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。

为了解决传统焊接工艺(填丝TIG焊)焊接传动轴总成滑移端壳体-法兰存在的焊缝余高太高, 造成应力集中; 焊缝熔化不均匀、气孔, 造成壳体和法兰在传递扭力时脱落; 整体焊缝外观成型质量差; 焊丝损耗比较大; 焊接效率低等问题。采用激光深熔焊接对传动轴总成滑移端壳体-法兰进行焊接, 并研究激光焊接后焊缝表面形貌、焊缝宽度和热影响区宽度、焊缝熔深、焊缝余高和焊缝显微硬度。结果表明: 激光深熔焊接后, 传动轴总成滑移端壳体-法兰焊缝熔化均匀、无气孔等缺陷; 焊缝表面形貌美观, 热影响区以及焊缝宽度远小于传统工艺焊接时的热影响区及焊缝宽度, 焊缝和热影响区的硬度均高于母材, 热影响区未出现软化, 焊接熔深达到焊接要求, 焊缝余高为0.3 mm, 同时激光焊接效率较高, 满足传动轴总成滑移端壳体-法兰的焊接要求。

针对飞行器发动机水冷壁结构，进行了GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊试验，主要研究了焊接参数对焊缝成形和焊接裂纹的影响规律，分析了焊接裂纹形成原因，得到了较合理的焊接工艺区间。结果表明，对于GH3128/06Cr19Ni10异种材料T型接头激光穿透焊，连续焊比脉冲焊更易实现稳定焊接，获得良好焊缝成形。焊接裂纹是接头主要缺陷裂纹都在高温合金一侧产生，控制激光功率、保证对中可降低裂纹产生概率。焊接接头的另一种缺陷是表面下塌，保证间隙小于0.2 mm可抑制下塌缺陷的产生。对由41条焊缝组成的模拟件进行了10 MPa，5 min水压测试，每条焊缝都满足要求。

在一定工艺条件下，焊缝熔合面积随线能量的增加线性增长，而在激光功率与焊接速度二者之中，激光功率对熔深有更为显著的影响，焊接速度则对熔宽影响较大。400nm～600nm波段的等离子体光信号可以较好地反映非穿透激光深熔焊熔深的变化，其均方根值与熔深成严格的二次曲线关系，另外还分析了等离子体光信号与焊缝熔深之间内在联系。研究结果为非穿透激光深熔焊熔深的实时监测或预测提供了理论与实验依据。

采用20 kW CO2激光加工系统焊接低碳钢,研究了辅助气体对等离子体屏蔽临界功率密度的影响。研究结果表明,辅助气体不同时等离子体屏蔽临界功率密度由小到大的排列顺序为：Ar→N2→CO2→He。Ar作为辅助气体时,等离子体屏蔽的临界功率密度可以低至1.85×10 6 W/cm2。辅助气体对等离子体屏蔽临界功率密度的影响主要取决于气体的导热性和解离能,相比而言,气体电离能的影响是次要的。采用Ar作为辅助气体时,等离子体屏蔽临界功率密度低的原因主要在于Ar的导热性能差,激光支持的燃烧波(Laser-supported Combustion Waves,LSC)波容易过热和扩展。

采用2.5 kW CO2激光器焊接不锈钢,设计一个由两个同轴圆管组成的双层喷嘴,研究了Ar和He的组合方式、流量、喷嘴角度等对光致等离子体控制效果的影响。当内管通Ar,外管通He且喷嘴角度大于45°时可将等离子体完全抑制在蒸发沟槽之内,从而获得具有大的熔深和深宽比的焊缝。控制等离子体所需的He气流量与焊接速度有关,焊接速度增加,He气流量减小。