研究了在坡口中进行复合焊时激光和电弧的耦合行为，结果表明：当光丝间距为2 mm时，激光和电弧能够持续耦合，但熔池表面波动剧烈，焊接飞溅较大，表面成形较差；当光丝间距为4 mm时，激光和电弧等离子体出现周期性耦合，熔池表面波动较小，焊缝表面成形较好。出现周期性耦合主要是因为焊丝熔化后先填充坡口，造成电弧下方液体堆积，激光作用区域和电弧作用区域的高度不在同一水平面上，使得实际光丝间距大于4 mm，激光和电弧不耦合；当堆积液体达到一定高度后，在重力和表面张力作用下液体向激光作用区域流淌，液面趋于水平，实际光丝间距接近4 mm，激光和电弧等离子体连接在一起，再次发生耦合。当光丝间距大于6 mm时，激光和电弧不发生耦合。

采用正交试验法，在不同参数下对厚度为30 mm的5083铝合金厚板进行了激光焊接工艺试验研究。结果表明，激光功率、焊接速度及环境压力对焊缝成形、气孔率均有不同程度的影响，其中环境压力对气孔率、熔深和深宽比的影响最大。当环境压强降至5 kPa时，熔深达到了常压下的2倍，气孔率仅为0.057%。研究结果为铝合金激光焊缝成形和气孔率的控制提供了参考。

以Abaqus软件为平台，开发了用于模拟激光熔覆过程温度场和应力场的非线性有限元计算方法。根据激光熔覆过程的特点，通过开发Abaqus用户子程序建立了相应的移动热源模型。利用开发的计算方法，对激光单道单层熔覆、单道双层熔覆和单道十层熔覆过程的温度场和应力场进行了数值模拟。基于数值模拟结果，对激光熔覆的温度场特征和焊接应力的演化过程进行了探究。数值模拟得到的温度-应力演化过程结果将有助于理解激光熔覆过程中冶金缺陷(如热裂纹)的形成机理和提出相应的防止对策。

利用半导体激光器在汽轮机末级叶片材料17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金涂层，然后分别制备17-4PH不锈钢、17-4PH不锈钢表面激光熔覆和17-4PH不锈钢表面激光熔覆后经550 ℃×6 h热处理的疲劳试样，进行高周拉压疲劳试验,并对疲劳断口进行扫描电镜（SEM）分析。试验结果表明：在107循环周次条件下，基材17-4PH不锈钢的疲劳极限为470 MPa，基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层试样的疲劳极限下降到380 MPa,而基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层经过热处理后的试样可达到440 MPa；基材17-4PH不锈钢的裂纹源通常位于表面、近表面或内部缺陷处，裂纹扩展区具有明显的疲劳辉纹特征，瞬断区为韧窝特征；而熔覆试样的裂纹源位于熔覆层侧的缺陷处或熔覆层与基体的界面结合处，然后向熔覆层和基体两侧扩展，熔覆层侧呈脆性沿晶断裂，基体呈韧性疲劳断裂。

真空激光焊接具有更大的熔深和更小的气孔敏感性，为了利用真空激光焊接的优点，同时消除真空室尺寸对工件大小的限制，设计了局部负压激光焊接方法。此方法将负压腔与激光焊接头固定，通过真空泵对负压腔快速抽气从而在焊接熔池上方形成负压环境，在此环境下进行了一系列的激光点焊试验和连续焊试验，并与相同焊接参数下的常压和常压带侧吹条件的焊缝进行对比。通过高速摄影分析了负压环境下的金属蒸汽羽烟特点和熔池行为。结果表明，点焊时负压环境下金属蒸汽羽烟抑制效果明显，焊缝熔深增加，除去凹坑深度的焊缝熔深相比常压侧吹最大可增加4.5 mm。连续焊时熔池后方匙孔闭合，金属液向后堆叠，获得的焊缝成型良好，负压下焊缝熔深比常压侧吹条件下平均增加2 mm。

采用大功率CO2激光器研究Al-ZL101/TiB2-Al三层板激光焊接，根据扫描电镜(SEM)及维氏硬度计观察并测量焊后各层TiB2分布及焊缝硬度，得出了在激光焊透及未焊透时的熔池流动状态。结果表明，在激光未穿透焊接时，熔池内存在一个对流环，其对流在小孔缩颈处最为强烈，此处硬度值最大，TiB2体积分数最高，而在熔池底部对流最弱，硬度值最低，TiB2体积分数最小；在激光全焊透焊接时，熔池在上下两个表面分别存在对流环，下表面对流比上表面对流更为强烈，其硬度值较大，TiB2体积分数较高，对流在焊缝中间层两对流环连接处最弱，此处对流流失的TiB2最少，使得TiB2体积分数最大，硬度值最高。

为了实现复杂条件下的焊缝检测与跟踪,通过激光扫描技术,开发了环形激光视觉传感器,与机器人手爪一起构成焊接机器人“手眼”系统,从而获得焊缝三维信息。改善了传统的点状或线条状激光视觉传感器信息量少、解释模糊以及跟踪方向单一等问题。研究了用于焊缝定位与跟踪的环形激光视觉传感器系统的内外参量标定,提出了实现焊缝三维计算的模型,最后,以对接接头、搭接接头、角接接头为对象进行了试验验证,并对标定精度进行了分析。结果表明:环形激光在不同的焊缝表现了不同的形态,结合标定试验结果,能够计算被检测焊缝的三维坐标,计算精度能够满足试验要求。