随着制造业的飞速发展,激光焊接以其高速、环保和高效的优越性,超越传统焊接方式,在接合作业中受到广泛的应用。与传统激光器相比,大功率盘型激光焊在激光束质量、加工效率和设备性能等方面均具有明显的优势。对于大功率盘型激光焊,金属焊件表面在激光束辐射下强烈汽化并形成等离子体状的金属蒸气羽状物。该金属蒸气羽状物可逆向激光束传输,对激光有明显的屏蔽作用,降低激光辐射至焊件的能量密度,影响焊接效率和质量。因此研究金属蒸气特征变化规律及其与焊接质量之间的关联,可实现由金属蒸气特征实时监测激光焊接状态。以10kW大功率盘型连续激光焊接304不锈钢钢板为试验对象,应用高速摄像机摄取金属蒸气动态图像,将其转换至HSI (Hue-Saturation-Intensity)空间,提取金属蒸气面积、激光束受影响路径长度等相关特征量,以焊缝熔宽的变化作为衡量焊接状态稳定性的参数。通过金属蒸气特征值的均值统计和方差分析发现：金属蒸气面积反映激光能量吸收效率,面积值越大,焊接质量越好,激光束路径长度反映激光能量削减程度,路径长度越长,焊接质量越差。同时利用短时傅里叶变换获得金属蒸气面积参量的时频信息,提取各个窗口内的时频特征量,并利用系统聚类法进行聚类分析。试验结果表明,在特定的试验参数条件下,金属蒸气频率特征量聚类曲线的6次方拟合曲线与焊缝宽度6次方拟合曲线波动一致,有效地反映熔宽变化趋势,激光束路径长度频率特征量聚类曲线的6次方拟合曲线与焊缝宽度6次方拟合曲线波动相反。最后,对金属蒸气与激光束路径比值进行分析,结果表明,对比值数据进行中值滤波后,设定焊缝宽度和比值判定阈值,能实现焊缝质量实时监测。