在激光焊接中，激光光斑半径的大小直接影响激光功率密度，不同的激光功率密度对熔池流场和小孔的三维形状有影响。然而，关于激光光斑尺寸对激光熔池和小孔行为的影响的研究很少。基于Fluent软件建立了激光焊接热-流耦合模型，研究了激光光斑尺寸下激光焊接过程的匙孔三维瞬态行为及熔池流场。研究结果表明，随着光斑半径的增大，匙孔的深度明显变小。光斑半径分别为0.1 mm和0.15 mm时，焊接过程中均会出现匙孔底部闭合的情况，当光斑半径为0.2 mm时，匙孔未出现闭合的情况，匙孔的稳定性有所提高。随着光斑半径的增大，熔池最大流动速度波动相对较小，熔池尺寸逐渐增大。

铝锂合金以其质轻、高强、耐腐蚀等优势成为新一代航空航天应用材料，与其他铝锂合金相比，2195-T8铝锂合金焊接性能最优。基于液体火箭贮箱连接处的焊接需求，采用激光填丝双面焊接可以获得质量较好的接头。针对焊接过程中熔池内流体流动与温度的变化，建立了热-流耦合数学模型，通过数值模拟的方法对2195-T8铝锂合金焊接过程进行了研究，而后开展了接头轴向拉伸强度测试实验，阐明了焊接速度与填丝速度对熔池成形、流动与热输入的影响，并得到了不同焊接工艺参数下的最高接头强度。研究结果表明：4组不同焊接工艺参数下，第一面焊接与第二面焊接的熔池内流体流动趋势基本一致，主要为熔池左侧的顺时针涡流与右侧的逆时针涡流；提高焊接速度或填丝速度可以改善熔池成形质量，降低熔池热输入，细化焊缝熔合区中以柱状晶为代表的晶粒，进而有效提升接头力学性能；通过对4组不同焊接工艺参数的数值模拟与实验结果进行对比分析，最终得到熔池成形质量最好、热输入最小的焊缝，其接头轴向拉伸强度高达426.4 MPa，为母材强度的72.6%，对应的焊接速度与填丝速度分别为50 cm/min、1.8 m/min。

激光熔丝增材制造技术是一种具备成形精度高和加工余量小的一体化制造技术，但由于其非平衡态凝固和复杂的传热传质等物理现象，使得很难通过常规手段监测得到其冷却速率。针对这一问题，提出了一种利用红外热像技术的熔池温度和冷却速率实时监测算法。该算法利用FLIR X6520sc型红外热像仪实时捕获增材制造过程中的温度场信号，通过定位温度场中心位置得到熔覆道各点的实时冷却速率，实现了熔覆道冷却速率的全过程实时监测。在此基础上，研究了不同工艺参数对熔池温度和冷却速率的影响规律。最后，探讨不同冷却速率对凝固组织的影响。研究结果发现：在其他工艺参数不变的情况下，扫描速度从60 mm/min上升到300 mm/min，熔池温度减少了339 ℃，冷却速率却增加了1741 ℃/s；激光功率从200 W降低到100 W，冷却速率和熔池温度分别降低了264 ℃/s和420 ℃；随着送丝速度从120 mm/min升高到600 mm/min，熔池温度和冷却速率分别降低195 ℃和224 ℃/s；扫描速度是对冷却速率影响最大的因素，为后期研究闭环控制系统提供了基础。此外，随着冷却速率的增加，熔覆道经过快速凝固，其凝固组织得到显著细化。