随着社会经济的快速发展,能源短缺和环境污染日益严峻。减少运输车辆的自重和实现汽车轻量化技术,是减少能源消耗及对环境污染的有效手段之一,并成为机械工业、汽车工业和交通工业的关注重点。铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好等优点,可部分代替钢作为结构部件。同时钢铁的强度高、能承受较大的动载荷,可以确保结构部件使用过程的稳定性和可靠性。因此,铝钢的连接技术已经成为现前的研究热点。然而铝钢两种金属在密度、熔点和热膨胀系数等物理和化学性质具有较大差异,使得铝钢焊接过程不稳定,焊后容易产生气孔、裂纹和凹陷等缺陷,同时在铝钢结合界面容易形成硬脆性化合物,如何控制良好焊缝成形,这些都是铝钢焊接中的难点。光纤激光焊接具有热影响区小,焊接速度快和深宽比大等优点,可以较好地控制能量输入,有利于实现铝钢异种金属的有效连接。然而,在铝钢激光焊接的过程中,金属间化合物生成、焊缝成形和控制等问题有待进一步研究,为此,本文拟对光纤激光焊接工艺中铝钢异种金属接头形貌形成及焊接状态视觉传感展开研究。首先对铝钢薄板进行脉冲YAG光纤激光焊接,通过设计24组试验工艺参数,获得未熔合、熔合和焊穿三种焊缝成形,观察焊缝局部显微特征,分析激光点能量输入与焊缝成形之间的联系,通过点位移激光传感器测量焊缝的高度,分析焊缝高度与峰值功率、焊接速度、离焦量和脉冲频率之间的变化规律。进而采用大功率连续光纤激光自动焊接系统对铝钢进行连接,通过响应曲面法进行工艺参数优化,分析焊缝宽度和搭接剪切力与激光功率、焊接速度和离焦量等焊接参数之间的关系。发现激光功率和焊接速度的组合,即激光的线能量输入对焊缝宽度和搭接剪切力有显著的影响。通过期望优化的方法得到最佳的工艺参数范围,对2 mm厚板材的铝钢激光焊接中,当激光功率为2.2-2.4 kW,离焦量为0.27 mm,焊接速度在2.8-3.1 m/min区间时,可以获得具有高强度的焊接接头。其次对铝钢激光焊接的搭接剪切强度、焊缝显微组织和接头断裂模式进行研究,并且对焊接过程采用高速摄像仪进行在线视觉检测,分析激光功率、焊接速度和离焦量对搭接剪切强度的影响。通过光学显微镜和扫描电镜观察不同激光功率的焊缝成形和金属间化合物形态,分析接头的两种失效模式。试验结果表明,激光线能量输入影响焊缝成形和搭接剪切强度,在光纤激光深熔焊模式中,铝和钢都发生了熔化,使得金属间化合物生成量增加,在铝钢界面分布不均匀而且影响接头的力学性能和断裂模式,并在接头断裂面的显微图上发现二次裂纹和针状簇形态的化合物。再次对铝钢添加中间层箔片进行激光焊接,分析添加Cu、Ni箔片对焊缝成形和力学性能的影响,通过扫描电镜和能谱分析,对无添加、添加Cu箔和添加Ni箔三种焊缝接头的铝钢结合界面处的金属间化合物进行点、线和面的能谱扫描。最后通过图像处理技术对铝钢激光焊接过程的原始图像,进行时域和频域的特征参数提取,分别提取金属蒸汽面积、飞溅数量和熔池尾部面积三个特征值。通过统计分析和小波包处理特征参数,采用支持向量机建模,通过归一化处理优化模型输入量,运用网格搜索、遗传算法和粒子群优化算法进行参数寻优,实现对焊接过程状态的识别。