目前,激光填丝焊技术广泛应用于航空、航天、汽车等领域。主要用于提高对接间隙的适应性,改善焊缝合金成分,调控焊缝区组织性能。一般来说,激光填丝焊的焊缝表面比激光自熔焊更光滑、均匀。由于激光光斑尺寸很小,激光填丝焊过程对光丝的对中精度与方向性要求较为严格。焊丝在送入过程中,会对入射激光有一定的反射,影响了激光能量的利用率,甚至造成焊接过程中激光能量的波动,焊接高反射率的铝合金时,这一影响尤为严重。激光填丝焊过程熔化的填材基本是沿匙孔壁前沿送入,直接影响了匙孔的稳定性。为此,本文针对铝合金材料的激光填丝焊技术,重点开展填材对匙孔与熔池动态行为的影响规律研究,开发新的填材送入方法以改善焊接过程的稳定性。论文系统研究了常规激光填丝焊过程填材对熔池、匙孔动态行为的影响规律,在此基础上提出了激光液态填充新方法,从熔池与匙孔表面的物理特性及焊接性能等方面,阐明并验证了液态填充方法对铝合金激光焊接过程稳定性的改善作用。同时,基于有限元模拟方法,阐明了填材不同送进位置对匙孔形态、熔池流动行为的影响机制。首先,基于先进的X射线透射系统实时监测熔池内部动态行为,研究了常规激光填丝焊过程填材对熔池流动行为、匙孔形态的影响规律,证明了熔化的填材沿匙孔边缘填充对匙孔有较大冲击作用,阻碍了内部金属蒸汽的快速逸出,在匙孔下部产生缩颈、闭合现象,匙孔底部诱发较多气泡;熔池内部的流动也更加复杂,在匙孔后方产生两个漩涡。高速焊接条件下,有利于降低匙孔底部的波动程度,减少了气泡的产生数量,熔池内部的流动轨迹变得简单,熔池后方的漩涡消失,由匙孔底部沿匙孔壁向熔池顶部流动的趋势增强,而且降低了焊缝气孔率。针对常规激光填丝焊存在的问题,提出了激光液态填充焊新方法:采用微小电弧预先熔化填材,让填材以液态形式沿熔池前方边缘缓慢流入熔池,激光能量仅仅用于建立熔池与匙孔。根据电弧熔化填材的状态,将填材分为了半熔态、全熔态两种填充模式。结果表明,激光液态填充焊增大了熔池尺寸、填材与匙孔的距离,避免了填材对匙孔的直接冲击,降低了铝合金焊缝气孔率。即使在15 m/min的高速焊接条件下,激光液态填充焊也能稳定熔化填材,获得很好的焊缝成形。可以适应的最大光丝对中偏移可达1.0 mm。为进一步揭示填材送入位置对熔池、匙孔内部的影响机制,建立了填材送入过程的三维瞬态激光焊接热-流耦合模型,阐明了填材送进位置对匙孔动态形貌、熔池流动行为的影响规律,提出匙孔前壁的最大凸起角作为匙孔稳定性的表征量。增大填材与匙孔之间的距离以及提高焊接速度,都可以减小匙孔前壁的最大凸起角,提高匙孔的稳定性。