随着节能减排和结构轻量化要求的提高，铝合金结构件的应用越来越广泛。高功率激光-MIG电弧复合焊接兼有激光小孔深熔焊接和电弧焊接的优点，是一种能够提高铝合金结构焊接质量和生产效率的新型熔焊方法。光纤激光器激光波长较短，性能稳定，在铝合金焊接方面独具优势。但是，光纤激光-电弧复合焊接铝合金的一些关键技术和物理机制还缺乏深入的研究。本论文基于高速列车和运载火箭铝合金结构制造的实际需求，对铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊接的工艺特性、热源相互作用机理和接头强化机制开展了研究，所取得的成果如下：　　系统研究了铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊接过程的稳定性。采用统计焊接飞溅数量的方法对焊接过程稳定性进行了半定量评价。在本试验条件下，适当提高纯Ar保护气的流量、电弧弧长、电弧力和热源间距都可以减少飞溅数量。复合焊接飞溅数量减少的主要原因可以归结为两点：激光对熔池的预热作用扩大了熔池前端的面积，熔滴从焊丝过渡熔池的过程更平稳；工艺参数优化使电弧对熔滴的作用力保持在合理范围，相关结果为稳定地开展后续实验奠定了工艺基础。　　首次将激光-电弧复合焊接等离子体光谱分析位置分为激光辐照区和电弧中心区两个特征区域，并根据这两个区域的光谱信息提出了表征激光-电弧热源相互作用程度的新方法，引入了相互作用程度系数ΨI：此公式省略。IH、IL和IA分别为复合焊接、激光焊接和电弧焊接过程的光谱强度。ΨI值越大，表示激光-电弧相互作用越强。半定量分析结果表明，激光辐照区的相互作用系数ΨIL值和电弧中心区的相互作用系数ΨIA值存在差异，说明激光对电弧的影响程度和电弧对激光的影响程度并不对等，但是ΨIL和ΨIA值随工艺参数的演变规律基本相同：激光功率越高，电弧电流、热源间距越小，ΨIL和ΨIA值越高；复合焊接熔深随ΨIL和ΨIA值的增加而变深。激光-电弧相互作用促进熔深增加的机理在于激光小孔内增强的电子发射现象促使电弧内形成稳定的导电通道，造成电弧体积压缩，提高热源能量密度并扩大小孔直径，导致小孔内壁通过菲涅尔效应吸收的激光能量减少，更多的激光能量传输到小孔底部，从而增加焊接熔深。热源相互作用增加熔深的机理为提高复合焊接效率和能源利用率开辟了新途径。　　针对现有铝合金激光-电弧复合焊接中母材越厚，接头气孔率越高的难题，通过系统研究与优化激光-电弧复合焊接工艺，成功突破了8 mm以下中厚铝合金板材的厚度障碍，获得气孔率满足工业应用标准的复合焊接接头。结果表明，复合焊接接头截面形状和焊缝气孔率有很强的对应关系：当接头形状为Y型时，接头内容易产生大量气孔；当接头形状为V型时，气孔率显著降低。因为电弧对激光区的作用程度是决定接头形貌的主要因素，本论文首次引入电弧对激光区作用程度系数R来量化电弧对激光区的作用程度，其定义为接头横截面下半区与上半区面积之比。电弧对激光区的作用程度越强，R值越大。分析发现随着R值增加，熔池激光区体积增大，接头形貌由Y型转变为V型。这一变化使得小孔尖端产生的气泡容易溢出熔池，从而抑制了熔池凝固后的气孔缺陷。当R值大于0.51时，接头中气孔率满足合格标准。R系数的提出为铝合金激光-电弧复合焊接接头气孔的抑制提供了判据，对其参数优化和质量提高具有一定指导意义。　　采用低气孔率的激光-电弧复合焊接工艺参数可以显著提高AA6082和AA2219铝合金的焊接接头强度，明显高于其他熔焊方法。AA6082铝合金研究结果表明，接头屈服强度达到了母材的80％，提高强度的机制有多种，其中固熔强化机制是最主要原因。采用Al-Mg焊丝复合焊接的AA2219高强铝合金接头具有比Al-Cu焊丝接头更高的抗拉强度，达到300 MPa以上，Al-Mg焊缝中的大量细小S-Al2CuMg析出相及其与位错形成的钉扎作用是提高强度的主要原因。　　在获得低气孔率和高强度的AA6082铝合金中厚板激光-电弧复合焊接接头基础上，首次得到了中厚板铝合金复合焊接接头的疲劳性能S-N全曲线。结果表明在10％失效概率、95％置信度条件下，无限寿命（定义为107循环次数）疲劳强度为97.8 MPa，达到母材的86％以上，优于MIG焊接和激光焊接，与搅拌摩擦焊接接头的疲劳强度相当。复合接头较低的气孔率和较高的屈服强度提高了裂纹萌生区疲劳循环次数，是提高接头整体疲劳性能的主要原因。高疲劳性能为铝合金复合焊接技术在高速列车、航空航天工业中的应用奠定了基础。