高功率光纤激光因其具有运行成本低、光束质量好和加工柔韧性高等显著的优点，吸引了全世界加工行业中众多学者的广泛关注。在焊接领域，近年来的研究发现高功率光纤激光与CO2激光的深熔焊接特性存在明显的差异。为了全面的认识高功率光纤激光的深熔焊接特性，本文从深熔阈值、羽辉的形成机制、羽辉对焊接过程的影响和激光在深熔小孔内的能量耦合这四个方面对其进行了研究。采用IPG YLS-6000光纤激光进行平板扫描焊接实验，并观测焊接模式从热导焊转变为深熔焊的物理过程和深熔阈值。然后基于该过程，提出熔池对入射光纤激光的“自聚焦”效应导致蒸发反冲压力的突变是焊接模式转变的原因。随后结合“自聚焦”模型、蒸发反冲压力、熔池气液界面的力学平衡和熔池表面的温度场，推导出波长1um量级激光焊接的深熔阈值表征形式为P/d（激光的输出功率除以光斑直径）。最后通过数值计算并与实验值对比的方式，进行了验证。利用瞬态光谱仪采集高功率光纤激光焊接羽辉辐射的光谱信息，对羽辉温度随羽辉高度的分布进行诊断。为了克服诊断中线状谱不丰富的困难，本文提出了一种基于连续谱和维恩位移定律的诊断方法。然后通过与玻尔兹曼图法同时诊断光纤激光-电弧复合焊接等离子体温度的方式，通过对比验证了该方法的科学性。采用高速摄像分别观测不同焊接速度、不同保护环境和焊接过程中激光束移出板材前后羽辉的形态。并通过透射电镜和扫描电镜，对收集的的纳米颗粒和飞溅颗粒进行了测量。结合羽辉的行为特性和温度随高度的分布，并参考在真空中焊接时羽辉的形态，对羽辉的形成机制进行了分析。结果表明高功率光纤激光焊接过程中深熔小孔内喷发出大量直径在1~20μm的飞溅颗粒，少量飞溅颗粒在光束内的上升和逐渐气化是形成类似于激光束聚焦形态狭长形羽辉的主要原因。羽辉为气体发光，是纳米颗粒、少量飞溅颗粒和炙热的气体组成的混合体。利用超音速横向气帘在不同高度处吹除羽辉、变化焊接速度和变化保护环境等方式，证实了高功率光纤激光焊接羽辉对熔深、熔宽和焊接过程稳定性产生了严重的影响。结合实验结果进行理论计算分析，揭示了羽辉对焊接过程的影响机制为羽辉中的飞溅颗粒对入射激光的米氏散射和纳米颗粒的瑞利散射。深熔小孔内喷发的少量飞溅颗粒在光束中的上升，是羽辉影响焊接过程的主要原因。采用高功率光纤激光和CO2激光在近似相同的焊接工艺下进行焊接实验，对比熔深、熔宽和熔化效率随焊接速度的变化规律，研究高功率光纤激光在焊接过程中的能量耦合方式，并理论计算深熔小孔前壁的倾角和光纤激光在小孔前壁上的吸收率随焊接速度的变化规律。结果表明在焊接速度较低时，光纤激光在小孔前壁上的入射角大于布儒斯特角，孔内的能量耦合方式为多次反射吸收，焊接过程不稳定；提高焊接速度后，光纤激光在小孔前壁上的入射角约为布儒斯特角，前壁的一次吸收可达约80%，故而孔内的能量耦合方式以小孔前壁的一次吸收为主，焊接过程较为稳定。进一步增大焊接速度时，光纤激光在前壁的入射角小于布儒斯特角，小孔前壁的一次吸收率较小，前壁的反射光作用于后壁导致焊接过程的稳定性不高。