目前钛合金和激光焊接在航空航天领域得到广泛应用，与传统激光器相比，光纤激光器由于其在功率水平和光束质量等方面的优势而得到迅速发展，促进了激光焊接技术更广泛的应用。而由于多因素的影响，容易导致激光焊接过程不稳定，利用实时监测技术对激光焊接过程进行研究，对于保证激光焊接质量及加深对激光焊接本质的认识具有重要意义。　　等离子体、小孔和熔池是深熔焊过程中典型的物理现象，它们的行为共同决定了焊接结果，对这些现象进行监测成为激光焊接过程及质量实时监测的基础。本课题利用传感器及信息处理技术，构建了声光信号实时监测系统和高速摄像系统，实现了对TC4钛合金光纤激光焊接过程中等离子体和熔池的紫外光信号、可听声信号、近红外信号以及视觉图像的采集。基于这些采集信号，深入研究了等离子体和熔池基本特征及其与焊接参数的关系，获得了利用声光信号对焊缝熔深和熔池表面尺寸进行监测的数理模型，并建立了对部分焊接缺陷进行实时识别的有效判据。　　研究发现，TC4光纤激光焊时，正面等离子体不存在熄灭现象，背面等离子体则跟随背面小孔时有时无。正背面等离子体的变化是一个周期不稳定的过程，紫外光信号频谱图中不存在明显的主频峰，本试验条件下，正面等离子体的频率主要集中于900Hz以下，背面等离子体频率主要集中于500Hz以下，小孔穿透与否对其频率分布特征影响较小。　　根据熔池高速图像分析了典型TC4钛合金光纤激光深熔焊熔池的形貌和温度分布特征，以及熔池的流动和波动特征。熔池正背面近红外光辐射信号由直流和波动两部分组成，直流部分表征熔池的红外辐射，波动部分表征高频振荡的等离子体的红外辐射，文中采用低通滤波以滤除等离子体对熔池信号的干扰。　　基于声光信号的时域及频域分析，针对小孔穿透与未穿透两种情况下，分析了不同焊接参数对等离子体及熔池特征的影响。研究发现，主要是激光能量密度决定等离子体的强弱，焊接速度则主要决定母材熔化量。　　文中深入分析了等离子体特征信号和熔池特征信号分别与熔深和熔池尺寸之间的内在联系，建立了利用等离子体紫外光信号和可听声信号对熔深进行监测的关系模型，以及利用熔池近红外光信号对熔池尺寸进行监测的关系模型。　　通过和良好的激光深熔焊过程进行比较，从时域和频域两方面分析了存在未焊满、错边和未熔合这三种问题时的声光信号变化特征，并根据本文试验结果建立了对相关缺陷进行识别的有效判据。　　本文的研究成果对激光焊接过程实时监测技术的实用化提供了技术指导，并为今后进一步实现激光焊接质量的闭环控制做好了理论和应用技术准备，推动激光焊接技术在各领域更广泛和有效地应用。