针对球墨铸铁与合金钢异种材料焊接界面容易形成碳偏聚进而产生裂纹的问题，通过采用连续-脉冲同轴双激光焊接工艺及填充镍基合金焊丝，实现了QT500与20MnCr5的优质焊接。研究了同轴双激光中不同脉冲激光功率（360、400、440、480 W）对焊缝成形质量的影响规律，讨论了激光作用位置向钢侧偏移（偏移量）对焊接接头界面碳元素偏聚现象的影响机制，对焊接接头力学性能、金相组织及硬度分布进行了综合分析。结果表明：同轴双激光焊接工艺可用于球墨铸铁与合金钢的焊接，球墨铸铁侧的热输入对焊缝的成形质量及力学性能的影响较为显著；由于球墨铸铁侧莱氏体及马氏体的析出，断裂主要发生在该侧的熔合区；在保证熔深稳定的前提下，分别研究了不同偏移量（0.1、0.2、0.3 mm）对接头的影响，激光作用位置向钢侧偏移能够有效减小球墨铸铁侧的热输入，避免碳元素过度偏聚，力学性能得到相应的提升，断裂位置向热影响区移动，焊缝接头的强度得到优化。

基于铜基焊丝CuSi3Mn1，采用钨极惰性气体保护焊（TIG）和激光?TIG复合焊方法开展了QP980钢搭接焊接头的成形、组织与力学性能研究。结果表明：搭接焊接头由熔焊区、钎焊区和热影响区组成；TIG焊接头只有上基板发生部分熔化，而激光‐TIG复合焊接头的上下基板均发生了部分熔化；随着电弧电流增大，两种接头的接触角均减小，钎焊区长度均增加；脉冲激光的加入可以进一步降低接头的接触角，增加钎焊区长度；接头熔焊区以铜基体为主，内部分布着富铁小岛和富铁颗粒；钎焊区的铜基体中分布着少量富铁颗粒。随着电弧电流增加，TIG和激光?TIG复合焊接头的拉剪载荷均增加；在相同的电弧电流下，激光?TIG复合焊接头的拉剪载荷更高；当激光功率为240 W、电弧电流为140 A时，搭接焊接头的拉剪载荷可达12.4 kN；接头断裂位置均位于焊缝处，断裂路径由钎焊区扩展到熔焊区。本文研究表明，增加钎焊区长度能够强化接头性能，接头中的强化相为富铁小岛和富铁颗粒。

采用激光熔覆沉积（LCD）成形技术在锻造GH3536合金表面制备了GH3536合金，并对其显微组织与力学性能进行研究。结果表明，LCD成形GH3536合金的激光成形区与锻造基材之间形成了宽度为250~320 μm的等轴晶结合区。此外，在成形区还发现了宽度为2~2.5 mm具有枝晶结构的鱼鳞状熔池，以及少量孔洞缺陷。在成形过程中，在结合区和成形区析出了M₆C和M₂₃C₆碳化物。由于成形区GH3536合金具有比基材更高的室温拉伸强度，激光熔覆沉积成形GH3536表现出明显的各向异性，垂直于成形方向材料的抗拉强度与屈服强度比平行于成形方向分别高12.5%和9.1%，但其延伸率低7.7%。由于成形区GH3536合金晶粒尺寸较大，并且存在少量孔洞缺陷，其维氏硬度比基材降低了12.4%。

采用基于激光诱导熔化极惰性气体保护(melt inert gas, MIG)电弧焊的增材技术，研究了插补沉积和十字交叉沉积两种不同沉积路径对2319铝合金块体组织性能的影响。结果表明：插补沉积的晶粒细小，柱状晶生长方向一致；十字交叉沉积的晶粒粗大，柱状晶生长方向杂乱无章。在力学性能上，插补沉积和十字交叉沉积的平均硬度分别是97.9 HV和89.2 HV，十字交叉沉积下试件的整体硬度分布更均匀。插补沉积试件的强度和塑性具有各向异性，十字交叉沉积试件的强度和塑性具有各向同性。其中，插补沉积试件沿X方向和Y方向的抗拉强度分别为233.58 MPa和275.52 MPa，延伸率分别为6.34%和11.12%。十字交叉沉积试件在XY平面的极限抗拉强度为251.33 MPa，延伸率为7.68%。研究表明，对于铝合金块体的激光诱导MIG增材技术制造，插补沉积试件在Y方向上的整体组织性能优于十字交叉沉积试件。

采用轴向应变控制法研究了激光增材制造成形GH3536合金在室温和800 ℃下的低周疲劳性能,并通过扫描电镜和透射电镜分别对合金的断口形貌、组织进行了分析。结果表明:温度和应变的增加会缩短合金的疲劳寿命。在室温下,合金在不同应变幅下均表现出了先循环硬化后循环软化的特征,且疲劳裂纹源单一;位错密度的增加是合金循环硬化的重要因素。在800 ℃下,合金在低应变幅下先循环硬化,再出现明显的循环稳定现象,最后循环软化至失效;在高应变幅下则表现为先循环硬化再循环软化。800 ℃下合金的裂纹源数量较多,相的析出及其对位错的钉扎使合金发生了硬化。合金的疲劳寿命与应变幅符合Basquin-Coffin-Manson关系。塑性应变能模型能够准确地预测疲劳寿命,预测结果均位于1.5倍分散带以内。

采用选区激光熔化技术制备了GH3536合金，并研究了热等静压和固溶处理对GH3536合金的组织、力学性能和疲劳裂纹扩展性能的影响。结果表明：沉积态合金中存在熔池、枝晶、柱状晶以及孔洞和裂纹缺陷；热等静压能有效愈合缺陷，消除熔池和枝晶，并使晶粒长大为等轴晶，但是会导致碳化物沿晶界连续析出；固溶处理后大量碳化物回溶到基体。沉积态合金的抗拉强度、硬度和伸长率分别为782.1 MPa、227.9 HV和17.7%，缺陷是影响合金塑性的重要因素；热等静压处理后，合金的抗拉强度和硬度分别降为693.7 MPa和170.4 HV，伸长率上升到34.7%；再经固溶处理，合金的抗拉强度和硬度分别回升至741.0 MPa和180.6 HV，伸长率为48.7%。相比较而言，沉积态合金的疲劳裂纹扩展抗力较低，而热等静压+固溶处理使合金的疲劳裂纹扩展抗力得到了提升。

以镁合金/钢对接接头为研究对象,选用组合热源模型模拟激光诱导TIG电弧复合热源的作用,考虑激光与TIG电弧的耦合效应及Fe-Ni固溶区的形成,利用ANSYS软件对焊接温度场分布和热循环曲线进行模拟计算。结果表明:所得模拟结果与实验结果吻合良好,验证了所建热源模型的准确性及适用性;镁合金/钢对接焊接头的峰值温度可达2249 ℃,焊接高温作用于镍夹层及其邻近的钢母材,促进了界面的冶金反应及元素扩散,为Fe-Ni固溶区、高熔点AlNi相及双固溶体结构界面层的形成提供了温度条件;液态镁合金熔池停留时间为0.28 s,能保证其在钢侧进行充分的润湿铺展,实现接头的良好成形;在熔池的搅拌作用下,AlNi强化相弥散分布,使得镁合金焊缝的强度增大。

为了改善和提高不锈钢TIG电弧增材制造零件的成形质量和力学性能,加入小功率激光对TIG电弧进行诱导增强,对比激光加入前后的电弧形态,研究不同激光功率下制得的增材制造墙体的抗拉强度及微观组织。结果表明:激光的诱导作用能够压缩电弧,稳定堆积过程,提高堆积速度,实现墙体的低热输入堆积,提高墙体的力学性能;墙体的微观组织主要是柱状树枝晶;热量的积累使得墙体从下到上的枝晶间距逐渐增大,墙体从下到上的硬度值逐渐降低;墙体最顶部为等轴树枝晶;激光诱导电弧复合增材制造的316不锈钢墙体由奥氏体和铁素体组成。

采用激光诱导TIG电弧焊方法进行了1.5 mm厚6061-T6和5083-O异种铝合金的拼焊试验,系统研究了激光的加入对焊接接头塌陷变化和力学性能的影响规律。结果表明:由于两种铝合金的化学成分和热物理性能的差异,焊接接头会出现不一致的塌陷现象;与电弧焊相比,激光的加入不仅可以有效降低焊接接头的塌陷程度,还会大幅降低焊接接头塌陷深度比的不一致程度;随着激光功率增大,焊接接头塌陷的不一致程度呈减小的趋势,导致接头受力情况发生变化,使接头强度呈先增后减的趋势。

提出了加入Ni中间层的6061铝合金与DP980高强钢搭接接头激光诱导电弧复合连接技术,采用该技术实现了6061铝合金与DP980高强钢的良好连接。分析了Ni中间层对搭接接头力学性能、微观组织的影响,并分析了Ni中间层在焊接过程中的作用。使用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪等对典型焊接接头的显微组织、元素分布进行分析。结果表明:在铝合金与高强钢之间加入Ni中间层,能有效阻止Fe元素向铝合金基体中扩散,并改变了6061/DP980界面金属间化合物的种类及分布,金属间化合物的厚度明显减小,金属间化合物主要由FeAl₃和Fe₂Al₅组成,Ni元素也发生扩散,并主要以Al-Ni化合物及Fe(Ni)固溶体的形式存在于焊缝中。添加Ni中间层焊接接头的剪切拉伸载荷可达到173 N/mm,比未添加Ni中间层的接头提高了约35%。