本文通过理论与实践分析、优化设计及实验验证的方法,对Q345D材料的塞头和20Mn2材料的塞杆过盈配合组成的活塞杆,利用激光焊接技术增强金属材料间的结合能力,进而延长使用寿命。在激光焊接中,要考虑活塞杆的焊缝形貌、焊缝熔深、焊缝硬度、焊缝组织等综合影响因素,因此在激光焊接过程中把握激光焊接参数就尤为重要。焊接后的活塞杆需达到近4 mm的熔深,且无气孔、裂纹、凹坑等现象。本文分别利用Q345D和20Mn2金属薄直板和活塞杆进行激光焊接参数的探索,主要焊接参数选取为激光功率、扫描速度和离焦量。激光功率大小反应了辐射在金属材料上的能量密度,扫描速度大小反应了能量密度施加在金属材料的作用时间,离焦量反应了能量密度作用在金属材料的深浅程度。利用12组不同参数对两种焊接接头进行激光焊接。随着激光功率的增加,熔宽的变化幅度较大,而熔深的变化幅度较小。实验结果表明,根据焊接参数的不同,焊件的熔深,表面成形也不同,甚至出现未焊透、成形差、咬边和凹坑,力学性能下降。通过大型有限元ANSYS模拟软件,对活塞杆进行激光焊接仿真分析研究,仿真分析了激光环焊的各时段温度场分布及热循环曲线,同时分析了Von mises热应力对焊接形貌和熔深的影响,激光功率越高,温度梯度越大,熔池呈稳态温度场分布,在激光压力与热应力的影响下使熔池表面出现凹陷状态,验证了焊缝内部存在热应力。试验后的活塞杆表面无气孔和裂纹,表面质量良好,为活塞杆实验提供了有益的借鉴。每个焊接工艺过程中都会涉及到焊接夹具,对于大型激光器,编程复杂,运动轨迹较大,且长时间作复杂运动对激光器自身带来寿命影响,且在焊接活塞杆中,为了准确地形成环形焊接轨迹,必须保证夹紧定位功能。此焊接夹具通过多个零部件之间的组合连接实现对活塞杆的夹紧定位,通过步进电机和PLC实现活塞杆的旋转,保证焊接位置的准确性和焊接角速度的调节,防止产生漏焊和余焊,实现焊接过程中的精准度和自动化程度。最后,利用层次分析法和灰色关联法对数据进行参数优化,设计正交实验,通过对焊缝熔深、焊缝硬度、焊缝形貌和显微组织为检测评价标准,通过灰色关联度和灰色关联系数对焊接参数进行优化选取,实验后优化参数与原始参数进行对比分析,得出影响焊接质量的水平参数大小关系分别为扫描角速度、离焦量、激光功率。为实验分析和工程应用提供了有益的借鉴。