为了研究在不同热输入下高氮钢焊接接头各区微观组织和硬度分布, 采用了Nd∶YAG-MAG电弧复合焊接方法焊接高氮奥氏体不锈钢, 进行了理论分析和试验验证, 取得了不同热输入下焊接接头各区形貌、微观组织和显微硬度数据。结果表明, 高氮钢复合焊接接头截面形貌呈“高脚杯”状, 上部为电弧作用区, 下部为激光作用区; 焊缝组织由奥氏体和少量铁素体组成, 随着热输入的增加, 铁素体含量增多, 铁素体树枝晶主干增长、增粗, 有二次支晶分布在树枝晶主干两侧;焊接接头硬度分布不均匀, 母材硬度最高, 其值在330HV~370HV之间, 焊缝区硬度在260HV~300HV之间; 随着热输入的增加, 焊接接头硬度降低; 焊接接头没有出现软化区。这一结果对高氮钢复合焊接在不同热输入参量下获得良好焊缝提供了理论基础。

焊接参数在一定程度上决定着焊缝的形貌及力学性能。采用激光-电弧复合焊接方法对高氮钢进行了焊接, 研究了不同焊接参数对焊缝形貌及力学性能的影响。研究结果表明：焊缝熔深随激光功率和焊接电流的增加而增大, 随焊接速度的增大而减小; 焊缝熔宽随激光功率的增大先减小后增大, 随焊接电流的增大而增大, 随焊接速度的增大其变化趋势相反, 当焊接速度ν＝0.8 m/min时, 焊缝熔宽达到最大, 其值为11.8 mm。同时对不同参数下的焊接接头进行拉伸和冲击试验, 结果发现：焊缝拉伸强度随激光功率和焊接速度的增大先增大后减小, 随焊接电流的增大而减小; 当焊接速度ν＝0.8 m/min时, 平均拉伸强度最大, 为875 MPa; 焊缝冲击功随激光功率和焊接电流的增大而增大, 随焊接速度的增大其变化趋势相反; 当焊接电流I＝270 A时, 焊缝平均冲击功最大, 为49 J; 通过扫描电镜对其拉伸、冲击断口进行观察, 发现其断裂形式以韧性断裂为主。

以5.0 mm厚高强钢板为试验材料, 进行了CO2激光-熔化极活性气体保护焊(Metal active gas, MAG)电弧复合焊接试验。采用高速摄像系统观测熔滴形态的变化以及过渡模式, 并采集焊接过程中的电弧和熔滴图像, 通过试验深入研究激光功率与电弧功率匹配对复合焊接过程中焊接稳定性、焊缝形貌、熔滴形态以及过渡模式的影响。研究表明, 当电流为200 A, 电压27 V时, 激光功率变化过程中, 熔滴过渡处于射流过渡状态, 焊缝表面形貌较好, 焊缝平滑连续, 没有明显缺陷; 其他参数不变, 随着激光功率增大焊缝熔深增大, 随着电弧电压与电流增大熔宽增大; 当I＝180 A, U＝26 V时, 电弧弧柱面积增大, 激光对电弧吸引作用增强, 促使熔滴过渡比较稳定, 使熔滴作用点与激光作用点完全重合。

在激光-电弧复合焊接试验中,利用神经网络来模拟预测焊缝形貌时,由于众多的焊接工艺参数以及模型输出参数使得预测结果和试验真实形貌误差较大,而且模型对焊接参数变化不灵敏。因此,引入多种群遗传算法对神经网络进行初始权值和阈值逐代优化,可以避免未成熟的收敛问题,使得优化后的模型对焊缝形貌预测具有较高精度。同时,将模型的输入参数和输出参数转换,得到利用熔深、熔宽、余高三个形貌尺寸参数来预测焊接工艺参数的网络模型。综合上述模型得到一套由理想熔深、熔宽、余高的焊缝形貌尺寸对应的焊接工艺参数,进而模拟出具体的焊缝形貌曲线图的系统。通过优化模型预测的形貌和实际形貌对比,预测误差在5%以内,参数转化后,优化的预测模型误差在3%左右。结合两个预测模型的预测系统,最后得到的预测形貌和实际形貌误差在10%左右。此系统可以避免大量的试验,大大缩短复合焊接研究周期,对焊接工艺参数优化具有重要意义。

以7.0 mm厚高强钢板为试验材料，采用CO2激光气体金属电弧（GMA）复合焊接方法，研究了全熔透状态下光丝间距对复合焊接焊缝形成、熔滴过渡特征、电压和电流概率密度分布的影响。结果表明：当光丝间距小于电弧弧柱半径时，焊缝形貌为“鸡尾酒杯”形状；当光丝间距接近或稍大于电弧弧柱半径时，焊缝形貌为“圆锥”形状，并且此时的有效连接面积最大。随着光丝间距的增加，熔滴由颗粒过渡转变为射滴过渡，使焊接过程更加稳定。汉诺威分析仪定量分析结果表明，当光丝间距在2~6 mm范围内时，焊接电压和电流概率密度分布曲线向中间收敛且大电流和大电压区概率较小，此时有利于焊接过程的稳定。

以7.0 mm厚高强钢板为试验材料，采用CO2激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)电弧复合焊接方法，研究了电弧能量、激光能量、光丝间距等参数对复合焊接熔滴过渡特征、工艺稳定性和焊缝形貌的影响。结果表明，CO2激光-MAG电弧复合焊接过程中，激光的加入，降低了激光匙孔附近等离子体通道的电阻，使电弧被吸引并压缩至激光匙孔处，从而使电弧阴极斑点更加稳定。电弧能量决定熔滴过渡的模式，激光能量主要影响熔滴的过渡频率。当电弧能量小于4 kW时，熔滴过渡模式为短路过渡和颗粒过渡或是二者的混合过渡；当电弧能量大于4.68 kW时，熔滴的过渡模式为射滴过渡。熔滴的过渡模式对获得稳定的可重复焊接工艺至关重要，射滴过渡比短路过渡更有利于焊接过程的稳定。热源间距保持在2～4 mm的范围内，避免熔滴干扰激光匙孔和熔池产生紊流。

为提高铜基粉末冶金摩擦材料的综合性能指标,研究了宽带激光表面改性功率对摩擦材料微观组织及性能的影响。采用扫描电镜、X射线衍射仪对微观组织进行了表征,采用硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对性能进行了测试。结果表明:在扫描速度150mm/min条件下,当激光功率低于1300W时,α-Cu的相对含量没有太大变动,随着激光功率的增加,摩擦材料中α-Cu聚合体边缘溶解加剧,大块聚合态α-Cu细小化,铜基粉末冶金层密度、硬度逐渐增加,耐磨性增强,摩擦系数提高。当激光功率超过1300W后,α-Cu的相对含量开始减少。α-Cu在有液相存在的条件下开始聚合生长变大。铜基粉末冶金层密度、硬度较快降低,磨损开始加剧,摩擦系数变大。

为提高铜基粉末冶金摩擦材料的综合性能指标, 用宽带激光束对其进行了激光表面改性处理。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪对微观组织进行了表征, 并用硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对性能进行了测试, 结果表明, 宽带激光表面改性处理后, 铜基粉末冶金层的微观结构和性能发生了明显变化。聚合生长状态的α-Cu产生边缘溶解, 大块聚合态α-Cu细小化。在α-Cu内部形成了大量的纳米晶。激光表面改性处理后Cu基粉末冶金摩擦材料层密度提高了6%, 硬度提高12.7%, 耐磨性能提高45％, 摩擦系数提高1％。

利用摩擦磨损实验机对45CrNi钢开展了激光淬火和中频感应淬火摩擦磨损对比实验研究，并利用扫描电镜(SEM)、投射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备对两种淬火试样硬化层进行了微观分析。结果表明，在载荷50～250 N条件下，激光淬火试样的耐磨性比中频感应淬火试样提高了4%～21%;中频感应淬火试样的摩擦系数略大于激光淬火试样的摩擦系数。两者的主要磨损形式均为磨粒磨损，但中频感应淬火试样磨损后表面犁沟的深度和宽度大于激光淬火试样表面犁沟的深度和宽度。两种淬火方法淬硬层均为板条马氏体和少量针状马氏体的混合组织，但中频感应淬火淬硬层有大量的碳化物析出，碳化物含量多且碳化物颗粒大、残余奥氏体多。

简述了激光淬火零件的变形,建立了激光淬火变形数学模型,并且提出了控制变形量的方法.