激光扫描焊接能够通过激光束在微小区域内的扫描行为来改善熔池冶金行为，进而提升焊缝成形与性能，并降低装夹精度，更符合现代工业的需求。当前激光扫描图形主要局限于横向直线、纵向直线和圆形，缺乏可设计性，难以最大程度的发挥其技术优势。为此，本文开发了面向激光焊接的光束扫描图形优化和设计软件，并进行了应用验证。论文所获得的主要研究结果如下。
　　开发了适用于激光焊接的光束扫描图形设计软件。它利用自定义的数值编码将二维图形分为直线与圆弧的组合，从而实现扫描图形的自主设计。软件界面能够实时显示扫描图形和焊接速度合成后的实际图形。此外，软件集成了基于高斯分布模型的能实时显示扫描图形能量分布特征的功能模块，从而可以更直观的辅助操作人员优化设计扫描图形。
　　为了解决镁合金激光焊缝表面容易出现下凹缺陷的问题，设计了内切双圆扫描图形。实验结果表明，该图形模式可在扫描频率增加至100Hz时完全抑制焊缝下凹缺陷。下凹缺陷的改善主要取决于两点：首先，光束在内圆的扫描行为弥补了外圆(单圆形)扫描时内部能量偏低的问题，使得焊接区域能量分布更均匀；其次，内圆诱发的熔流和外圆驱动的熔流方向相反，使得熔池流动更平缓。
　　针对铝合金激光焊缝容易出现内部气孔的问题，开展了激光束内切双圆扫描焊接研究，发现内切双圆图形比现有单圆图形具有更强的气孔抑制能力：内切双圆在扫描频率为150Hz时即可获得X射线检测无气孔的焊缝，而单圆扫描在300Hz时仍然有7%的气孔率。内切双圆的作用主要表现为两点：首先，150Hz内切双圆即可获得和300Hz单圆一样的熔流雷诺数，理论上具有一样的气泡逸出能力；其次，内切双圆的轨迹重复率更高，约是单圆的1.33倍，从而激光小孔在扫描过程中更容易“捕获”并消除气孔。
　　针对Al/Mg异种金属激光搭接焊缝界面均匀性难以控制的问题，通过逆向设计了符合需求的类8字扫描图形，发现类8字形光束的实际扫描速度更平稳，在界面区域的能量分布更均匀，从而有效提高了焊缝界面的均匀性，并使其有效连接的长度增加到单圆扫描模式的4倍。相应的，其抗剪切力和抗剪切强度分别达到4.363kN和121MPa，分别比圆形扫描增加了393%和23%。