复合材料因具有高比强度、优良的疲劳性能等特点而在航空制造领域得到了越来越广泛的应用。Invar合金与复合材料热膨胀系数相似,通常被用做复合材料成型模具。大尺寸的飞机复合材料零件需求大尺寸的成型模具,而Invar合金大型模具难以一次成形,通常采用焊接结构进行生产制造。本文采用试验与仿真相结合的方法,研究Invar合金激光-MIG复合焊熔池流动机理与小孔瞬态演变过程。首先,基于适度假设,建立复合焊接流场的数学模型,引入VOF方法,求解自由表面,分析蒸发、凝固和熔化等物理过程。同时,为了配合研究激光-MIG复合焊熔池与小孔动态行为,开展相关焊接试验:分别对5mm厚的Invar合金进行激光焊接和激光-MIG复合焊接,观察熔池形貌;并进一步对19.05mm厚的Invar合金进行激光-MIG复合焊接,分析各层的深宽比。研究表明,打底焊呈“笔直钉头状”,填充焊和盖面焊呈“高脚杯状”。其次,建立5mm厚Invar合金激光-MIG复合焊接二维模型,研究物理参数与小孔形成的关系。结果表明,焊接过程中,熔池在反冲压力、热毛细力和表面张力的共同作用下形成小孔;进一步地,建立复合焊接三维模型,重点研究小孔形貌、熔池温度分布以及熔池流动特性,结果表明,在焊接过程中小孔始终保持张开,小孔壁面温度最高,达到3150K,小孔壁面附近流体流速较大,最高流速可达0.95m/s以上,小孔壁面附近的液体大多沿着小孔向上流动。并开展相关试验对模拟结果进行验证。再次,建立5mm厚Invar合金单激光焊接过程流场模型,分析小孔波动增长规律,与激光-MIG复合焊接模拟结果对比。结果表明,两者的小孔波动增长规律基本一致,都可以分为三个阶段,但是复合焊接的小孔波动幅度较小,同时复合焊接过程中熔滴的加入能够有效抑制小孔尾端的“后倾”现象。最后,基于已经建立的5mm厚Invar合金激光-MIG复合焊接模型,研究激光功率、焊接速度和电流大小对小孔形成和熔池流动的影响规律。结果表明,增大激光功率,小孔后端涡流强度增加,小孔深度加深;增加焊接速度,小孔深度振荡的幅度降低同时小孔深度和熔池流动速度减小;增大电流强度,有效的增加小孔深度,增大小孔后方熔滴低落处的熔池流速。通过上述的研究,对Invar合金激光-MIG复合焊接过程中,小孔形成过程与熔池流动行为进行了较为深入的研究,为Invar合金激光-MIG复合焊接工艺提供了理论依据。