焊缝熔透状态是定量评价激光焊接质量最重要的指标之一，实时准确识别焊缝的熔透状态是动态激光焊接过程监测和控制的关键。针对铝合金薄壁件的脉冲激光焊接，本文提出了基于声波时频特性和深度学习的焊缝熔透定量评估新方法。首先，搭建视觉‐声发射多信息实时同步传感系统平台，获取反映匙孔动态行为的视觉图像和声波信号，并对声波信号进行分帧和小波包阈值去噪预处理；然后，使用平滑伪魏格纳维利分布（SPWVD）提取各帧声波信号的时频域图像，同时引入灰度共生矩阵（GLCM）提取时频域纹理特征，并将提取的纹理特征送入反向传播神经网络（BPNN）进行预测；最终，以SPWVD声波时频图为原始输入，构建基于卷积神经网络（CNN）的焊缝熔透分类模型。结果表明：声波时频图与匙孔动态行为、焊缝熔透状态具有高度相关性；相比于准确率为85%的传统BPNN分类模型，基于SPWVD时频图的CNN分类模型有着更高的准确率（98.8%）。所提定量评估新方法为铝合金薄壁件脉冲激光焊接熔透的在线智能诊断与自适应控制提供了参考。

采用光纤激光-熔化极稀有气体保护(MIG)复合焊对不同对接间隙下的3 mm厚低合金高强钢进行焊接。在焊接速度恒定的条件下,研究了不同对接间隙下焊缝的成形过程,并与零间隙下相同工艺参数的激光-MIG复合焊的焊缝形貌进行对比。结果表明:在有对接间隙时,焊缝及其热影响区的上下宽度基本一致(呈U形),而在零间隙下,焊缝及其热影响区的宽度均呈上宽下窄(Y形)的形态。焊缝成形机理如下:在激光-MIG复合焊进行有对接间隙的焊接时,电弧等离子体的形态有三种不同的变化(与任一侧试板起弧燃弧形成的“分叉电弧”以及与两试板同时起弧燃弧形成的“十字电弧”),电弧的三种形态不断变化,形成“摆动”态;“摆动”态电弧等离子体的作用是预热和熔化工件侧壁,激光热源作用在熔池上起到加大熔深、稳定电弧和消除电弧热源导致的侧壁未熔合的作用;对接间隙下电弧热源作用的范围较大,使得母材受热更加均匀;与零间隙焊缝相比,有间隙下的焊缝组织更均匀。

利用纳秒脉冲激光及光学振镜系统,对T2铜及1060铝合金箔片进行螺旋形点焊,分析不同搭接组合形式下的焊点成形及组织特征。结果表明:当搭接组合形式为铝上铜下时,铝侧金属完全熔化,部分区域中铝侵入铜母材形成“V”型微小焊缝;当搭接组合形式为铜上铝下时,焊缝由具有较大深宽比的微小焊缝组成。两种搭接组合形式下,焊缝的组织中形成了γ₂-Cu₉Al₄区域、过共晶组织区、共晶组织区及亚共晶组织区。接头界面处的CuAl₂金属间化合物层较薄,并未发现明显的微观裂纹,接头的脆性可显著改善。

通过激光熔覆在304不锈钢表面制备了Stellite 12涂层,研究了添加不同质量分数的Ti/B₄C对Stellite 12涂层组织及性能的影响,分析了涂层组织的生长,测试了涂层的显微硬度及耐磨性能。研究结果表明,Stellite 12涂层主要由面心立方的γ-Co与Cr₇C₃相组成。随着Ti/B₄C的添加,涂层原位合成了TiC亚微米颗粒相。残存的B₄C作为异质形核点,形成了亚微米结构TiC/B₄C强化相,且颗粒尺寸逐渐减小。TiC/B₄C颗粒对涂层晶粒有细化作用。涂层显微硬度随着添加Ti/B₄C的质量分数的增加逐渐增大,最高为624 HV。涂层耐磨性能随添加的Ti/B₄C质量分数的增加逐渐增强。

以3 mm厚高强钢为试验材料,采用光纤激光-熔化极稀有气体保护焊电弧复合焊接方法,研究了焊速为5 m·min ^-1时激光功率与电弧电压对焊缝形貌的影响,并与低速焊接中厚板得到的焊缝形貌进行了比较。研究结果表明,增大电弧电压和激光功率均能提高焊接过程的稳定性,获得良好的焊缝成形。在不同的热源位置下,焊缝形貌会出现浅“Y”型和深“Y”型的区别。通过高速摄影发现,当激光前置时,熔滴尺寸较大,且过渡时易发生汽化爆炸,对熔池的冲击较大;当电弧前置时,匙孔稳定存在,液态金属能沿着孔壁向下流淌,增大熔池底部面积。在低速焊接中厚板时,由于焊接线能量及工件的表面张力存在差异,焊缝形貌与高速焊接薄板时得到的形貌不一致。

利用激光熔覆技术, 在铜基体表面制备了三种Ni-Mo-Si复合材料涂层, 对三种涂层的相组成与组织进行了研究, 利用压痕法研究了涂层硬度与韧性。研究结果表明, 三种涂层的相组成分别为MoSi2+Ni2Si+γ-Ni(涂层1,Ni-20Mo-40Si)、Mo5Si3+Ni2Si+γ-Ni(涂层2,Ni-30Mo-30Si)和Mo2Ni3Si+Moss+γ-Ni(涂层3,Ni-40Mo-20Si)。涂层1的平均硬度为1100 HV, 平均摩擦系数为0.44; 涂层2的平均硬度为1200 HV, 断裂韧性较差, 平均摩擦系数为0.50; 涂层3的平均硬度为860 HV, 断裂韧性较好, 平均摩擦系数为0.55。涂层1~3的磨痕深度依次为6.30, 5.26, 7.00 μm。

利用激光熔覆技术, 在铜合金表面制备了两种Ni-Ti-Si复合涂层, 测试并分析了涂层的组成、微观组织和摩擦磨损性能。结果表明, 在Ni-15Ti-15Si涂层（涂层1）中主要形成了枝晶状的TiSi、TiSi/TiNi3共晶和γ-Ni相, 而在Ni-35Ti-15Si涂层（涂层2）中主要形成了黑色树枝状的Ti2Ni3Si强化相和白色带状的Ti2Ni相; 涂层2的平均显微硬度值为涂层1的1.3倍, 约为铜基体的9.5倍; 室温环境下涂层2的平均摩擦系数约为0.54, 较铜基体的摩擦系数降低了35%, 因此具有优异的耐磨性。

通过粉末床铺设置尼龙微粉, 进行选择性激光烧结(SLS), 制备了尼龙6(PA6)拉伸试样。分析了所制备样品在三维方向上的拉伸性能, 研究了拉伸断口的微观形态。结果表明, 所制备的样品致密无孔隙。激光扫描方向和面堆积方向的拉伸强度分别为42.7 MPa和42.5 MPa, 高于体堆积方向的拉伸强度39.3 MPa;激光扫描方向和面堆积方向的断裂伸长率约为体堆积方向的两倍。断口分析显示, 拉伸断口由裂纹萌生区和裂纹扩展区组成, 裂纹起源于未熔融PA颗粒与熔融粘结PA的界面。

采用激光熔覆技术在纯铜表面制备Cr3Si+γ-Ni+Ni2Si(45Ni-26Cr-29Si)和Ni16Cr6Si7+Ni2Si(60Ni-10Cr-30Si)(原子数分数，%)两种Ni 基硅化物涂层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、分析涂层不同的组织结构以及其形成原因。测试涂层的室温摩擦磨损性能。结果表明：组织为Cr3Si+γ-Ni+Ni2Si的涂层，平均硬度为1000 HV，500 g 载荷下压痕边角出现裂纹，平均摩擦系数为0.5；组织为Ni16Cr6Si7+Ni2Si 的涂层，平均硬度为900 HV；1000 g载荷下压痕边角没有裂纹产生，韧性较好，平均摩擦系数为0.5。

为了预测激光深熔焊T 型接头的焊缝形貌并优化工艺参数，基于响应面分析的方法，建立了激光深熔焊工艺参数与焊缝形貌特征参数之间的数学模型，进行了方差分析、模型验证。基于所建模型，研究了工艺参数对焊缝形貌的影响规律，并对工艺参数进行了优化，从而实现了对焊缝形貌的预测。结果表明，所建立模型能够准确预测焊缝形貌，预测值与实验值误差很小，经优化的工艺参数既满足焊缝形貌要求也可降低热输入约27％。