激光-电弧复合焊接是将激光和电弧这两种完全不同的热源复合在一起,通过激光与电弧的相互作用形成了一种高效率的焊接方式,具有工艺稳定性好、焊接熔深大、适应性强等特点,在工业生产领域的应用前景广阔。等离子体是激光-电弧复合焊接过程中产生一种重要的现象,等离子体的形态波动与焊接稳定性、焊接质量密切相关。因此研究激光-电弧复合焊接过程中等离子体形态变化的规律及其与焊缝成形的关系有助于更好的掌握复合焊接技术。本文运用自适应阈值边缘提取和数学形态法等数字图像处理算法,对高速摄像仪拍摄的激光-TIG电弧复合焊接过程中等离子体形态变化的图像进行处理,有效提取了等离子体面积和激光入射位置处的等离子体高度等特征信息,用于分析焊接过程中等离子体变化的规律。分别进行CO₂激光-TIG电弧和光纤激光-TIG电弧复合焊接低碳钢和6061铝合金的试验,分析焊接参数改变时等离子体特征值的变化规律及其与焊缝成形的相关性,总结归纳了以下规律:CO₂激光-TIG电弧复合焊接试验结果显示:激光入射位置处的等离子体高度波动可以反映焊接熔深的变化。TIG电弧为氩弧时,激光功率大于1500W时产生激光维持的燃烧波,表现为等离子体高度突跃,复合焊接熔深减小。而使用He气或He与Ar的混合气体可以明显的抑制等离子体的增高,从而获更大的焊接熔深。热源间距增大时激光作用在电弧的边缘位置,激光对电弧的引导与文帝能够作用减弱,等离子体面积和高度波动剧烈,造成焊接过程的不稳定和焊接质量的变差。光纤激光-TIG电弧复合焊接试验结果显示:复合焊接过程中发生了金属蒸汽与电弧的剧烈相互作用,金属蒸汽被压制在匙孔上方的区域,亮度增强,高度未出现显著增加。金属蒸汽进入电弧后大量电离,引起电弧体积的减小及形态的改变。复合焊接时电弧电压较单电弧焊接时减小,且激光功率越大,电弧电压越小。在焊接过程中发现,等离子体面积的变化对应了焊接熔宽的波动。相比TIG-Laser焊接方式,采用Laser-TIG焊接方式下容易获得更大的焊接熔宽,对应此时较大的等离子体面积。对比两种激光器的复合试验发现:光纤激光-TIG电弧复合效率高于CO₂激光-TIG电弧复合。进行CO₂激光-TIG电弧复合焊接时应采用He气或含有He的混合气作为焊接保护,而进行光纤激光-TIG电弧复合焊接时应采用Ar作为焊接保护气以获得稳定的焊接质量。