为模拟钢轨缺口、裂纹缺陷修复，在U75V钢轨母材上开设U形坡口进行激光填丝焊接修复，获得的优化修复工艺参数为：激光功率P=5 000 W，焊接速度500 mm/min，送丝速度200 cm/min，离焦量+20 mm，Z轴抬升0.75 mm/道。焊后的焊缝热影响区存在针状马氏体组织，再经过600 ℃保温1 h的高温回火处理后，针状马氏体转变为回火索氏体组织，回火后焊缝抗拉强度及硬度与母材接近，摩擦因数略高于母材，但仍满足实际工况要求。

水下原貌修复是核电厂乏燃料水池和内置换料水箱修复的优选方案之一。采用第三代核电站乏燃料水池用S32101双相不锈钢母材以及ER2209不锈钢焊丝, 进行了V形坡口激光填丝焊接修复工艺的试验探索, 并对焊缝性能进行了综合检测, 主要结论包括：激光填丝焊接+激光再热的复合焊接工艺可以获得外观良好的焊缝成形, 焊缝组织主要由铁素体及奥氏体构成; 参照核电建造标准, 焊缝的室温拉伸、高温拉伸、低温冲击、铁素体含量和耐晶间腐蚀性能均满足要求。研究结论为核电厂乏燃料水池和内置换料水箱的水下焊接工艺研究奠定了良好基础。

针对钢轨长期使用后出现的磨损问题，通常采用激光熔覆技术对损伤表面进行修复。本文以U75V钢轨为基体材料，对多层多道激光熔覆成形过程中的工艺参数进行优化研究。结果表明：U75V钢轨激光熔覆修复成形的最佳工艺参数为激光功率900 W、熔覆速度600 mm/min、送粉速度7.58 g/min、搭接率58.8%、Z轴抬升量0.6 mm、预热温度200 ℃。多层多道熔覆区多为等轴晶，热影响区中存在针状马氏体组织。熔覆区的硬度为480 HV，与母材最大硬度430 HV相差不大；热影响区受马氏体组织的影响，硬度为母材的2倍左右；熔覆层的耐磨性略低于母材。

基于激光选区烧结(SLS)的增材成形方式, 采用PSB粉末材料, 探究不同工艺参数下制件密度与力学性能和微观组织之间的对应关系。结果表明, 试件拉断力F的大小与制件密度呈大致线性相关, 密度越大, 拉断力F越大, 塑性变形也越好, 组织越致密。但当密度上升到850 kg/m3左右时, 塑性变形反而变低, 制件尺寸精度严重下降, 通过组织结构能明显看出已烧结至熔化。所以, 在过度烧结后, 不能再以密度定义成形质量的好坏。

以10 mm厚度的Q345B钢板为母材, 针对激光深熔TIG复合焊接主要工艺参数对焊缝成形的影响规律开展系列研究, 为复合焊接工艺优化提供实验依据。实验结果表明, 激光对熔池起到了冲击和搅拌的作用, 提高了熔池的流动性, 形成了平整的焊缝, 同时焊缝的熔宽由电弧电流主导, 激光功率对焊接熔宽的影响较小, 焊接熔深会随着激光功率的增加而增加; 熔深和熔宽随着离焦量的增加(-2~3mm)均为先增大后减小; 激光在前的复合模式整体要比电弧在前的复合模式的焊接熔深大。

以10 mm的Q345B钢板作为实验材料，采用激光-MAG复合焊接技术，通过调整焊接电流，送丝速度，焊接速度，光丝间距等复合焊接参数，探索Y型坡口高速打底焊的可行性及相关工艺适应性研究。实验过程中借助高速摄像和电压电流采集器，分析焊接电弧和熔滴过渡的行为特征。结果表明，激光-MAG复合焊能实现最大6 mm钝边以及最小角度为35°坡口的高速打底焊，焊速为1 m/min，对间隙和错边的适应性较好，激光与电弧电流的匹配对焊接稳定性有很大的影响。

激光与等离子电弧作为两种高能束热源进行复合焊接，相比于单独激光焊能够达到更大的熔深和更高的焊速，分别采用2 mm和4 mm厚度的304不锈钢板为母材进行平板焊和对接焊，观察焊缝成型与不同激光功率下的等离子体形态，研究在2 mm的平板高速焊中，在保证单面焊双面成型的前提下，不同激光功率的最佳电流匹配范围，及4 mm厚度不锈钢在对接焊中对于间隙与错边的适应性。试验表明，在保证单面焊双面成型与最低1 000 mm/min焊速的前提下，激光功率越大所匹配的电流范围越宽，越能达到更高的焊速。激光-等离子电弧复合焊在平板对接焊中，对于间隙与错边具有良好的适应性，最大适应间隙为0.5 mm，最大适应错边为1.5 mm。

对薄板不锈钢进行激光深熔TIG复合焊接的工艺研究, 保证焊缝成型良好的条件下, 探索能达到的最大焊接速度, 并针对实际焊接生产中组对精度差的问题, 开展了激光深熔TIG复合焊接技术对组对间隙和错边量的工艺适应性研究, 借助高速摄像观察焊接电弧形态分析激光与电弧的相关作用。实验结果表明, 激光功率3.5 kW, 焊接电流150 A, 2 mm的不锈钢在5 m/min的焊速下能得到良好的焊缝; 激光功率4.0 kW, 焊接电流150 A, 4 mm的不锈钢在2 m/min的焊速下能的到良好的焊缝。激光电弧复合焊接薄板不锈钢错边适应性良好。

激光深熔TIG复合焊是一种新的高效自动焊接方法, 相比传统TIG焊接, 能够有效增大焊接熔深, 提高焊接效率。以6 mm厚度的Q345B钢板作为母材, 进行复合热源高速单面焊双面成型和打底焊工艺研究, 以及对间隙和错边的适应性, 并对其焊接接头的力学性能进行测试。结果表明, 相较于单独深熔TIG焊, 复合焊的焊接速度有了大幅提高, 最高速度为1 000 mm/min, 焊缝成型更加美观; 复合焊在组对间隙和错变量上有一定的容忍度, 最大容忍度组合为1 mm间隙＋1 mm错边; 在中厚板的打底焊中也能很好的实现单面焊双面成型, 焊接接头满足拉伸强度要求。

采用4 kW的光纤激光和MAG电弧复合焊接10 mm厚的Q345B钢, 研究工艺参数对焊缝气孔的影响, 如光丝间距、焊接电流、激光功率, 激光前后位置以及给激光单加保护气等; 观察和分析焊缝气孔的成形原因。结果表明, 焊缝气孔的存在影响因素复杂, 合理匹配的工艺参数能使气泡有时间和空间逃逸从而避免焊接气孔的存在; 光丝间距、焊接电流和激光功率等参数之间的匹配关系对焊缝气孔的产生有重要影响, 当激光功率为恒定值3.5 kW时, 焊接电流295 A, 光丝间距2 mm的焊缝无焊接气孔出现, 若拉大光丝间距, 焊接电流可以适当增大; 激光在后焊接熔深较大, 但对气孔的抑制作用不明显。