通过对10 mm厚Q345钢进行高功率激光-电弧复合焊接实验，对比研究了7.5 kW激光对不同模式电弧焊接熔滴过渡与焊缝成形的影响。结果表明：高功率激光的加入对标准熔化极活性气体保护电弧焊（MAG）、冷金属过渡弧焊（CMT）和脉冲电弧焊接过程中的熔滴过渡有显著影响。在标准MAG焊接过程中，激光会吸引和压缩电弧，导致电弧长度显著缩短，同时匙孔喷出的金属蒸气与等离子体会降低熔滴过渡频率；在CMT焊接过程中，激光会延长单次短路过渡周期，同时引起的熔池振荡会降低短路过渡的稳定性；在脉冲电弧焊接时，激光的加入提高了熔滴过渡频率，同时匙孔处的气流对熔滴过渡起阻碍作用，使熔滴向熔池侧面过渡，造成飞溅的产生。与单一电弧焊接相比，激光-标准MAG与激光-脉冲电弧复合焊接中的焊缝熔宽增加，而激光-CMT焊接中的焊缝熔宽的变化不明显；受熔滴直径和过渡频率的影响，激光-标准MAG与激光-CMT焊接中的焊缝余高减小，而激光-脉冲电弧焊接中的焊缝余高略有增加。三种电弧模式下激光与电弧相互作用的熔化能增量值（ψ）不同，其中，激光-脉冲电弧复合焊接的ψ值最高（36%），其次为激光-标准MAG复合焊接（19%），激光-CMT复合焊接的ψ值最小（-12%）。

对10 mm厚Q345钢进行高功率激光?MAG复合焊接试验，研究电弧功率对焊接过程熔滴过渡行为与飞溅的影响。结果表明：电弧功率会显著影响焊缝形貌与熔滴过渡行为，电弧功率过高或过低均会导致焊缝表面塌陷；当电弧功率为6860 W时，可获得平整光滑的焊缝形貌，且无咬边塌陷等缺陷；随着电弧功率增大，溶滴过渡模式逐渐由含短路过渡的混合过渡模式向单一射流过渡模式转变，前者主要包括大滴过渡、射滴过渡、射流过渡分别与短路过渡组成的混合过渡模式；混合过渡模式下的短路过渡是产生飞溅的主要原因，在单一射流过渡模式下匙孔处的羽辉气流会促进飞溅的产生。

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。

为研究激光功率对铝合金激光-MIG复合焊接过程稳定性的影响，采用高速摄像及NI USB-6251数据采集卡对复合焊接过程中电弧参数、熔滴过渡行为及飞溅产生行为进行了研究。结果表明：随着激光功率增大，电弧峰值电流减小，而峰值电压增大；在4 kW激光功率时，以射滴过渡为主，偶尔发生短路过渡情况，随激光功率小幅增加，短路过渡现象消失；当激光功率增大到5.5 kW时，稳定的一脉一滴过渡中出现了两脉一滴的过渡形式，降低了熔滴过渡稳定性。激光功率增大，金属蒸气对匙孔壁上液态金属剪切力也随之增强，导致匙孔壁上方飞溅产生次数增加。当激光功率为4~4.5 kW时，匙孔后壁飞溅产生次数明显多于匙孔前壁，但激光功率大于5 kW后，匙孔前后壁飞溅次数相当。最后，对匙孔前后壁熔池金属进行了受力分析，并总结了匙孔壁上方飞溅产生的机理。

为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历“液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥”阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。

本文采用高速摄影技术和宏观金相对船用E36高强钢激光复合焊接熔滴过渡、焊缝成形及其机制进行研究。结果表明: 与激光引导电弧复合焊接相比, 电弧引导激光复合焊焊缝熔宽降低, 余高增加, 其熔滴过渡速率低于激光前引导模式。增加激光功率能消除焊缝背面焊瘤, 弧长修正系数过大会降低熔滴进入熔池过程的稳定性, 使焊缝成形质量降低。随着光丝间距的增加, 熔池长度增加, 激光金属蒸气对熔滴的作用力和熔滴下部的电磁力降低, 减少了熔滴过渡的阻力。电弧前引导时, 焊缝熔池金属铺展性较差, 熔宽和余高逐渐降低; 激光前引导时, 背面熔宽增加, 当光丝间距为8 mm时, 两热源熔池近似分离, 焊缝出现明显凹陷。

采用高速摄影技术、宏观金相和焊接电信号采集对激光脉冲电弧复合焊焊缝成形形貌、熔滴过渡和焊接飞溅进行了研究。结果表明:采用激光脉冲电弧复合焊能改善焊缝成形,同时明显改变了焊接电流、电弧电压以及熔滴过渡模式。激光非脉冲电弧复合焊的熔滴和熔池以及熔滴和焊丝之间形成的液桥在过大电磁收缩力的作用下发生爆炸,此外,熔池表面的熔滴在电弧力和内部气体膨胀的作用下发生爆炸,从而产生飞溅。而采用激光脉冲电弧复合焊接工艺能明显降低焊接飞溅,这主要是因为脉冲电弧降低了短路过渡时的电流以及熔池的震荡。

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。

通过端接接头的激光-MAG复合焊接实验,研究了焊接方式、光丝间距、能量输入等对熔滴过渡行为及气孔缺陷特征的影响规律。研究结果表明:激光-MAG复合焊接比单激光焊更适用于端接接头的焊接,可以改善焊缝的成形,抑制气孔缺陷;激光引导方式优于电弧引导方式,得到的焊缝内的气孔缺陷较少;适当增加光丝间距有利于焊接过程的稳定性;电弧能量输入主要影响焊缝形态,而激光能量增加则会阻碍熔滴过渡,并使焊缝底部产生气孔缺陷。

以3 mm厚高强钢为试验材料,采用光纤激光-熔化极稀有气体保护焊电弧复合焊接方法,研究了焊速为5 m·min ^-1时激光功率与电弧电压对焊缝形貌的影响,并与低速焊接中厚板得到的焊缝形貌进行了比较。研究结果表明,增大电弧电压和激光功率均能提高焊接过程的稳定性,获得良好的焊缝成形。在不同的热源位置下,焊缝形貌会出现浅“Y”型和深“Y”型的区别。通过高速摄影发现,当激光前置时,熔滴尺寸较大,且过渡时易发生汽化爆炸,对熔池的冲击较大;当电弧前置时,匙孔稳定存在,液态金属能沿着孔壁向下流淌,增大熔池底部面积。在低速焊接中厚板时,由于焊接线能量及工件的表面张力存在差异,焊缝形貌与高速焊接薄板时得到的形貌不一致。