针对送粉式激光熔覆的特点，基于生死单元法建立了一种可以同时计算瞬态温度场及熔覆层几何形貌的三维数值模型，模型中考虑了送粉过程中激光能量的衰减和粉末颗粒的温升。基于该模型对送粉式激光熔覆过程中的温度场分布和几何形貌特点进行了分析。结果表明，在熔覆开始较短时间后，工件的瞬态温度分布与熔覆层几何形貌基本保持稳定。进行了不同送粉速率下的送粉式激光熔覆试验，对比了熔覆层横截面几何形貌的试验结果和计算结果，熔覆层表面轮廓线与试验结果基本保持一致，熔覆层的宽度、高度和熔深与试验结果基本吻合，说明了所建立的激光熔覆层几何形貌计算模型的有效性和可靠性。

钛合金与钢焊接易生成金属间化合物, 对焊缝性能有显著影响。为探索钛合金与钢激光焊接的可行性, 对钛合金与合金钢进行了激光焊接工艺实验, 对比了钛合金与合金钢激光对焊、激光搭接焊及激光搭接熔钎焊三种工艺。利用金相显微镜、扫描电镜、能谱及 XRD对焊缝微观结构、断口形貌及元素成分进行了分析。结果显示, 钛合金与合金钢激光对焊与搭接焊熔池中元素扩散充分, 生成脆性金属间化合物, 使焊缝塑性降低甚至开裂。激光搭接熔钎焊方法通过优化焊接过程热输入, 可以控制熔池大小, 减缓元素扩散, 抑制金属间化合物的形成, 将金属间化合物的分布控制在有限区域内, 有助于提高钛合金与钢的焊接质量。

为了得到同轴送粉激光熔覆中激光束穿过粉末流后的能量变化，研究了粉末浓度分布对激光能量的衰减作用。模拟了稳态、存在基底和熔池的情况下粉末流的空间分布，通过粉末浓度与激光能量衰减的关系，得到了任意粉末分布及激光能量分布下的衰减率。研究了基底对气流场的作用以及基底对粉末的反弹作用两种因素对粉末浓度分布的影响，并比较了平顶形光束在不同熔池尺寸和送粉率下的衰减率。结果表明，存在基底时粉末流对激光的衰减率比无基底作用时一般高2倍以上，与送粉率成正比，在熔池尺寸较小时与其大小成反比。

采用预置涂层和同轴送粉激光熔覆方法，分别以Ta/W混合粉末和纯W粉末为熔覆材料，纯Ta为基底，在Ta板上制备Ta-W合金涂层，对难熔金属材料的激光熔覆工艺方法进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及显微硬度计对两种方法所制备熔覆层的微观组织和显微硬度进行了分析。结果表明，预置粉末法激光熔覆层厚度均匀，稀释率低，涂层内部为粗大的Ta-W合金固溶体组织，熔覆层平均硬度为1500 HV，高于基底10倍。同轴送粉法激光熔覆层与基底呈良好的冶金结合，熔深较大，涂层内部为致密细小的树枝状Ta-W合金固溶体，均匀分布于Ta中。涂层平均硬度为800 HV，为基材的5倍。

气缸盖激光热负荷试验采用整形激光束作为热源模拟实际工况下气缸盖承受的热负荷。为了使整形光束实际作用效果与模拟计算结果一致，需对激光加载下气缸盖有限元模型的相关参数进行校核。针对火力面结构采用不同光斑尺寸的激光束进行加载测温试验。建立了三维有限元分析模型，通过在合理范围内调整模型密度、比热、热导率和吸收率等参数取值，最终使模拟计算温度结果与实测结果相吻合、两者温度值误差与测温试验误差相当。此结果既为后续的热负荷试验奠定模型计算基础，也为其它零部件激光热负荷试验中模型参数的选择和校核提供参考。

针对1Cr13马氏体不锈钢粉末的激光直接成形性能进行了实验研究，观测了成形薄壁件中显微硬度和典型微观组织结构沿高度方向上的分布，通过实时记录基板中两个特定位置的完整热历程分析解释了1Cr13不锈钢薄壁件中微观组织和显微硬度分布特点的形成原因。研究结果表明，由于多层堆积过程，激光直接成形1Cr13不锈钢薄壁件中的微观组织及显微硬度具有独特的分布特点，薄壁件与基板连接区域由于珠光体的存在使得硬度达到350 HV以上，其它区域微观组织结构趋于均匀一致，硬度稳定在200 HV。

温度场是影响激光焊接焊缝成形质量的关键因素。针对非熔透型激光搭接焊接头焊缝成“钉头”状的特点，通过分析焊接时材料吸收激光能量的分布情况，提出了高斯面热源加线性递增式柱热源的复合体热源模型。模型考虑板间接触热阻的影响，并将计算结果和试验结果进行了对比，发现模拟出的焊缝形状和试验吻合较好；此外基于本模型对焊缝各处的热循环与焊缝组织形貌及显微硬度的关系进行了分析。结果表明，焊缝组织形貌及显微硬度除与加热和冷却速率有关外，峰值温度对其也有重要影响；在热循环基本一致的情况下焊缝的性能相似。该模型较准确地模拟了薄板激光深熔焊接熔池温度场，对研究激光深熔焊接温度场问题和激光工艺参数的优化选择具有参考价值。

针对轴形零件实际焊接加工中遇到的困难,利用现场总线、串口通信和GALIL运动控制卡实现了上位计算机对激光器、机器人以及旋转台等系统的同步控制,提出了集成化激光制造系统的多种控制工艺焊接方法。对轴形零件进行了各种激光焊接控制工艺的实验研究,证明了此控制系统可实现多种焊接控制工艺,可以满足轴形零件激光焊接中变速度、变功率、偏角度等各种工艺条件焊接的需求,为轴形零件实际激光焊接中遇到的焊接过程不稳定、首尾衔接处凹坑缺陷等难题的解决提供了新的方法。编程采用VC++面向对象工具加以实现。

实验研究了连续波Nd∶YAG激光焊接速度、侧吹保护气流量和离焦量等参量对激光穿透焊接K418和42CrMo焊缝成形的影响。结果表明,K418与42CrMo激光穿透焊接有X形和T形两种典型的焊缝形貌,且焊缝形貌是不对称的。随着焊接速度的提高,焊接线能量降低,焊缝尺寸变小, 且焊缝上部尺寸变化比下部尺寸变化慢,焊缝形貌由X形过渡到T形。当离焦量在瑞利长度范围内时,焊缝正面宽度变化很小；当离焦量超出瑞利长度范围时,在足够高的激光功率密度下,焊缝正面宽度快速增加。在激光功率为3 kW,侧吹保护气角度为35°条件下,通过优化焊接速度、侧吹保护气流量和离焦量等参量可以得到最佳焊缝质量。

球墨铸铁因其优良性能而被广泛用作模具材料。对球墨铸铁冲压模具的激光表面处理已成为改善其耐磨性、提高使用寿命的重要方法。一定激光参量下吸收率的大小又直接影响到表面处理的质量。因此,确定球墨铸铁材料对激光的吸收率十分必要。通过热电偶测温,计算机数据采集系统进行定点温度采集,并结合数值模拟方法,对吸收率进行了标定,即首先根据预置的吸收率计算,预测被测点处的温度响应,并与实测响应比较,不断修正吸收率值,使预测温度响应和实验值吻合,由此获得吸收率。采用这种方法获得了球墨铸铁材料在大气条件下对激光的吸收率为23.3%。为激光处理球墨铸铁材料时工艺参量的选择和优化提供了一定参考。