激光焊接是利用高能量密度的激光脉冲对材料微小区域进行局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料内部扩散,材料熔化后形成熔池。它是一种新型的焊接方式,激光焊接主要针对薄壁材料、厚板材料以及精密零件等等,可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊、深熔焊等,熔池的深宽比高,焊缝宽度小,热影响区小、变形小,速度快,焊缝平整、美观,焊后无需处理或只需简单处理,焊缝质量高,无气孔,可精确控制,聚焦光点小,定位精度高,易实现自动化。针对激光深熔焊接小孔行为、熔池流动的实验观测,国内外研究人员多采用高速CCD摄像、X--射线、红外成像等试验手段来研究小孔和熔池的耦合行为,但这些实验手段并不能获得全面有效的小孔及熔池内部流场、压力场及温度场数据。因此,建立合适的综合模型,通过数值模拟的手段获得小孔壁面和熔池内部的能量、压强、温度、速度等物理量以及小孔实时形貌,对于探讨激光焊接的本质以及有关物理现象具有十分重要的科学意义。围绕上述关键问题,本文对激光深熔焊接过程中瞬态小孔和运动熔池耦合行为进行了合理假设和研究,针对激光定点焊接过程,在考虑表面张力、气化压力、浮力、液固之间相互作用力以及熔池内层流、辐射和液气界面传热与传质等因素的影响,建立了激光定点焊过程中激光热源随熔深变化的自适应模型,通过VOF方法对熔池自由表面进行动态追踪,并对熔池的深度、温度分布、压力分布、焊缝形貌的动态演变过程进行了分析。结果表明：因材料受热气化产生的气化压力是小孔形成的重要驱动力；气化压力导致熔池底部压力较熔池上部更大,同时对焊接熔池有向下的推动力；材料气化时产生的气化压力将液态金属沿小孔壁面向上排出,由于Boussinesq浮力和气化压力的共同作用在工件表面上形成堆高；气化压力对熔池的强烈挤压作用使得熔池下部液态金属相对较“稀薄”,导致熔池下部以热传导方式为主,熔池上部以对流传热为主；当定点焊接时间t>10ms时容易形成钉尖缺陷。针对连续激光深熔焊接过程中,为了探究移动激光束对熔池流动以及移动小孔动态演变的影响,建立了连续激光深熔焊接随熔深变化的自适应热源,并对焊接过程中焊缝成形过程进行抽象,提出了熔池凝固模型,对熔池的深度、温度分布、流场分布以及相同焊速不同功率下小孔的动态演变过程进行了模拟分析。结果表明：当焊速为0.08m/s,功率分别为1600、2000、2400W,焊接时间t<7.2ms时,运动熔池形成过程中,小孔深度随时间成线性增长；当焊接时间t>7.2ms时,小孔深度值发生高频振荡,但深度平均值趋于稳定；随着激光光束的移动,激光束主要作用于熔池前壁面上,导致熔池前壁受气化压力作用明显,熔池前部金属受到挤压绕过小孔壁面,从小孔前部熔池流向后部,在后部熔池中形成局部环流,凝固形成“鱼鳞状凝固线”。通过对激光定点深熔焊以及连续激光深熔焊接过程的抽象假设,建立了基于VOF方法激光深熔焊接小孔行为的数值分析过程,采用数学建模的方式对激光焊接过程中熔池的动态行为进行可视化研究,这种方式对于激光焊接原理性的研究具有很高的科学价值。