传统的连续激光-脉冲MIG复合焊在热源间距较近时,一方面会阻碍熔滴过渡,易出现“多脉一大滴”等现象。另一方面受焊丝端部汽化金属的影响,激光等离子体易膨胀,激光能量损失较大。所以复合焊一般会增加热源间距,但这样会降低复合焊熔透效果。针对上述问题,本文提出了脉冲激光-脉冲MIG电弧同步协调复合焊接方法,通过控制两种热源脉冲相位匹配方式来改善熔滴过渡行为,抑制飞溅及激光等离子体的膨胀。建立了一套信号采集与触发同步控制系统,同时通过高速摄像观察复合焊接过程的等离子体和熔滴过渡行为,研究成果如下:研究了连续激光等离子体与脉冲MIG等离子体动态行为及相互影响,结果显示:在复合焊电弧电流上升、下降时期,激光等离子体膨胀增高,在电弧电流峰值时期,匙孔上方等离子体粒子密度很高,都会影响激光能量的传输效率。而在电流基值时期,焊丝汽化金属少,激光等离子体未出现增高膨胀现象。结合复合焊电弧电流电压信号的波形变化,发现在脉冲MIG电弧引燃阶段,会首先与高功率激光等离子体发生相互作用,使弧长变长,电压升高,会抑制电流的上升,从而使熔化焊丝的焦耳热减少,易出现“多脉一大滴”等熔滴过渡困难现象。建立了激光-脉冲MIG复合焊的熔滴受力模型,发现在峰值时期,反相耦合(anti-phase)模式加入低功率激光,会减少金属蒸汽喷发量,减小阻碍熔滴过渡的金属蒸汽反作用力,并且会降低电荷流效应,使电磁力方向更偏向焊丝轴线,会减小弧长,让电弧形态在峰值更加发散,促进熔滴过渡并减少飞溅。同时在反相耦合模式下熔滴会在匙孔前端飞入熔池,避免了激光束对飞行中熔滴的影响。研究了光丝间距对焊缝成形及质量的影响。发现随着光丝间距增大,电弧等离子体面积减小,激光等离子体膨胀程度减小。随着光丝间距从3mm增大到7mm,连续激光-脉冲MIG复合焊的熔深呈现先增大后减小的趋势,而优化后的反相耦合复合焊熔深一直减小。说明在光丝间距较小时,在电流峰值期间加高功率激光,激光能量会损失。同时反相耦合复合焊的热输入更低,焊接接头柱状晶更细更短。研究了不同耦合方式对焊接气孔缺陷的影响。结果显示,连续激光-脉冲MIG复合焊焊缝气孔率较大,达到了1.92%。而优化后的反相耦合(anti-phase)脉冲协调复合焊气孔率只有0.36%。研究发现加入调控优化后的脉冲激光可以抑制匙孔上方光致等离子体的膨胀,在一定程度上避免了气孔的生成。