激光冲击焊接(Laser impact welding——LIW)是一种在精密仪器、电子设备和医疗卫生等领域的微器件连接中富有应用潜力的固态连接技术。然而,现有LIW研究中,影响焊接质量的射流和界面波形等关键现象的界面运动学,以及回弹和微裂纹等焊接缺陷机理仍缺乏系统研究。本文结合数值模拟、理论预测和实验观测对LIW中的界面运动学与焊接缺陷机理展开了系统研究,主要研究工作与取得进展如下:(1)探究了高速冲击焊接(High velocity impact welding——HVIW)界面运动学研究中流行的两种仿真算法在LIW动态过程模拟中的适用性和经济性;在原有速度模型的基础上局部改良了光滑粒子流体动力学(Smooth particle hydrodynamics——SPH)建模的边界条件;在同样参数下,分别使用ABAQUS软件的Eulerian处理器和AUTODYN软件的SPH处理器对LIW过程进行了仿真研究;对比分析了相同时刻下的界面特征、界面附近的剪切应力、界面温度分布、碰撞点处的材料速度分布;讨论了SPH方法和Eulerian方法在再现碰撞过程中界面动态演变过程的能力;使用实验观测的方法检验了模拟的可靠性。研究发现:本文增加了底部边界条件的速度模型可以避免以往LIW模拟研究中焊点中心出现的严重失真现象;相较于Eulerian方法,SPH方法更加节省计算成本;Eulerian方法不能捕获界面波形、开裂和回弹现象;两种模拟方法均证明冲击角度大于10°是射流现象和界面波形产生的前提条件;SPH方法得到的沿焊接方向界面波形尺寸的变化趋势与实验观测结果的吻合度较高。(2)借助于Jet indentation机理预测、SPH模拟和实验观测这三种分析工具展开了Ni/SS304的LIW界面运动学研究。1)SPH模拟和实验观测均发现LIW的焊接界面沿焊接方向可以分成4个区域:回弹区域、开裂区域、波形界面区域和边缘未焊接区域,其中波形界面区域为LIW试样的环形焊接区域;波形界面沿焊接方向的变化规律为:平直界面-无涡旋波形界面-平直界面;2)通过SPH模拟揭示了射流的形成和溅射机理,实验验证了模拟得到的射流现象的客观存在;3)通过SPH速度模型模拟再现了Ni和SS304的LIW过程,探究了焊接界面处压力、有效塑性应变和温度等参数对焊接过程中界面材料运动行为的影响,研究发现:LIW过程中界面材料表现出了流体特征,界面波形的形成是极端金属变形的结果;法向应力是诱发焊点中心萌生回弹及开裂现象并导致其进一步扩展的关键参数;4)使用SPH模拟验证并局部改良了Jet indentation机理,基于SPH模拟和改良后的Jet indentation机理探究了LIW界面波形成和演变机理,以及影响界面波长与波幅尺寸的关键参数;在碰撞点处,飞箔的水平焊接速度越小,波长越大;在碰撞点处的射流速度越小,界面波幅就越小。(3)系统地展开了Ni与SS304的LIW实验研究。本文通过不同工艺参数下的LIW实验探究了影响Ni箔和SS304箔可焊性的关键参数;使用SEM和OM对LIW试样中常见的焊接缺陷进行了观测,并借助于实验观测和SPH模拟讨论了上述焊接缺陷的萌生和扩展机理;为了检验上述焊接缺陷是否会降低LIW试样的焊接强度,本文对不同激光能量下得到的焊接试样进行了拉伸剪切测试;为了配合解释拉伸实验中的某些现象,本文分别使用EDS、SEM、OM以及SPH模拟对不同激光能量下的LIW试样进行了界面元素分析、界面形貌表征、表面形貌表征和拉伸失效模式分析;研究发现:激光光斑尺寸和激光能量是影响LIW可焊性的关键参数;Ni和SS304的LIW试样的表面和焊点中心位置会出现一些分布极有规律的焊接缺陷,分别为:飞箔表面的烧蚀和微裂纹、焊点中心的回弹和开裂;LIW实验后出现在飞箔表面的微裂纹是在材料制造缺陷、残余应力和冷却速率不均匀的共同影响下萌生并扩展的;焊接缺陷中的表面微裂纹是加速LIW试样发生拉伸失效的关键因素;激光能量越大,LIW试样发生剪切失效的最大拉伸力就越大;LIW试样的拉伸剪切失效模式为焊点边缘的脱焊撕裂失效。本文丰富了LIW界面运动学研究成果,为解释LIW中界面波形的形成与演变、射流的产生与喷溅、回弹(或开裂)的萌生与扩展等过程的机理提供了新的解决方案。另外,本文对揭示LIW试样中焊接缺陷的萌生与扩展具有重要意义。