为了研究激光深溶焊接过程中匙孔内自由壁面的变化及相应的温度分布，采用光束跟踪法，推导出了符合激光深熔焊接物理过程的热源模型。在建立的气、液、固3相统一的控制方程中使用该热源模型，通过流体容积法追踪匙孔自由液面，得出了匙孔的动态变化过程及相应的温度分布。结果表明，采用光束跟踪法热源模型计算出的熔池轮廓与激光熔焊接实验相符合。

激光深熔焊以小孔效应为特征,小孔使得激光束流与被焊接材料之间的耦合效率大大提高。小孔内的逆轫致吸收使得激光能量逐步衰减。另一方面,小孔内等离子体向熔池传热,起到焊接内热源的作用。因此,利用建立组合体热源模型,选择旋转高斯热源和双椭球形体热源模拟激光能量的分布,结合SIMPLE算法,求解不可压缩流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒方程,得到了大Péclet数下的小孔形态。模拟结果显示,控制容积法中的体热源传热方式不同于有限元法的表面热流密度分布方式。最后,将模拟结果和钛合金激光焊接的焊缝形状和尺寸进行了对比,说明所选择的体热源模型在激光深熔焊模拟中具有较好的适应性。

小孔效应和小孔的周期性波动是激光深熔焊过程的重要特点。小孔的波动起伏与小孔内气流压力的不断变化密切相关。这一观点通过分析小孔喷发烟流(Plume)高速摄影图像得到了证实。在测定了小孔喷发烟流的速度后，利用流体力学商用软件FLUENT建立了由保护气体、小孔喷发烟流和空气组成的组分模型，模拟了组分气流的质量分数和流场。实验结果表明，小孔喷发烟流的速度并不是一个恒定值，其数值依气流粒子团和小孔出口位置的不同而不同。在小孔喷出气流速度一定的情况下，研究了侧吹气流的流量和输送角度与影响保护区特征尺寸之间的相互关系，给出了氩气保护区和氦气特征保护区随侧吹气流参数改变的变化规律。从组分气流模拟结果看，焊接区组分以辅助气流为主，但其组分质量分数低于0.9。

采用CO2连续波工业激光器在高碳高合金钢Cr12表面进行了激光熔凝处理试验,比较了激光处理前后Cr12钢的抗弯强度和耐磨性,采用电子显微镜观察了断口特征、断口处和磨面处熔凝层的TEM形貌,并用X射线仪测量了抗弯试验前后激光处理层中奥氏体含量随熔凝层深的变化.结果表明,激光熔凝处理后获得超细化的枝晶组织,其抗弯强度和耐磨性显著提高.在抗弯试验和磨损过程中,熔凝层内的奥氏体含量大幅度降低,并出现了大量的层错和位错团.晶粒细化,奥氏体应变诱发马氏体转变,大量位错团的产生是抗弯强度和耐磨性提高的主要原因.

采用CO2连续波工业激光器在Cr12钢表面进行了激光处理试验,利用光学显微镜、电子显微镜观察了激光熔凝处理后Cr12钢的组织,并比较了激光处理前后的耐磨性.结果表明,激光熔凝后获得超细化的枝晶组织,其组织为树枝状初晶A′和树枝间层片状共晶(A′+(Cr、Fe)7C3).组织细化,奥氏体应力应变诱发马氏体转变,磨损中大量位错团的产生是激光处理后Cr12钢耐磨性提高的原因.

以合金相交多区域统一模型为基础,利用数值模拟方法,对脉冲Nd:YAG激光表面熔凝过程的非稳态温度场和熔区内的流场进行了理论分析。能量方程求解中考虑了固液相变潜热的吸收与释放；合金元素气化热损失、自然对流与辐射热损失；动量方程求解中考虑了热表面张力与浮力联合驱动流。结合实验条件计算了1Cr18Ni9Ti不锈钢在低频脉冲熔凝情况下熔区的形状和尺寸,并与实验解剖进行了比较。结果表明,在占空比较小时,系列脉冲中每一脉冲形成的表面熔区形状和尺寸可用定点轴对称脉冲模型很好地近似。