不锈钢与玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）的异质材料复合结构在汽车轻量化领域有着广阔的应用前景。采用激光毛化技术在不锈钢表面制备网格微织构，开展了微织构的引入对不锈钢与GFRP单面单点电阻连接界面的强化机理研究。研究结果表明：表面微织构的引入显著改善了不锈钢表面的润湿性，熔化的GFRP在不锈钢表面由不润湿性转变为润湿性；随着微织构间距的增大，接触角先减小后增大，当微织构间距为0.2 mm时，接触角达到最小值62.4°，此时表面微织构的引入对界面机械嵌合的促进效果最佳；此外，微织构的引入促进了界面化学扩散，使得接头拉剪力达到最大值3548 N，界面失效形式由界面断裂转变为界面断裂与内聚断裂混合的失效形式。

采用纳秒脉冲激光对铜/铝/铜三层薄片结构进行焊接，分析焊接速度对焊缝成形、微观组织与接头力学性能的影响。结果表明：较低的焊接速度容易引起气孔和裂纹等接头缺陷，较高的焊接速度造成焊缝中的气孔聚集于界面，合适的焊接速度有利于获得良好的熔透深度和较少的缺陷；焊缝中存在CuAl₂、Cu₉Al₄与Cu₄Al₃等铝/铜二元化合物，且焊缝中生成的化合物的种类与焊接速度有关；当焊接速度为21 mm·s^-1时，界面较少的缺陷和钉状焊缝使得接头具有的最大剪切力为95.1 N。接头发生了三种断裂：焊点撕裂、焊缝剪切+熔核拔出复合断裂以及熔核拔出失效，焊点边缘的裂纹及脆性相是焊点撕裂失效的原因，界面处焊缝边缘的铜/铝化合物和气孔缺陷是复合断裂的原因，较浅的熔深和界面化合物导致了熔核拔出失效。

采用自主搭建的双层排水罩局部干法装置对3 mm厚316L不锈钢进行激光焊接，对比陆地焊接条件研究了排水气压对焊接接头的影响，并基于优化的排水气压分析了水深对焊接接头成形及组织性能的影响，实现了表面成形美观、无气孔裂纹缺陷的焊缝。实验结果表明：在陆地条件下进行激光焊接时，焊缝内部无缺陷，接头抗拉强度可达595 MPa，拉伸试样断于母材处。通过Schaeffler相图及铬当量和镍当量计算，得出凝固焊缝组织由奥氏体和少量铁素体组成。当排水气压为0.3 MPa时，焊缝无法有效熔透，焊缝中易产生气孔缺陷，且焊缝内生成了魏氏奥氏体，接头的抗拉强度仅为347 MPa；随着排水气压增大至0.5 MPa，接头抗拉强度显著提高至584 MPa。当水深较大时，由于冷却速度过快，焊缝中易生成脆性的魏氏奥氏体，弱化了接头的力学性能。与陆地条件相比，水下焊接时焊缝中形成了明显的树枝晶，且枝晶宽度在35 mm水深时减小至26.5 μm。当水深增大至35 mm时，接头的强度和塑性有所下降，试样断于焊缝处，韧窝尺寸较小，试样的变形能力较差。水下激光局部干法焊接及修复具有较好的可行性和较为广阔的应用前景。

钛合金与碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的异质复合接头在航空航天和交通等领域具有广阔的应用前景。激光连接钛合金与CFRP具有效率高的优点，但整体连接强度较低。本文开展了表面变宽度网格微织构TC4与CFRP激光连接工艺以及连接界面强化机理的研究，研究结果显示：随着微织构宽度增大，CFRP在TC4表面的接触情况由不润湿变成润湿，当微织构宽度为0.2 mm时，接触角最小，为49.91°，此时的润湿性最好；表面微织构显著提高TC4表面对熔化CFRP的吸附能力，促进了界面的机械嵌合作用；接头的拉剪力最高可达2596 N，较未处理接头提高了约154%；接头的断裂形式除了界面断裂及内聚断裂外，还存在TC4表面氧化物的剥离，佐证了TC4与CFRP界面结合强度的提升；界面上还生成了新的化学键合。微织构能增加界面接触面积并实现表面改性，促进CFRP与TC4在高温下发生化学连接，从而进一步提高接头强度。

铝合金与轻质高强的碳纤增强尼龙66复合材料(CF/PA66)的高质量连接是实现轨道交通等领域结构轻量化的重要手段之一。然而，由于二者物化差异大，二者难以实现激光直接连接。为探究铝合金与CF/PA66激光直连工艺及其连接机理，以激光功率为变量，揭示了不同热输入下接头宏观形貌、CF/PA66熔化宽度及界面结合的变化规律，建立了激光功率与接头拉剪性能的联系。结果表明，随着激光功率的增加，CF/PA66熔宽增加，铝合金与CF/PA66的实际接触面积扩大，从而接头承载力提高。然而，热输入过高将会导致树脂分解，界面产生气孔，接头性能降低。接头拉剪力在激光功率为1100 W时达到最大值2571.6 N(拉剪强度为10.2 MPa)。能谱与X射线光电子衍射仪(XPS)的分析结果表明，铝合金与CF/PA66激光直连过程中界面产生了新的化学键“Al—O—C”及“Al—C”，二者因此形成了紧密的界面冶金结合，进而获得了高质量接头。

采用激光-MIG复合焊接对轨道交通铝合金型材进行焊接研究，从焊接成形、气孔缺陷和熔池行为等方面研究了热源与焊接方向的夹角对于焊接特性的影响。结果表明，增大激光与焊接方向的夹角可使熔深、熔宽降低，当激光夹角从82.5°增加至110°时，熔深下降了50%，熔宽下降了25%，增大热源角度有利于焊缝中气孔逸出，当激光角度由82.5°增大至97.5°时，焊缝气孔率由3%下降至0%，增大电弧角度也有利于减少气孔。不同热源角度下熔滴过渡方式均为射滴过渡，增大激光和电弧与焊接方向的夹角会促使熔池变长。Fluent模拟结果说明热源夹角影响能量传播，增大激光角度会减弱能量向深度方向的传播，增大电弧角度会扩大其加热范围，进而增加熔池长度，提升熔池存在时间，有利于气孔排除。

采用激光焊与激光-MIG复合焊两种打底焊方式和激光-MIG复合焊与MIG(熔化极惰性气体)保护焊两种填充焊方式进行两两组合,完成了15 mm厚316L奥氏体不锈钢的焊接。对各试验组焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究,结果表明,采用全激光-MIG复合焊得到的焊接接头成形最优。激光-MIG复合焊焊层中心部位存在胞状晶组织,而MIG焊焊层几乎全为柱状晶结构。复合焊填充层的拉伸强度高于MIG焊填充层,而激光打底层与复合打底层强度相当,所有断裂均为韧性断裂。两种打底焊层焊缝中心显微硬度均高于母材,复合填充焊层焊缝中心显微硬度略高于母材,MIG焊填充焊层则低于母材。

利用波长为1070 nm,最高输出功率为6 kW的连续式光纤激光器,采用激光点焊技术,对TC4钛合金/5052铝合金异种金属连接进行工艺特性研究。结果表明,相同离焦量条件下,激光功率较小时,焊接过程中钛/铝接头会形成双熔池,焊后下部铝合金出现缩孔,并有气孔和裂纹产生;增大激光功率,钛熔化量增加,液相钛流入焊缝形成钉扎状结构,边缘处钛铝相互扩散反应,生成近钛侧的TiAl₂相和近铝侧的TiAl₃相;未流入熔合区的钛/铝界面生成TiAl₃金属间化合物层,且随激光功率的增加,钛-铝反应层增厚。当离焦量小于+50 mm时,接头强度随激光功率的增大先增大后减小,最大断裂载荷不足3000 N;采用+50 mm离焦量时,随激光功率的变化,接头强度出现两个峰值,失效位置分别位于接头界面及铝合金母材处,断裂形式为准解理断裂和韧性断裂,最大断裂载荷达到3571 N。

采用激光-电弧复合焊的方法焊接了HG785D高强钢, 研究了不同热源顺序下激光功率和送丝速度对焊接过程的影响。观察了复合焊过程中等离子体的动态变化, 并获取了不同热源顺序下等离子体的电子温度和电子密度, 揭示了焊接过程热源耦合机理。结果表明, 随着激光功率的增大, 焊缝熔深先减小后增大；随着送丝速度的增大, 焊缝熔深逐渐减小。相较于电弧先导, 激光先导等离子体的体积较大且电子温度较高, 焊缝熔深较大, 同时接头的抗拉强度较大, 但塑性较弱, 且接头各区域的显微硬度较大。

探究了使用同轴送粉激光直接沉积增材制造方法制造18Ni(300)马氏体时效钢零件的可行性。采用正交实验设计, 分析了不同工艺参数对单道成形的影响, 发现扫描速度、送粉速率、激光功率对稀释率的影响较大。在单道多层试验中发现在合适的参数下18Ni(300)能获得良好的外观成形, 但内部仍然容易出现非致密性缺陷。激光直接沉积制造过程的高冷却速率使得晶粒最小可以达到8 μm, 晶粒生长方向大致与散热方向相同, 但在层间位置存在晶粒转向区, 而在顶部存在柱状晶/等轴晶转变区。在扫描电镜下发现由于加工过程中热循环的特点, 先沉积层出现了析出相造成了硬度值的变化。硬度试验发现, 越靠近基材的硬度值越高, 最高可达358 HV。