焊缝熔透状态是定量评价激光焊接质量最重要的指标之一，实时准确识别焊缝的熔透状态是动态激光焊接过程监测和控制的关键。针对铝合金薄壁件的脉冲激光焊接，本文提出了基于声波时频特性和深度学习的焊缝熔透定量评估新方法。首先，搭建视觉‐声发射多信息实时同步传感系统平台，获取反映匙孔动态行为的视觉图像和声波信号，并对声波信号进行分帧和小波包阈值去噪预处理；然后，使用平滑伪魏格纳维利分布（SPWVD）提取各帧声波信号的时频域图像，同时引入灰度共生矩阵（GLCM）提取时频域纹理特征，并将提取的纹理特征送入反向传播神经网络（BPNN）进行预测；最终，以SPWVD声波时频图为原始输入，构建基于卷积神经网络（CNN）的焊缝熔透分类模型。结果表明：声波时频图与匙孔动态行为、焊缝熔透状态具有高度相关性；相比于准确率为85%的传统BPNN分类模型，基于SPWVD时频图的CNN分类模型有着更高的准确率（98.8%）。所提定量评估新方法为铝合金薄壁件脉冲激光焊接熔透的在线智能诊断与自适应控制提供了参考。

采用激光自熔焊接对Q235普通碳素钢和304奥氏体不锈钢进行异种钢焊接试验，研究不同焊接工艺参数对异种钢焊接接头的组织和力学性能的影响。试验结果表明，激光束能量密度高度集中，可以得到热影响区狭窄的高质量焊缝。根据直读光谱获取的元素含量，通过舍夫勒相图推测焊缝区域组织为马氏体组织，利用金相显微镜以及扫描电镜分析仪器验证焊缝主要由板条马氏体组织组成。显微硬度试验研究表明，焊缝区域硬度高于两侧母材。在热输入充足、焊接接头完全熔透的条件下，拉伸断裂发生在母材Q235钢一侧，说明焊接接头强度高于碳钢母材；焊接热输入不足时，会使得焊缝存在未熔合缺陷，甚至产生气孔，焊接接头拉伸断裂位置发生在焊缝中心。

采用脉冲激光焊技术，搭接DP590双相钢与6061铝合金薄板，对焊接接头的组织形貌、元素分布及力学性能进行了测定和分析。结果表明：采用脉冲激光焊技术，可以实现DP590双相钢/6061铝合金薄板的搭接，焊缝区主要为晶粒粗大的柱状晶组织，热影响区组织为晶粒较为细小、均匀的马氏体和连续分布的铁素体。钢侧显微硬度（3 N试验力）的最大值位于热影响区，为440.1 HV；铝侧显微硬度的最大值位于焊缝区，为325.4 HV。钢/铝焊接接头最大抗拉强度可达35.0 MPa。当其为浅熔深接头时，直接从焊缝界面剥离，而深熔焊接头在铝侧熔合线附近断裂。

针对厚度为0.5 mm 的钽薄板采用脉冲激光焊的方法进行工艺研究,采取正交试验的方法分析了工件对接接头激光焊接的工艺参数对熔深和熔宽的影响。研究结果表明：熔深和熔宽随着激光功率的增加同时增大,且熔深的增加幅度明显高于熔宽；当功率达到1 100 W时焊缝完全熔透；随着焊接速度的增加,焊缝的熔深相应减小,熔深尺寸与焊接速度几乎成反比；当焊接的速度大于8 mm/s时,熔深下降的速度明显增大；脉冲宽度和频率是影响焊接质量的重要因素,连续焊接情况下的热影响区大约是使用脉冲时的两倍。拉伸试验结果表明,焊接接头具有良好的塑性,拉伸断裂部位在热影响区,焊接接头的抗拉强度几乎与母材相同,焊接质量满足工艺要求。最佳焊接工艺参数为功率1 200 W、离焦量0、焊枪倾斜角度15°、脉宽25 ms、频率20 Hz,焊接方式为脉冲焊,保护气体为氩气,气体流量10 L/min。

采用脉冲激光器实现了TC4钛合金/6082铝合金的焊接, 并用有限元分析软件对接头温度分布及界面处热循环进行了数值计算。根据激光焊接小孔效应的特点以及钛合金与铝合金间热物理学性质的差异, 并以熔化焊熔池形成过程及异种金属液态界面间的相互作用形式为依据, 建立了熔池金属流动模型, 阐述了钛/铝异种金属焊接过程中液态金属的流动特点, 解释了界面的形成过程与机理, 分析了接头在不同热输入条件下的断裂模式。试验结果表明：在钛/铝激光焊接过程中, 熔池内复杂的液流及多种影响因素使得反应界面呈不规则形态, 同时也影响了脆性金属间化合物TiAl、TiAl2和TiAl3的分布。在不同的热输入条件下, 反应界面形态与脆性金属间化合物的分布会发生改变, 接头的断裂模式也会有所不同, 接头的抗拉强度会随热输入的增大而降低。

以TC4钛合金激光焊接头作为研究对象, 对焊接接头进行多次热处理, 分析原始焊接态和多次热处理后接头的微观组织和力学性能。研究结果表明, 原始焊接态焊缝区主要形成“网篮状”马氏体组织, 热影响区组织出现球化特征, 轧制拉长α相长度减小。多次热处理后, 焊缝区、热影响区和母材区的显微组织没有明显的差异; 焊缝区力学性能较为优异, 抗拉强度达到Rm为1 100 MPa以上, 断面收缩率A为10.9%, 多次热处理后力学性能保持与焊接态相当的水平。

目前红外探测器杜瓦封装中激光焊焊缝的粗糙度大，探测器组件在长时间使用过程中杜瓦焊缝强度和内部真空度欠佳，进而影响探测器寿命和使用性能。为解决这些问题，提出将激光抛光技术应用于杜瓦部件激光焊焊缝的抛光处理中。通过实验研究了主要参数对抛光质量的影响规律，并利用激光共聚焦显微镜等设备测试了激光抛光结果。结果表明，激光抛光技术可使激光焊焊缝的表面粗糙度Ra从0.25 mm降低到0.03 mm。这充分证明利用绿色高效、非接触的激光抛光可以实现红外探测器杜瓦组件外表面激光焊焊缝的高质量抛光，因此在红外探测器制造领域具有重大的潜在应用价值。

对传统轧制态(R)GH4169板材和SLM增材制造(3D)GH4169板材分别进行激光焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪对接头显微组织特征进行表征,并对接头进行显微硬度和拉伸测试。试验结果表明熔合区显微组织主要由胞晶向枝晶或柱状晶转变,晶内和晶间区域存在大量δ相和laves相。R/3D GH4169接头、R/R GH4169接头和3D/3D GH4169接头的晶粒尺寸和析出相尺寸依次减小,熔合区平均显微硬度依次增加(250 HV,261 HV,274 HV),接头拉伸强度依次增加(768 MPa,799 MPa,985 MPa)。R/3D GH4169接头和R/R GH4169接头断裂以韧性断裂为主,而3D/3D GH4169接头主要为脆性断裂。

对3.0 mm厚BTi6431S高温钛合金进行光纤激光焊接,从焊缝成形、气孔和金属蒸气/等离子体特征等方面研究了焊接工艺参数对焊缝成形质量及焊接过程稳定性的影响。结果表明,激光功率对焊缝熔宽、余高、咬边和气孔率均有影响;焊接速度主要影响焊缝熔宽和背宽比。焊接工艺对焊缝成形质量的影响与金属蒸气/等离子体特征与稳定性密切相关。较低激光功率(1.5~2.5 kW)或较高焊接速度(3.5~4.5 m/min)下,金属蒸气/等离子体面积及面积波动均较大,焊缝未熔透且气孔率高;中等激光功率(3.0~3.5 kW)和焊接速度匹配(2.5 m/min)下,金属蒸气/等离子体面积及周期波动均较小,焊缝全熔透,成形质量好。

为了获取性能良好的S32205双相不锈钢激光焊接头性能, 采用高功率光纤激光焊机在焊接速度和离焦量不变的情况下, 依次增大激光功率进行焊接试验, 研究不同功率对焊缝形貌的影响。同时, 采用中频感应快速加热技术, 对激光焊缝进行了热处理。结果表明, 当焊接功率在4 kW左右时, 可得到优良的焊缝形貌; 对厚度为2 mm的S32205双相不锈钢, 合理的的激光焊热输入和热处理工艺, 可以有效调整焊接接头形貌和两相组织的平衡, 避免组织中的脆性相析出, 接头具有良好的综合性能。