焊缝熔宽是评估焊接质量和焊接稳定性的重要指标。针对强噪声环境下的激光-MIG复合焊接过程，本文研究了基于反向传播(BP)神经网络补偿色噪声卡尔曼滤波算法的熔宽检测方法。首先建立激光-MIG复合焊缝熔宽检测系统的状态方程和测量方程，通过视觉传感和色噪声卡尔曼滤波算法对焊缝熔宽进行估计；然后采用高精度激光扫描仪对焊缝的三维轮廓进行扫描，根据二阶差分法获得焊缝轮廓宽度，并将其作为熔宽的真实值；接着将卡尔曼滤波增益、新息值和预测值与卡尔曼滤波最优估计之差作为输入，利用BP神经网络对熔宽的卡尔曼滤波最优估计进行补偿。结果表明：BP神经网络补偿测量色噪声卡尔曼滤波算法能够有效降低焊缝熔宽检测的误差。与单独使用卡尔曼滤波算法相比，BP神经网络补偿卡尔曼滤波算法具有更好的非线性映射能力，可以提高卡尔曼滤波焊缝熔宽检测的准确度。

在LabVIEW环境下设计了一套焊接过程监测系统，该系统可以采集激光-MIG复合焊接等离子体的光学信号以及焊接电流、电压这两种电信号，并以TDMS格式输出。焊接前使用最大类间方差法对焊丝与工件的图像进行二值化处理，然后对二值化图像使用形态学滤波器进行降噪滤波并细化，接着采用一种基于路径追踪的分叉去除算法去除细化结果中的分叉，最后使用HUBER线性拟合法确定激光束的入射位置。对焊接时的等离子体高速摄像照片进行图像处理，获得了激光在等离子体中的传输距离(DLTP)。将DLTP的计算值与实测值进行对比，可知所设计系统的计算准确度为96.5%。

采用激光-熔化极惰性气体保护(metal inert-gas, MIG)复合热源对厚度为6.9 mm的5A06铝合金开展焊接试验。分析不同焊接工艺参数下的焊缝宏观形貌, 研究了随温度梯度变化焊缝内微观组织的改变趋势, 解释了显微硬度的变化原因。研究结果表明：试验所采用的四组参数均可实现焊缝成型良好, 焊缝不存在未熔透、咬边等缺陷, 四组参数的深宽比均在1.5以上, 4号试样可达到2.04；此外, 随着焊接线能量的降低, 焊接接头的冷却速度加快, 焊缝中Mg2Al3等强化相含量相对增加, 从而导致沿垂直于焊缝中心线方向的焊缝显微硬度增加。

为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响, 针对6mm的A7N01铝合金板, 采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式, 进行了激光-MIG复合焊接试验, 观察焊缝成形及接头微观组织, 并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口, 在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时, 焊缝表面成形良好, 底部成形连续; 接头平均抗拉强度为271MPa, 达到母材的60%; 焊缝中心硬度为85.4HV, 达到母材的78%。结果表明, 随着激光功率的提高, 焊缝熔深呈线性增大; 焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小, 余高略有增加; 焊接接头对不同坡口形式的适应性良好; 接头中热影响区晶粒粗化, 硬度降低, 熔合区晶粒为树枝晶, 易产生工艺类氢气孔, 焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。

建立了激光-MIG复合焊接过程的三维瞬态传热和流体流动模型,分析了小孔行为、熔池温度场和流场演变过程的特点,探讨了激光电弧前后相对位置对熔池传热和流动的影响。模型考虑了焊枪倾角对熔滴过渡的影响以及多次反射对激光能量分布的影响。结果表明:小孔壁面向下流动经熔池底部反射后形成后向流动和逆时针环流;后向流动向熔池尾部输运热量和动量,增加熔池体积;而逆时针环流则冲击小孔后壁,降低小孔的稳定性。激光在前时,熔滴和电弧压力作用在小孔后方,并产生两个流动模式:朝向前方和四周的流动。朝向前方的流动增强了逆时针流动对小孔后壁的冲击作用,使得小孔坍塌现象更加严重;朝向四周的流动将热量输运至熔池两侧,增加了焊缝宽度。

研究了氦-氩混合保护气体对铝合金激光- MIG复合焊熔滴过渡行为及焊缝气孔缺陷的影响,结合焊接过程中匙孔的动态特征,分析了气孔缺陷得到抑制的原因。结果表明,采用氦-氩混合保护气体时,焊接过程匙孔更加稳定,焊缝气孔率得到有效降低。当氦-氩混合保护气体中氦气体积分数为50%时,熔滴过渡形式由射滴过渡转变为短路过渡,焊缝气孔率约为1.0%,相比于纯氩气保护时降低了80%;继续增加氦气,对气孔的抑制并无显著效果。纯氦气时,焊接过程中产生大量飞溅,焊缝表面成形差。

使用光纤激光器进行了5754铝合金激光-MIG复合焊搭接工艺试验，研究了铝合金激光-MIG复合焊接焊缝内部氢气孔、工艺气孔及夹层气孔的形貌与分布特征，深入分析了3类气孔的形成机理，探讨了铝合金激光-MIG复合焊接气孔的产生倾向。结果表明，氢气孔的形成与熔池中的氢析出、聚集与合并有关，工艺气孔产生的根源是焊接过程小孔的瞬间失稳，而夹层气孔则与搭接处的难熔氧化膜密切相关。铝合金激光-MIG复合焊接氢气孔产生倾向较电弧焊大，工艺气孔产生倾向较单独激光焊小。清除工件表面氧化膜、增加小孔稳定性、促进气泡逸出有利于减少焊缝内部的气孔。

为了研究304不锈钢光纤激光-MIG(metal inert-gas welding)复合焊接性能，采用正离焦的方法进行了大量的焊接实验。分析了送丝速率、弧长、激光功率、光丝距离、焊接方向和不同对接接头等参量对焊接成形的影响。结果表明，在焊丝的干伸长度为15mm、光丝距离为2mm、采用前送丝时，通过适当调节送丝速率、弧长可以实现较好的焊接效果；小直径焊丝有利于形成较小熔宽和余高的焊缝，而通过加入引弧板可以解决初始位置焊缝成形较差的问题。因此，采用合适的激光-MIG复合焊接工艺可以实现304不锈钢较好的焊接效果。

新型光纤激光器具有光束质量好、电光转换效率高、维护费用低、抽运寿命长、可光纤传输及体积小等显著优势，并且由于波长短，几乎可以被大多数的金属和合金吸收，因此可适用于各种材料的焊接和切割，受到工业界广泛的关注。采用光纤激光与惰性气体保护(MIG)电弧复合热源进行了TC4钛合金的焊接工艺试验，研究了激光引导电弧(LL)和电弧引导激光(AL)两种焊接方向对钛合金焊缝表面成形、横截面形貌、熔深、熔宽和余高的影响。试验结果表明，与AL方向焊接获得的焊缝相比，LL方向焊接获得焊缝的表面成形较好，焊缝的熔宽较宽，但熔深较小，而改变焊接方向对焊缝的余高影响很小。

针对激光等离子体和电弧等离子体共同作用下的熔滴过渡，根据气体动力学和静态力学平衡理论，对CO2激光-惰性气体金属弧焊(MIG)复合焊接过程中熔滴的复杂受力状态及其力源的产生与作用原理进行了深入分析。结果表明，一方面由于激光焊接过程中材料剧烈气化时产生的大量金属蒸气射流，对熔滴形成了巨大的反冲作用力，阻碍了熔滴过渡;另一方面，由于激光焊接产生的等离子体改变了原有惰性气体金属弧焊电弧等离子体形成路径，从而改变了原有焊接熔滴中的电流密度分布和流向而形成了一个新的复合电弧收缩力。两者综合作用降低了复合焊接熔滴过渡频率，破坏了焊接稳定性。在此基础上，进一步研究了焊接参数对金属蒸气反作用力、复合电弧收缩力等的影响规律，并采用数值分析的方法推导出了它们的数学描述;定量分析了复合热源作用下熔滴的受力机制，揭示了复合热源焊接过程中熔滴受力状态与焊接稳定性之间的内在关系。