随着激光器技术的发展,万瓦级以上高功率激光器越来越多的应用于航空航天、船舶、能源等领域的厚板焊接,与中低功率激光焊接相比,厚板高功率激光焊接极易产生诸多缺陷,尤其是焊接过程中产生的蒸气羽烟会对焊接过程产生严重干扰,常造成大的飞溅、塌陷和驼峰等焊缝成形缺陷。对于航空航天及能源等行业的一些重大工程项目,对焊接的稳定性和可靠性要求都非常高,只有深入研究高功率激光厚板深熔焊,才可从根本上获得稳定而可靠的焊接质量。基于此,本文针对高功率光纤激光厚板深熔焊易产生成形缺陷的问题,进行蒸气羽烟抑制方法及焊缝成形控制方面的研究,开展和完成的主要工作如下:(1)针对厚板焊接,发明了多功能吹气保护装置,并利用ANSYS软件对装置进行了气流分析,对比分析了四种吹气组合方式在蒸气羽烟抑制及焊缝成形控制方面的差异,结果表明,通过对横吹、侧吹和拖罩的合理配置,可实现对蒸气羽烟的有效抑制并对熔池周边进行空气隔离。(2)采用高速摄影的方法,观察了小孔、熔池和孔外蒸气羽烟行为以及在不同参数条件下的变化特征,结果表明,小孔具有一定的倾斜角并呈波动状态;离焦焊接可增大小孔直径并减弱蒸气波的影响;金属蒸气喷射高度大并呈现一定的周期性,而等离子体高度小并处于较稳定状态;光纤激光焊接金属蒸气的量要明显大于等离子体的量,对激光衰减起主要作用。(3)采用16 kW光纤激光进行了15 mm厚304不锈钢单面焊双面成形工艺试验,对比了不同焊接姿态和焊接参数条件下的焊缝成形特点,结果表明,采用横焊方式可有效避免严重塌陷的产生;小离焦量快速焊接时的飞溅量要明显大于大离焦慢速焊接时的飞溅量;表面驼峰的形成与孔外蒸气羽烟周期性变化有关,通过蒸气羽烟抑制可有效控制焊缝驼峰的生成。(4)采用本文发明的多功能吹气保护装置及研究成果进行了20 mm厚316LN不锈钢单面焊双面成形激光焊工艺开发,并成功应用于较正场超导线圈盒的焊接。