大飞机的研制是当前我国科技界的一个重大课题。在大飞机的制造中，机身壁板的连接是制造工艺中十分重要的一个环节。激光焊接技术具有深宽比大、能量密度集中、焊接热变形小等优点，成为航空工业中新兴的连接方式。2024铝合金由于其优异的综合力学性能，在航空工业中应用最为广泛。本课题以大飞机的研制为背景，以2024铝合金的激光焊接性为主要研究对象，利用大功率CO₂激光器，分别采用纯激光、激光-TIG复合、激光-TIG复合填丝三种方式，对2024铝合金的成形及热裂纹倾向等激光焊接性进行了系统的研究，并对接头的组织及力学性能进行了深入分析。试验首先研究了2024铝合金激光焊接的成形性。在纯激光焊接条件下，研究了激光功率、焊接速度、保护气体流量等工艺参数对于焊缝成形的影响。由于纯激光焊时铝合金材料对于激光反射严重，能量吸收率较差，导致焊接过程不稳定，成型差。为了改善2024铝合金的激光焊接性，试验中引入前置TIG电弧与激光能量进行耦合，以增强材料对于激光能量的吸收率。通过比较相同热输入下的焊缝成形效果以及工艺曲线，发现激光复合焊下材料对于激光能量的吸收较为均匀，未出现能量吸收率的突变以及明显的阈值现象，并且焊缝成形较为连续，焊缝质量较好，说明添加TIG电弧确实提高了材料对于激光能量的吸收率。试验还通过添加4043焊丝以进一步改善焊缝成形，减小热裂倾向，并采用优化的工艺参数得到了成形良好的焊接接头。采用鱼骨状裂纹试验研究了2024铝合金在不同焊接工艺下的热裂纹倾向，结果发现热输入和焊接速度的增大都会增加热裂纹倾向。试验还比较了不同工艺方法下接头的热裂纹倾向，结果显示在相同的热输入条件下，复合焊的热裂纹倾向明显大于纯激光焊，而通过添加4043焊丝对焊接热裂纹有较好的愈合作用。通过观察热裂纹的表面形貌，依据凝固裂纹开裂模式^[52]，讨论分析了三种工艺条件下热裂纹的形成机制。纯激光焊接属于沿晶间液膜分离的B型开裂并伴有一定量穿晶断裂的开裂模式；激光复合焊为沿晶间液膜分离的B型开裂模式；激光复合填丝焊为伴有愈合作用的A型开裂模式。对纯激光、激光复合以及激光复合填丝焊接工艺下得到的焊接接头进行了显微组织的观测。焊缝的显微组织主要为块状基体α-Al以及分布于基体上的大量析出物S相（CuMgAl₂）以及相（CuAl₂）。填丝焊的焊缝中还有一定量的Mg2Si存在。采用扫描电镜观察焊缝发现纯激光焊接的析出物多半呈颗粒状弥散分布在晶界处，而复合焊的析出物多为网络状连续分布于晶界。对比未填丝与填丝焊的EDS能谱扫描结果，可以发现填丝焊焊缝中，合金元素偏聚于晶界处，晶内合金元素大幅降低。对激光焊、激光复合焊、激光复合填丝焊得到的焊缝进行显微硬度的测定结果表明，焊缝由于受到激光焊接过程高温熔化的影响，硬度明显低于母材，热影响区存在“软化区”。在相同热输入量下，对比纯激光、激光复合、激光复合填丝焊的硬度值可知，激光复合焊接接头平均硬度值最高，为110HV左右；纯激光焊次之，为98HV左右；而激光复合填丝焊接接头硬度值最低，平均硬度仅为90HV。对纯激光、激光复合、激光复合填丝焊接接头进行了拉伸力学试验。结果显示，激光复合填丝焊接头的拉伸强度最高，为316.32MPa，纯激光焊接接头的拉伸强度最低，为235.15MPa，均远小于母材的强度。采用扫描电镜对断口形貌进行了观测，结果显示，纯激光焊接接头断口属于韧脆混合断裂。激光复合与激光复合填丝焊接接头断口除具有韧脆混合断裂特征以外，还具有沿晶断裂的形貌特征。