激光与等离子电弧两种高能束热源的复合焊接,是一种具有良好工业发展前景的新技术,相比单一热源焊接,该复合焊接技术能够达到更高的焊速与熔深,焊接质量也更高。采用工业生产中应用广泛的304不锈钢为试验对象,以平板堆焊的方式研究主要焊接工艺参数(激光功率PL、焊接电流I、热源间距DLA与排布位置、焊接速度VW、离焦量Δf等)对焊缝成型的影响,通过高速摄像机与激光同轴CCD摄像机采集复合焊接等离子体与熔池流动图像进行焊接机理研究,进一步验证焊缝成型与工艺参数之间的规律关系,为工艺参数的优化提供理论依据,并确定最佳的复合焊接参数。结果表明:复合焊缝的熔深主要由激光离焦量与激光功率决定,1500W左右功率的激光等离子体最稳定,能量利用率最高;最佳热源间距为4mm到5mm之间,焊接方向采用激光后置时,熔池流动性与铺展性最好;当焊接电流小于150A时,主要决定了焊缝的熔宽;当焊接电流大于150A时,随着电流增加,熔深明显增大;电流在150A到250A之间时,等离子体状态最稳定,能量利用率最高;激光-等离子电弧复合焊接在1000mm/min以上的高速焊接中优势明显,焊速过低更容易产生咬边与气孔等缺陷。为验证该复合焊接技术的工艺实用性,开展了相关工艺试验。以2mm厚度的不锈钢板为试材进行平板自熔焊工艺试验,结果表明:在保证最小1000mm/min的焊速前提下,激光功率越小,匹配的电流范围也就越小,所能达到的焊速也就越小;以4mm厚度的不锈钢板在不开坡口的前提下进行平板对接焊试验,试验结果表明:激光-等离子电弧复合焊接技术能够实现4mm厚板对接的单面焊双面成型,并且对间隙和错边有很好的适应性,最大适应间隙为0.5mm,最大适应错边为1.5mm;以12mm厚度的不锈钢板为试材进行平板自熔焊试验,并与激光-深熔TIG进行了对比,试验结果表明:同样参数下激光-等离子电弧复合焊接技术的能量利用率更高,厚板下的工艺参数适应范围很窄,在激光功率PL=3000W,焊接电流I=300A,焊接速度Vw=350mm/min的参数下可以实现12mm厚板的单面焊双面成型,焊接后期不稳定,后期焊缝质量较差,钨极损耗加剧。对激光-等离子电弧复合焊接的焊接接头进行了宏观形貌与显微组织分析,并进行了力学性能检验,试验结果表明:复合焊接接头热影响区窄,复合焊焊缝主要分为激光电弧复合区与激光区,焊缝区相比母材,晶粒更加细化,激光电弧复合区主要由奥氏体与骨架状铁素体组成,激光区域的焊缝中板条状铁素体数量增加,晶粒尺寸变大,复合焊接接头中母材显微硬度最低,焊缝热影响区的显微硬度最高,复合焊缝区域中激光区硬度最高,焊接接头的抗拉强度在600MPa左右,可以达到母材强度的94%以上,正弯与背弯达到180°时焊缝均未产生裂纹,焊缝处的冲击韧性大于热影响区处的冲击韧性,最高为477.84KJ/m2,冲击韧性良好。