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运载火箭箭体燃料贮箱采用具有密度低、比强度高等特性的高强铝合金制造。但是,其制造工艺仍以手工切割、电弧焊接为主,而且从切割到焊接完成需要多次工件流转,存在制造工序繁杂、质量控制难度大、效率低等问题。激光切焊一体化是一种将激光切割和激光焊接相结合的技术,具有加工精度高、质量好和一次定位成型的优点。将其引入火箭燃料贮箱的加工制造,必然能够减少工件流转,缩短工序,提高制造质量和效率。但是由于具有激光反射率高和特殊的物理化学特性,铝合金激光切割和焊接难以得到良好的加工质量。为了实现火箭贮箱的高质量制造,本文对铝合金激光切焊一体化中的关键技术和相关机理进行了研究,取得成果如下:系统研究了光纤激光切割4mm厚AA2219铝合金的切缝形貌特征,发现切缝表面由三部分组成:上部分细小的横条纹、中部的纵向条纹和下部分粗大的倾斜条纹。提出了用下部粗糙度最大的倾斜条纹区占板厚比例,η来表征切缝表面质量的方法。当η小于0.2,根部挂渣高度小于0.3mm时,切缝达到I级切缝标准（ISO 9013:2002）。I级切缝对应的优化参数范围为激光功率大于4.5kW,切割速度为3m/min4m/min,压力不低于1.3MPa。分析认为增大激光热输入来降低切缝前沿液态金属粘度、增大辅助气压来增大气流推力是减小η值和根部挂渣、提高切缝质量的关键。研究了铝合金激光切割切缝前沿温度(Tce)对切缝质量的影响规律,发现获得I级切缝的Tce优化范围为1800°C1950°C。基于切缝前沿液态金属的受力情况计算和探讨了该优化范围的存在机制。当Tce位于此范围内时,液态金属所受合力与重力方向的夹角,θ为最小值（38°）,最有利于液态金属排出熔池,从而获得优质切缝;升高或降低Tce都会增大θ值,导致倾斜条纹范围增大,根部挂渣增多。另外,基于该结果提出了改善切缝初始段质量的方法,并设计试验验证了该方案的可行性。研究结果对建立激光切割质量在线监控系统具有重要意义。探讨了四种类型切缝切面特征对铝合金激光-电弧复合焊缝气孔率的影响规律,发现焊缝气孔率和切缝重熔层厚度d成正比关系,和切缝类型关联不大。当d小于136μm时,焊缝气孔率小于2%,达到B级标准（ISO 10042-2005）。焊缝气孔率受到两种机制的影响。当d小于150μm时,激光小孔净化效应为主导作用,通过气化电离去除全部重熔层,减少因氧化物分解形成的氢气泡数量,降低气孔率。当d大于150μm时,氧元素对表面张力及其驱动的熔流占据主导作用:伴随未净化重熔层进入熔池的氧化物使表面张力温度系数由负变正,反转熔流方向,阻碍气泡逸出并增加气孔率。研究了切缝类型对焊缝组织和力学性能的影响规律,证明了铝合金激光切焊一体化的可行性。当d小于70μm时,氩焊缝（氩气为辅助气体得到切缝拼焊）能获得和机加工焊缝相当的拉伸性能,最大抗拉强度和延伸率分别为278MPa和3.1%。氮焊缝（氮气为辅助气体得到切缝拼焊）熔合区含有氮化铝夹杂,抗拉强度略低于氩焊缝。空气焊缝（空气为辅助气体得到切缝拼焊）和氧焊缝（氧气为辅助气体得到切缝拼焊）熔合区含有大量氧化物夹杂且晶粒粗化,抗拉强度更低。综合考虑焊缝气孔率和抗拉强度后发现:当d小于136μm时,焊缝抗拉强度达到250MPa以上,气孔率达到B级标准,满足贮箱箱底制造需求。依据运载火箭箭体贮箱箱底结构特征研究了焊件倾角,β在090°范围对焊缝成形和组织性能的影响规律,基于焊缝成形和气孔率数据发现,铝合金三维复合焊接不能采用向下斜立焊方式,只能采用向上斜立焊方式。对于给定的焊件倾角β,存在一个气孔率达到B级标准的电弧电流优化范围。当β在0°15°内时,电流优化范围为270A300A,与平焊保持一致;当β在15°60°内时,该范围为240A270A;当β在60°90°内时,该范围缩小为270A。熔池和熔滴过渡的受力分析表明增加β导致的小孔稳定性提高、熔池拉长和熔流加速是造成这一变化的主要因素。另外,当β超过60°后,焊缝熔合区内的柱状晶区消失,全部转变为等轴晶。焊缝拉伸性能在β为60°时达到最大值,抗拉强度和延伸率分别为320MPa和5%。断口分析表明焊缝拉伸性能和气孔率、微观组织有良好的对应关系。在项目完成的可重组大型多轴联动数控加工设备上验证了本文开发的铝合金激光切割和复合焊接工艺。与现有水切割和变极性等离子弧焊工艺相比,激光切割速度提高6倍,切缝表面粗糙度降低25%33%,激光复合焊接速度提高11倍,焊缝抗拉强度提高11%24%。结果验证了本文所开发的切焊一体化加工工艺的可移植性和稳定性,能够为提升大型铝合金结构的制造水平提供技术储备和理论支撑。