采用自主搭建的双层排水罩局部干法装置对3 mm厚316L不锈钢进行激光焊接，对比陆地焊接条件研究了排水气压对焊接接头的影响，并基于优化的排水气压分析了水深对焊接接头成形及组织性能的影响，实现了表面成形美观、无气孔裂纹缺陷的焊缝。实验结果表明：在陆地条件下进行激光焊接时，焊缝内部无缺陷，接头抗拉强度可达595 MPa，拉伸试样断于母材处。通过Schaeffler相图及铬当量和镍当量计算，得出凝固焊缝组织由奥氏体和少量铁素体组成。当排水气压为0.3 MPa时，焊缝无法有效熔透，焊缝中易产生气孔缺陷，且焊缝内生成了魏氏奥氏体，接头的抗拉强度仅为347 MPa；随着排水气压增大至0.5 MPa，接头抗拉强度显著提高至584 MPa。当水深较大时，由于冷却速度过快，焊缝中易生成脆性的魏氏奥氏体，弱化了接头的力学性能。与陆地条件相比，水下焊接时焊缝中形成了明显的树枝晶，且枝晶宽度在35 mm水深时减小至26.5 μm。当水深增大至35 mm时，接头的强度和塑性有所下降，试样断于焊缝处，韧窝尺寸较小，试样的变形能力较差。水下激光局部干法焊接及修复具有较好的可行性和较为广阔的应用前景。

激光熔覆层的组织和应力对熔覆层的裂纹控制具有重要影响，而熔覆层的组织和应力与熔覆过程中的预热温度密切相关。本文在铸钢基体表面激光熔覆铁基粉末制备了熔覆层，分析了不同预热温度下熔覆层的组织和应力分布规律。结果表明：预热温度越高，熔覆层与基体之间的元素相互作用越强；当预热温度为100 ℃时，熔覆层中的应力峰值明显降低，平行于扫描方向的残余应力峰值从室温时的594 MPa减小到442 MPa，垂直于扫描方向的残余应力峰值从室温时的579 MPa减小到383 MPa；当预热温度为200 ℃时，应力的降低效果显著减弱；当预热温度为300 ℃，与常温相比，组织应力的影响较大，导致残余应力水平显著提高。

为改善制动盘的热疲劳性能，本文在制动盘用铸钢材料表面激光熔覆了一层铁基涂层，然后采用光学显微镜和扫描电子显微镜等分析了熔覆层及基体材料在热疲劳过程中的裂纹扩展速率、组织形貌演化等。结果表明：激光熔覆层组织存在严重的偏析；在热循环过程中，过饱和的M₇C₃型碳化物成为热疲劳裂纹的快速扩展通道，使熔覆层极易发生脆性断裂，从而导致熔覆层试样的热疲劳性能极差；对熔覆层试样进行850 ℃/5 h的热处理工艺，可以使元素均匀分布，消除枝晶偏析和内应力，而且可使M₇C₃转变为高温性能较为稳定的M₂₃C₆，大幅提升熔覆层的热疲劳性能；热处理熔覆层试样在2000次的热疲劳试验中未发现宏观裂纹，其热疲劳性能远远优于基体材料。

二维粗糙带是常用的加速流场转捩的流动控制方式，理论分析并用风洞实验研究二维粗糙带作用下的高超声速平板边界层引起的波前畸变特性。采用波前检测系统测量高超声速边界层流场的波前畸变，对比有无粗糙带情况下的流场波前分布。研究结果表明，在高超声速平板边界层发生转捩以前，高精度波前测量系统不仅可以给出高速流场的波前分布，同时还可以计算对应的密度场。实验结果还表明，马赫数为5的边界层流场明显失稳时波前畸变有大幅度提高；同时通过对比有无粗糙带时波前畸变特点发现，平板壁面加粗糙带后尽管边界层的流态未发生变化，但相同位置的平均波前、波前均方根和峰谷值明显增大。

针对铝合金激光熔注(LMI)工艺过程中对激光反射率高、表面存在氧化膜且导热率高等主要问题,开发了激光钨极氩弧(TIG)复合熔注工艺。研究了激光-TIG复合方式,送粉方式,送粉载气流,TIG保护气流,激光功率,TIG电流等工艺参数的影响。研究发现,为实现有效的熔注强化效果,应选择后送粉方式;熔注层深度随TIG电流增加单调增加,随激光功率增加熔注层深度呈先增后降。送粉载气和TIG保护气相互匹配,是影响熔注工艺的关键因素。通过工艺参数匹配和优化,成功制备了WCp/Al表面复合材料层。熔注层厚度为0.5-4.3 mm,深度可根据需要通过合理调节工艺参数来控制。