针对激光深熔焊接过程的监控问题,基于小孔内部压力平衡条件分析了小孔振荡和小孔深度的关系。在此基础上基于小孔行为与等离子体行为的耦合性,以及等离子体振荡特征与等离子体电信号波动特征的一致性,利用短时自相关分析方法分析了A304不锈钢和Q235碳钢在激光深熔焊接过程中等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系。结果表明,等离子体电信号振荡周期随焊缝熔深的增加而增大,并且不同焊接材料的等离子体电信号振荡周期与焊缝熔深之间的关系不同。最后,在可变热输入连续焊接验证实验中,在焊接过程稳定的条件下,等离子体电信号的短时自相关分析结果与焊缝熔深之间有比较好的对应关系,与所分析的小孔振荡特征方程具有一致性。

利用无源电探针检测装置, 对A304不锈钢YAG激光焊接过程中的等离子体电信号进行了检测, 并且同步触发高速摄像装置, 对等离子体的形态进行记录。对等离子体高速摄像图片与电信号进行了时域对比分析, 发现电信号电压波动特征与等离子体形态波动特征吻合较好。对一定时间长度内的电信号进行功率谱密度(PSD)分析, 发现电信号PSD图中特征峰值对应的频率与等离子体形态波动频率基本一致。结果表明, 等离子体的形态波动、电信号的波动特征与小孔的行为具有很强的关联性。这种波动特征受到焊接参数的影响, 波动频率随着激光热输入的增大而减小。

提出一种无源电检测装置，对A304不锈钢YAG激光焊接过程中的等离子体电信号进行检测，并利用高速摄像机对等离子体的形态进行观察。结果表明，不同焊接模式下的等离子体电信号具有不同的时域特征。对不同焊接模式下的等离子体电信号特征进行理论与试验分析，发现等离子体电信号受等离子体效应和鞘层效应的共同影响;小孔的形成与否是造成不同焊接模式下等离子体电信号特征不同的决定性因素。

利用无源电探针检测A304不锈钢在不同的NdYAG激光焊接条件下的光致等离子体电信号，研究了不同的激光焊接模式与激光等离子体电信号频谱分析结果之间的关系，分析了不同条件下的等离子体电信号波形图和频谱图，阐述了不同激光焊接模式下的焊缝横截面成形特征与等离子体电信号波形、频谱特征的关系。结果表明,在试验设定条件下，不同的激光焊接模式具有不同的等离子体电信号频谱特征。利用在500~1000 Hz范围内等离子体电信号频谱的谱强度E的大小可判别激光焊接过程是否为深熔焊，当E较大或超过一定值时，激光焊接模式为深熔焊。

激光等离子体中包含了反映激光焊接过程特征的信息。利用激光等离子体光电信号同步检测系统，检测激光等离子体的光电信号并进行光电信号的对比分析，阐明了电信号与等离子体温度之间的关系；对A304不锈钢、430不锈钢、碳钢Q235等材料的激光表面自熔焊接过程的等离子体电信号进行了实时检测及概率密度分布分析，对深熔焊特征最明显的A304不锈钢进行了电信号概率密度分布的标准差分析。研究结果表明：利用激光等离子体电信号能够实时反映激光焊接等离子体的温度变化的特点，可以根据激光等离子体电信号概率密度分布来分析激光焊接模式的特点，进一步的标准差分析法可以判断A304不锈钢激光焊接的模式。