颗粒增强铝基复合材料具有密度低，比强度和比模量高，结构尺寸稳定，耐高温、耐疲劳和耐磨损等许多优良的性能，成为国防、航天、航空、汽车、仪表、电子器件制造领域最具有应用前景的材料之一。在相同体积分数和基体时，原位生成TiB₂增强铝基复合材料的强度、耐磨性均高于一般的颗粒增强铝基复合材料。由于颗粒增强铝基复合材料焊接性问题，阻碍了它在上述领域的推广应用。关于TiB₂增强铝基复合材料的焊接性研究，尤其是TiB₂增强铝基复合材料的激光焊接研究很少被涉及。基于此，本文开展了TiB₂增强铝基复合材料的激光焊接研究，采用试验研究与数值模拟相结合的方法，研究TiB₂增强铝基复合材料的焊接性及TiB₂粒子在熔池中的迁移行为，揭示在激光焊接非平衡快速凝固过程中，激光与增强相粒子相互作用行为，TiB₂粒子的稳定性及与凝固界面的相互作用，TiB₂粒子的迁移轨迹及其在焊缝中分布特征等，为TiB₂增强铝基复合材料的焊接和TiB₂增强铝基复合材料的推广应用提供理论指导。论文采用大功率激光器进行了厚度为6mm的ZL101/TiB₂复合材料的焊接。通过对焊缝微观组织分析和力学性能试验，发现焊缝组织晶粒明显细化，TiB₂粒子分布趋于均匀。焊缝的拉伸强度、磨损性能及硬度均高于母材，焊缝性能提高的主要原因是由于焊缝中TiB₂分布均匀化及晶粒组织细化。增强相颗粒的均匀化对硬度的贡献较大，而晶粒细化和溶质Si原子的固溶强化的贡献较小。论文分析了激光焊接过程中TiB₂粒子的稳定性，TiB₂粒子不会直接吸收激光能量而发生熔化现象，而是被汽化的Al等离子体推到小孔周围的熔池内部。那些处在小孔边缘的粒子，在激光持续作用下，会发生断裂或被氧化。断裂的TiB₂粒子形态并没有发生明显变化，被氧化的TiB₂粒子氧化产物为TiO₂和B₂O₃，B₂O₃汽化逸出熔池，TiO₂则残留在焊缝中。TEM分析显示，在焊缝凝固后，TiB₂粒子与Al基体以原子直接结合，结合界面上无任何杂质。论文研究了激光焊接热输入对熔池的凝固过程的影响，揭示了熔池凝固过程对焊缝粒子分布及共晶Si形态的影响规律。焊接线能量对复合材料焊缝晶粒尺寸影响较小。随着线能量的增大，焊缝中TiB₂的分布变得更加弥散，TiB₂团簇尺寸逐渐减小。计算了在线能量为180J/mm时，熔池凝固界面前沿推移的TiB₂团簇临界半径为1.9μm。当粒子团簇半径大于临界半径时，粒子被凝固界面吞没；当粒子团簇尺寸小于临界半径时，则粒子被推移，计算结果与试验效果相吻合。基于流体动力学、热力学理论，构建了焊接熔池流体流动的数值分析模型和复合材料粒子分布的物理模型，模拟分析了复合材料激光焊接时的熔池温度场、流场以及小孔动态变化，揭示了TiB₂粒子在熔池中的迁移规律。模拟结果表明，熔池内流体的流动速度在穿透焊接时大于非穿透焊接时流体的速度，表明穿透焊接情况下流体运动比较剧烈。小孔未穿透工件之前，流体的速度向上向后，小孔穿透工件之后，流体的速度向下向后，呈逸出熔池趋势。在小孔穿透工件后，在熔池内流动形成两个对流环，小孔中心位置以上的流体整体向上流动，在小孔中心位置以下的流体向下流动。熔池中不同的流体速度，使得小孔经过粒子团簇后，团簇粒子分散并均匀分布在熔池后部熔体中。对流环的形成，使得熔池内粒子的分布变得更加均匀，从而揭示了TiB₂粒子在熔池中的迁移规律。