激光焊接已经成为了现代工业中一种标准加工工艺,并且由于其高精度、低变形、高效率、可焊接难焊接材料以及良好的加工柔性使得CO2激光焊接的应用越来越广泛。在激光焊接中,当一束高能量密度激光束（一般能量密度在10⁶ W/cm2以上）照射到工件表面上,材料将局部加热和汽化,并在蒸汽压力和束流压力的作用下形成一个细长类似圆柱形的小孔,同时还在小孔内部和上面伴随产生了大量高电量的光致等离子体,分别称作小孔内的孔内等离子体和小孔外的等离子体云。激光焊接中,光致等离子体的产生,尤其是小孔外闪烁的明亮蓝色等离子体云,影响着激光焊接过程的进行。严重时,等离子体云甚至会对激光束产生反射和离焦,阻隔激光束的传播,从而导致熔深不足、过烧、焊缝形状波动且不规则,或者损伤聚焦光学镜片; 而小孔孔内的孔内等离子体却对激光与材料的能量耦合起着非重重要的作用。激光深熔焊接的本质特征是存在着小孔效应。小孔包含于金属之中,不易观测,因此对小孔形状的观测和对孔内等离子体测量的研究甚少。本文创造性地提出了一种激光焊接“三明治”试件的全新的研究方法,即激光深熔焊接被两片GG17玻璃夹持的铝膜,以实现直接观测深熔焊接时的小孔和孔内等离子体,以及模拟主平面内的反射吸收过程。为了满足试验的特殊要求,精心地设计了一套试验装置,主要包括:1)额定功率为1000W的PHC-1000型准封离型连续CO₂激光器能稳定输出基模高斯光束; 2)适用于测量孔内等离子体电子温度和电子密度的CCD棱镜光谱分析仪及相关的光谱采集和数据后处理软件; 3)遮挡孔外等离子体云的专用焊接夹具。论文首先采用高速摄影法清晰、完整地观测了激光深熔焊接“三明治”试件时的小孔形状; 采用光谱分析法测定了孔内等离子体的电子温度和电子密度。试验结果显示:1)GG17玻璃在近紫外区为连续谱线,且对近紫外区光没有选择性吸收,不会给试验测量小孔孔内铝等离子体的光发射特征谱线带来额外的干扰。2)专用焊接夹具的使用成功地避免了在测量孔内等离子体时孔外等离子体云的干扰。3)在各焊接工艺参数的所有试验水平范围内,离焦量对熔深影响最大,焊接速度对熔深的影响最小,保护气体流量对熔宽的影响最大,焊接速度对熔宽的影响最小。4)小孔孔内铝等离子体的温度在14000K～18000K之间变化,电子密度从1.2×10¹⁷ cm^-3到2.5×10¹⁷ cm^-3之间变化,论证了焊接工艺参数对小孔孔内铝等离子体的温度影响很大,且孔内等离子体与孔外等离子体云的微观参