采用激光深熔焊方法对T2紫铜和SUS304不锈钢进行了焊接处理,研究了基于PLC控制的光束偏移对焊接接头显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：不同光束偏移量的T2紫铜-SUS304不锈钢焊接接头的剖面形貌中均呈现铜侧平直、钢侧沙漏状形态；光束正偏移时焊缝较窄、负偏移时焊缝较宽；光束正偏移时的铜侧热影响区宽度明显大于光束负偏移（光束偏向钢侧）时,光束正偏移时钢侧熔合线附近的胞状枝晶较小且存在较多的颗粒状Cu2O相,光束负偏移时熔合线附近为明显垂直于焊缝生长的细长柱状晶以及靠近焊缝中心的网状胞晶,局部可见颗粒状Cu2O相；光束偏移0和+0.15 mm的焊接接头断裂位置在焊缝处,光束偏移+0.30 mm、-0.15 mm和-0.30 mm的焊接接头断裂位置都处于铜侧热影响区；光束偏移+0.3 mm时可以取得较好的焊接效果,焊接接头的拉伸断口形貌观察结果与拉伸测试结果相吻合。

铜具有很高的热导率和激光反射率，在铜-钢激光焊接过程中铜侧易出现未熔合和咬边缺陷，针对这一问题，使用4 kW光纤激光器进行两种激光光束偏角下的T2紫铜和SUS304奥氏体不锈钢的激光焊接工艺研究，发现激光光束向钢侧偏转能显著增加铜的熔化量，进而抑制焊缝成形缺陷，促进焊缝组织混合，优化焊缝连接形式，并促使铜侧界面处成分平缓过渡，得到强度稳定的焊接接头。

采用光纤激光对2 mm厚T2紫铜板和SUS304不锈钢板进行焊接, 研究了激光偏角、离焦量以及焊接速度对焊缝成形的影响规律。结果表明, 激光偏角为正,离焦量为正以及合适的焊接速度下可以获得焊缝成形良好的接头。研究还发现, 在熔池的流动搅拌作用下, Fe元素呈杂乱状卷入焊缝中, 弥散分布或聚集呈块状或条状分布在焊缝中, 铜和钢导热系数的巨大差异导致焊缝两侧的成形过程不同。

采用波长为1 080 nm的光纤激光, 对厚度为0.3 mm的304不锈钢超薄板进行连续激光搭接焊。在6 m/min, 0离焦下, 600 W可以焊透; 超薄板焊接速度可以达到10 m/min以上而不会产生驼峰等缺陷。同时, 进行了焊缝显微组织的研究。当热输入量较小时, 冷却速度较大, 焊缝为全奥氏体; 当热输入量变大后, 焊缝中会夹杂有少量的铁素体。焊缝组织表现为一种“斑块”块状组织, 柱状晶不明显, 柱状晶由不规则的“斑块”状组织代替, “斑块”由焊缝边缘向中间生长并在焊缝中心交汇, 焊缝中心并无等轴晶的形成。区域硬度由高到低依次为母材、热影响区、焊缝, 且热影响区为应力薄弱区。扫描电镜显示拉伸断口形貌为韧性断裂, 接头抗拉强度为620 MPa。

为了优化激光打孔参量和提高激光打孔成型质量, 采用正交实验法对5mm厚的SUS304不锈钢材料进行激光打孔实验研究和理论分析, 测量和计算得到了激光打孔上下孔径和锥度的数据, 并采用极差分析法得到了脉冲宽度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲个数等参量对小孔锥度的影响程度以及SUS304不锈钢激光打孔的最优实验参量组合。结果表明, 离焦量、脉冲宽度和脉冲个数对孔锥度的影响较大, 重复频率和脉冲能量的影响较小, 优化后的激光参量为脉冲宽度0.5ms、脉冲能量2.5J、重复频率40Hz、离焦量0mm、脉冲个数200个。采用优化后的激光参量可加工出锥度较小的孔。

为了拓展半导体激光器在激光加工领域的应用范围，使其能够应用到厚板金属材料的焊接中，采用了Laserline 公司研制的LDF4000-40 光纤耦合半导体激光焊接系统，研究了其厚板SUS304 奥氏体不锈钢的焊接性能。实验结果表明，其厚板SUS304 奥氏体不锈钢焊接过程中完全能够形成匙孔效应，具有较强的穿透能力；相比于同等工作条件下的光纤激光，其焊接熔深有所减小，而焊接熔宽有所增加；焊缝成型及焊接过程稳定性要优于光纤激光，飞溅量明显小于光纤激光。由此证实了光纤耦合半导体激光器完全可以用于厚板金属材料的焊接。