入电弧工作电流大于原电弧时, 原电弧电子温度中心向新加入电弧稳定偏移, 而且偏向新电弧一侧电子密度明显增加, 而新电弧工作电流等于原电弧时, 电弧电子温度和电子密度分布都反映出原电弧工作状态不稳定。 三丝情况, 由于加入第三根电弧, 导致中间电弧电子温度分布变得复杂, 而其电子密度分布接近于单丝工作情况。

理解脉冲GMAW焊电弧物理的动态特性对解释这一焊接方法的内在机理及获取优化控制策略有重要意义, 通过在高速摄影前加窄带滤波片的方法研究了脉冲GMAW焊接过程中不同粒子的扩散行为, 同时采用光谱仪研究了不同状态下金属与蒸汽保护气氛谱线的强度分布信息, 采用气体状态方程、 等离子体准中性方程、 和Saha方程计算了脉冲GMAW焊接峰值和基值两种不同状态下的金属蒸汽浓度分布。 研究结果显示, 在峰值时刻, 金属蒸汽被约束在电弧中心1 mm左右的范围内, 当电流从峰值跳转到基值时刻, 金属蒸汽从中心扩散到电弧外围区域, 峰值时刻中心金属浓度约为75%, 而基值仅为35%左右。

采用YLS-10000光纤激光器和ERNiMo-8焊丝，对液化天然气船液罐用9Ni钢进行了超窄间隙激光焊接，研究了接头组织和性能。结果表明，优化焊接参数可以得到侧壁熔合良好的超窄间隙接头。焊缝组织主要为奥氏体，两侧结晶形态为柱状晶，中心为等轴晶。热影响区分为明显的粗晶区和细晶区，组织均为马氏体和少量残余奥氏体，硬度均值约为340 HV，远高于母材均值(230 HV)和焊缝均值(200 HV)。拉伸试样均断于焊缝，接头抗拉强度略低于母材的。随着与焊缝中心距离的增大，接头的低温冲击功增大，且均值都在70 J以上。断口形貌均为细小的韧窝，接头为韧性断裂。

研究了不同Al-Si镀层去除状态下Usibor 1500钢激光拼焊后和热成形后焊接接头的组织特征, 并采用室温拉伸试验测试了热成形后焊接接头的力学性能。结果表明, 拼焊后的焊缝区显微组织为粗大板条马氏体和在光学显微镜下呈白色不均匀的第二相,白色相随着去除镀层部位的增多而减少。接头拉伸断裂模式与焊缝中白色相的分布情况相关。镀层去除状态对激光拼焊板性能有着显著影响, 上表面镀层的去除可显著提升接头性能; 随着下表面镀层去除部位的增多, 接头拉伸性能提升, 且在上下表面镀层全部去除的情况下, 接头的抗拉强度达到最大。