采用高功率双光束激光-金属活性气体（MAG）复合焊接技术对Q355ND钢进行焊接。通过调整双光束能量比分析激光能量密度分布对焊缝横截面成形、熔深及熔宽的影响，并获得了27 mm厚板“Y”型单面焊双面成型良好的对接接头。然后分析了焊缝区、热影响区的显微组织和主要元素分布，测定了焊接接头的显微硬度。试验结果表明，随着激光能量比的增大，焊缝熔深表现为先减小后增大的变化趋势，能量比的变化对熔宽影响较小，在激光能量比为0.75时获得了最深的焊缝熔深。通过调整能量比，所焊接的对接接头焊缝显微组织主要为铁素体和贝氏体。在焊接接头熔合线附近元素均匀分布，未出现元素迁移现象。硬度峰值出现在靠近熔合线热影响区附近，焊缝区硬度明显高于母材，热影响区硬度随着与焊缝中心距离的增加而逐渐减小。

采用窄间隙激光填丝焊接的方式对低合金高强钢D36进行对接，实现了良好的多层多道厚板焊接，焊后无裂纹、无气孔等缺陷。通过拉伸、弯曲试验，以及显微硬度测试、显微组织观察等分析手段对焊接接头的微观组织和力学性能进行了分析和表征。结果表明：热影响区粗晶区组织由大量板条状马氏体组成，细晶区组织由晶粒细小的珠光体和铁素体组成；焊缝中心组织为先共析铁素体+针状铁素体+粒状贝氏体。填丝焊道硬度从大到小依次为热影响区、焊缝中心、母材；钝边自熔打底焊接硬度从大到小依次为焊缝中心、热影响区、母材；焊接接头拉伸试样均断裂在母材位置，断口与受力方向成45°夹角，并出现明显颈缩现象，这属于典型韧性断裂。焊缝平均抗拉强度为537 MPa，平均断后延伸率为15.6%。

采用紧耦合气雾化法制备Fe-Cr合金粉末,分别研究了雾化压力和过热度对粉末粒度分布和表面形貌的影响。结果表明,在其他工艺参数不变的情况下,随着雾化压力从3.0 MPa增加到3.4 MPa、3.8 MPa时,细粉收得率升高,粉末中位粒径减小,气压增大则对液柱的破碎能力增强;当雾化压力从3.8 MPa增加到4.2 MPa时,粗粉收得率提高,中位粒径增加,小颗粒粉末团聚或粘结形成大颗粒粉末;过热度的增加提高了雾化过程的稳定性,钢液黏度降低、流动性提高,粉末中位粒径减小,细粉收得率提高;过热度增加到300 ℃时,液流比增加使液柱破碎不完全,粉末中位粒径减小。该方法制备的Fe-Cr合金粉末的激光熔覆性良好,熔覆层硬度为HRC54~HRC57。

在激光选区熔化技术中,激光-粉末的相互作用会对粉末特性产生重大影响,而在粉末循环使用过程中粉末特性的变化规律和演变机理尚不明确。本文利用激光粒度仪、扫描电子显微镜、能量色散型光谱仪研究了激光选区熔化粉末的粒径、物理特性、表面形貌、元素含量、微观组织在循环使用过程中的变化规律。研究结果表明:随着316L不锈钢粉末循环使用次数的增加,粉末的粒径分布、形貌、表面成分、表面微观组织和氧化程度都发生了较大变化;粉末的堆积特性如松装密度、振实密度、流动性也发生了不同程度的变化;另外,循环使用的粉末颗粒表面生成了富含硅、锰元素的圆形氧化斑点。本文将循环粉末中的异形颗粒分为两类——激光诱导熔池溅射颗粒和气体夹带诱导异形颗粒,并详细讨论了两类异形颗粒的形成机理。本文研究结果表明316L奥氏体不锈钢在循环使用过程中会产生弱磁性粉末颗粒。

以316L/Q345异种钢激光焊接接头为研究对象, 通过观察气孔和宏观偏析在焊缝横截面上的分布, 建立了匙孔不稳定条件下的气泡产生过程模型, 得出了对流混合区滞留气泡和凝固界面对气泡吸附作用是产生气孔主要原因, 通过热力学计算得到气泡附着固液界面前后表面自由能变化ΔGs<0, 得到气泡向固液界面扩散是自发过程; 基于对流混合区热量传输、动量传输、质量传输特性更易满足结晶热力学和动力学条件, 建立了穿透匙孔激光焊接接头横截面上宏观偏析形成过程, 认为结晶首先发生在对流混合区, 在熔池对流作用下, 被带入的非混合边界层在焊缝中过冷, 形成“岛状组织”; 或焊缝金属侵入非边界混合层, 形成“海滩组织”。

为了研究3Cr14不锈钢表面激光熔覆431CO-M2合金粉末的最优工艺参数, 基于正交试验设计, 采用极差分析法, 以稀释率、成型系数以及熔覆层的宏观硬度作为评价指标, 研究激光功率、熔覆速度、送粉速度和保护气大小对熔覆层成型品质的直接影响, 从而确定和筛选出最佳的激光熔覆成型工艺。结果表明对稀释率和成型系数的影响水平按从大到小排列依次为激光功率、熔覆速度、送粉速度以及保护气大小; 对宏观硬度的实际影响按从大到小顺序排列依次为激光功率、送粉速度、熔覆速度与保护气大小; 最终选择的工艺参数是激光功率1 100 W,熔覆速度5 mm/s, 送粉速度26 g/min,保护大小0.1 MPa, 光斑大小为4 mm, 载气量为13 L/min, 离焦量为14 mm。在最优工艺参数下, 熔覆层表面连续平坦, 与基体结合度好, 涂层的平均显微硬度为684.5 HV0.2, 约为基体平均显微硬度的2.7倍, 提高基体的硬度效果明显。

为了解决不锈钢冷轧辊表层经常出现的疲劳剥落或磨损, 提升不锈钢冷轧辊表层硬度及耐磨性, 在大量实验基础上研究了工艺参数对不锈钢冷轧辊表面激光熔覆层力学性能的影响。采用激光熔覆正交实验对304不锈钢表面进行熔覆, 重点研究了激光功率、扫描速度、送粉速度和搭接率对熔覆层的影响, 取得了304不锈钢表层搭接理想熔覆层的工艺参数, 并对熔覆层的硬度和耐磨性能进行检测。结果表明, 激光功率为1 300 W、扫描速度为11 mm/s、送粉速度为1.4 r/min、搭接率为30%时熔覆层最高硬度高出基材硬度约500.00 HV0.2, 摩擦磨损实验表明熔覆层耐磨性能明显提高, 磨损104次熔覆层失重率仅为0.016 5%。激光熔覆技术在一定范围内可以大幅度提升基材的硬度及耐磨性能, 此实验结果可以为修复不锈钢冷轧辊提供工艺参考。

双面神亲/疏膜可用于实现水下气泡的单向运输,在学术研究和工业应用中具有重要的意义。利用纳秒脉冲激光打孔,并结合加热改性工艺,在锌箔上下表面制备出锥形微孔阵列。通过控制激光加工参数,研制出双面神锌箔,其上下表面具有不同的粗糙度和微观结构,并开展了水下气泡单向运动特性研究。通过能谱仪(EDS)对双面神锌箔表面的化学成分进行了分析,结果表明,锌箔上表面的润湿性变化主要归因于激光打孔和加热处理中亲水性羟基的吸附和解吸作用。利用高清工业相机观测水下气泡的动态行为,发现气泡可以在0.6 s内从疏气面渗透到亲气面,但在相反方向则会被堵塞。研究结果显示,在一定范围内,脉冲激光能量的增加不仅可以增大锌箔表面的微孔尺寸并改善锌箔表面疏水性,还可以显著提高气泡的运输速率,气泡在双面神锌箔中的运输特性主要归因于表面微纳结构和化学成分的共同作用。研究结论可为超高速气泡捕捉、输送、收集和气液分离等领域的先进材料设计提供参考。

对于表面光滑、低纹理的目标，传统基于多视几何重建的算法难以获得理想的结果，利用偏振信息来重建这类物体是便捷有效的方法之一.然而单纯利用偏振信息进行三维重建存在歧义性等问题，难以获得理想的结果.以粗糙深度图作为先验信息可解决歧义性问题.先对偏振相机与深度相机标定并配准图像，由粗糙深度图获得的法向量辅助纠正偏振方位角歧义，再利用纠正的法向量与粗糙深度图积分融合，从而获得较高精度的物体三维表面.