镁合金具有低密度、高比强度与易切削加工等特点,对其进行高质量、高效率与低能耗的连接是实现制造业轻量化的必需途径。鉴于其物理特性,兼具焊接熔透能力强、焊接速度快、变形小等优势的低功率脉冲激光诱导电弧焊接工艺,是潜在的有效方式。然而,低功率脉冲激光诱导电弧焊接工艺存在参数多、匹配困难、调控过程复杂等问题,通过实验调控参数难以实现对熔池形貌的精准控制,特别是在镁合金焊接过程中,因其熔点较低,导热速度快,多参数之间的复杂作用使得熔池控形的难度进一步增大,对镁合金焊接接头成形质量产生极大影响;同时,镁合金低功率脉冲激光诱导电弧焊接会产生匙孔,匙孔内部的温度、压力、气液两相的流速及匙孔形貌参数是影响焊接气孔和飞溅缺陷形成的主要因素,激光对电弧的诱导增强作用使得焊接匙孔的变化规律更加复杂,采用传统的实验方法很难准确分析焊接气孔及飞溅缺陷的产生机理,无法从根本上消除此类焊接缺陷。因此,实现对焊接熔池的精准控形和缺陷控制,是镁合金低功率脉冲激光诱导电弧焊接工艺亟待解决的关键性问题。综上,本文以低功率脉冲激光诱导电弧焊接镁合金为研究对象,以计算机模拟技术为研究手段,基于具有“脉冲激光输出特性”和“激光增强电弧效应”复合热源特色的热源模型,建立焊接过程的温度场及匙孔气-液界面追踪模型。基于温度场模型,确定复合热源核心参数对熔池形貌影响的权重关系,构建本文实验参数范围内的熔池形貌数据库,通过对数据库核心参数的分级调控实现对熔池形貌的精准控制;基于匙孔气-液界面模型,建立焊接工艺与匙孔行为参数的关联体系,探明匙孔演变行为对焊接气孔及飞溅缺陷形成的影响机理,并获得控制焊接缺陷的准确工艺阈值。本课题的开展,为实现优质且高效的激光诱导电弧焊接技术奠定理论基础并提供实践指导。主要研究内容和结果如下:在充分考虑脉冲激光诱导电弧复合热源的“脉冲激光输出特性”及“激光增强电弧效应”的基础上,建立了低功率脉冲激光诱导电弧焊接镁合金的复合热源模型。该模型实现了激光峰值功率由激发电流和脉冲宽度来调控,并采用周期化的方波函数表征了激光的脉冲输出特性;将激光压缩电弧半径系数引入高斯面热源模型中,表征了激光增强电弧的放电效应。在热源模型的基础上,建立了镁合金脉冲激光诱导电弧焊接过程温度场模型,模拟研究了一个全脉冲周期内焊接接头的热循环曲线及熔池形貌,实验测得的热循环曲线与模拟结果吻合度较好,模拟得到的熔宽和熔深误差较低,准确地表征了脉冲激光诱导电弧复合热源的“1+1>2”效应。基于建立的低功率脉冲激光诱导电弧焊接镁合金温度场模型,研究了复合热源参数对熔池温度及形貌的影响规律:确定了电弧电流是熔池形貌的首要影响因素,控制熔池的基本熔化深度和宽度;激光激发电流为熔池形貌的次要影响因素,控制熔池钉头长度和腰部宽度;激光脉冲宽度对熔池的熔宽和腰部宽度有微弱的影响,是熔池形貌的微影响因素。在此基础上,以电弧电流为一级数据组体系、激光激发电流为二级数据组体系、激光脉冲宽度为三级数据组体系,构建了本文实验参数范围内模拟的熔池形貌数据库,通过对数据库三级体系进行初调、精调和微调的分级调控,建立了激光诱导电弧焊接镁合金熔池形貌的控制方法,运用该方法实现了平板对接焊和T形焊熔池的精准控形。基于脉冲激光诱导电弧焊接过程中匙孔行为对焊接质量影响的重要性,采用COMSOL多物理场模拟软件并结合Level-Set方法,建立了匙孔气-液界面的追踪模型。研究结果表明:脉冲激光诱导电弧焊接过程中匙孔演变行为分为形成、发展、稳定与闭合四个阶段,熔池内产生的匙孔形貌为上宽下窄的“钉孔”状;匙孔底部不规则的涡流状气流,使匙孔前壁与后壁形貌呈不对称分布;蒸发反冲压力与马兰戈尼效应的耦合作用导致匙孔表面出现“皱褶”行为;脉冲激光作用消失后,匙孔的闭合存在延迟行为。采用“夹层法”与高速摄像相结合的方法测量了匙孔演变过程中的宽度和深度,与模拟结果的吻合度较好,误差在10%以内。基于焊接过程的匙孔气-液界面模型,研究力学因素和工艺参数对匙孔演变行为的影响规律,建立匙孔行为参数的关联体系,揭示匙孔演变行为对焊接气孔及飞溅缺陷的影响机理,获得控制焊接缺陷的准确工艺阈值。研究发现:气-液界面的蒸发反冲力是匙孔形成的主要因素;马兰戈尼效应会增强匙孔中上部的液态金属流动行为,提高匙孔界面的平滑度;表面张力对匙孔的形成存在阻碍作用。激光激发电流是影响匙孔内部最高温度和匙孔深度的主要因素,激光激发电流低于阈值120 A时,可大幅减少甚至避免匙孔内部产生的金属飞溅;电弧电流是影响匙孔延迟闭合行为的主要因素,降低电弧电流,会增大马兰戈尼效应,从而阻碍液态金属回填,导致匙孔延迟闭合时间延长。电弧电流高于阈值85 A时,可使匙孔闭合的特征由坍塌式回填转变为顺序回填,避免由匙孔延迟闭合行为所产生的熔池气孔缺陷。