为了解决激光清洗除锈过程中传统锈蚀识别方法应用于不同锈蚀图像时灵活性差的问题，提出了基于MLP（Muti-layer perception）神经网络的锈蚀激光清洗检测方法。搭建了激光清洗机器视觉检测系统，采用MLP神经网络识别锈蚀图像。研究结果表明，所使用的MLP神经网络模型对不同锈蚀程度、不同光照条件下采集的锈蚀图像的识别结果对实际锈蚀的覆盖率超过95%，误识别率小于6%。采用图像的开运算操作消除误识别的微小区域，根据视觉检测结果生成最小外接矩形，并将其作为激光清洗的感兴趣区域，最终的感兴趣区域对锈蚀的覆盖率接近100%。该方法对提高激光除锈过程的检测效率，促进激光除锈过程自动化具有一定的意义。

7系铝合金以其优异的强度被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域，但其在焊接时易产生缺陷且焊接接头力学性能下降严重。笔者通过添加Ti金属中间层，采用激光光束摆动焊接技术制备了7075铝合金接头，并对接头的显微组织和力学性能进行了系统研究。焊缝区域主要为α-Al相。Ti金属中间层在焊缝中反应生成了TiAl₃相，细小且弥散的TiAl₃相成为Al晶粒异质形核的基底，促进了晶粒细化。添加Ti中间层后，焊缝区域的组织为细小的等轴晶。添加的Ti中间层的厚度为0.03 mm时，焊缝等轴晶区晶粒的平均等效圆直径为3.34 μm，晶粒面积加权平均值为母材晶粒的1.7%，接头的平均抗拉强度最大，为（377.8±6.1）MPa，达到了母材强度的69%。添加0.02 mm厚Ti中间层时，接头断裂位置在熔合区和热影响区晶粒的晶界处；添加0.03 mm厚Ti中间层时，断裂位置在焊缝两侧的细等轴晶区；添加0.04 mm厚Ti中间层时，断裂位置在焊缝中部的Ti元素聚集区。

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征，基于扫描电镜和电子背散射衍射仪，分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明：重铸层表面的Fe元素少量蒸发，从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变，厚度逐渐增大，组织呈现为分层的针状晶形态；对于晶体取向，切缝顶部晶粒的外延生长比例低于底部，前者生长方向的随机分布由熔体紊流引起，后者的外延生长由熔体层流引起；母材中的γ相为等轴晶形态，δ相呈带状分布；重铸层中γ相的晶粒形态不规则，粗化至母材的2倍左右，而δ相则弥散分布，细化至母材中δ相尺寸的1/6~1/2；组织转变的原因是激光切割过程中极大的温度梯度大幅缩短了δ相形成温度的持续时间，同时，熔体扰动促使δ相弥散分布。

针对船舱内各种复杂空间的作业环境需求，利用激光清洗技术对船用钢材EH36表面的漆层、锈蚀、油污开展工艺试验研究。首先研究激光功率、重复频率、脉冲宽度工艺参数组合对表面形貌的影响，揭示不同参数对表面剥离程度与粗糙度的影响，同时需要避免产生表面裂纹。其次，设计单因素试验获得漆、锈、油污的最佳清洗工艺窗口，漆、油污可以通过一次激光扫描除去，锈蚀需要清洗两次。通过对比清洗前后的基材表面元素含量分布以及微观形貌变化，结果表明，激光清洗后表面污染物有关的元素C、N、O均大幅降低，锈蚀、油污能够被完全去除，而漆层存在少量细小片状残留。最后对清洗后的基材进行了力学性能测试，发现表层硬度有所提升，除锈样提升约20 HV，除油样提升约3 HV，除漆样提升约13 HV；激光清洗对基材的抗拉、弯曲性能没有明显影响。因此，船用钢的激光清洗过程是可靠且无损的。

汽车产业是国民经济的重要支柱产业，高新技术与高端装备密集，体现了国家制造技术水平。激光焊接技术具有能量密度高、焊接变形小、柔性好等优势，被广泛应用于汽车车身成形制造，是汽车车身焊接的主要技术手段。激光焊接技术能实现钢、铝合金、镁合金等常用汽车车身材料的高质量焊接，对推动汽车车身轻量化和制造柔性化发展具有重要意义。首先结合汽车车身结构及材料特点，详细介绍了激光深熔焊、激光填丝焊、激光钎焊以及激光-电弧复合焊接等激光焊接工艺的原理及其在汽车车身焊接领域中的应用现状；然后从焊缝跟踪技术和缺陷在线检测技术两方面，对汽车车身激光焊接智能化技术的研究现状进行了介绍；最后对汽车车身激光焊接技术进行了总结并分析了其未来发展趋势。

采用高功率光纤激光对20 mm厚Q345碳钢进行激光切割的工艺探究并观察切割后的重铸层和热影响区的微观组织。采用多组单因素实验, 对比研究了激光功率、切割速度、辅助气体压力、离焦量对切割质量的影响规律, 最佳工艺参数为激光功率8 kW、切割速度0.6 m/min、离焦量+10 mm、氧气辅助压力140 kPa、喷嘴直径1.4 mm、切割高度0.5 mm。通过SEM观察了切割后碳钢样品横截面的微观形貌, 发现了重铸层及热影响区与基材之间微观组织形态与尺寸的差异, 并分析了重铸层及热影响区微观组织的形成机理。研究成果有助于超高功率光纤激光切割技术在中厚钢板切割领域应用的推广。

铝合金密度低、比强度高,是理想的新能源汽车车身材料,但表面氧化层的存在严重影响焊接质量。激光清洗是一种基于脉冲激光的热烧蚀作用去除表面氧化层的方法,具有非接触、可控性好等优点。激光清洗处理会使铝合金表面形貌发生明显变化,对后续加工(如焊接、涂装等)有显著影响。研究了6061铝合金激光清洗表面形貌的变化规律,并建立了表面自然氧化层的激光清洗工艺窗口;基于此窗口,构建了6061铝合金表面粗糙度变化函数模型,对工艺参数进行优化。结果表明:平均功率影响凹坑形貌的变化尺寸,进而改变表面粗糙度,随着功率由15 W升高至75 W,粗糙度逐渐增大;扫描速度和线间距影响相邻凹坑的搭接形貌,进而改变粗糙度,随着扫描速度由2000 mm/s升高至6000 mm/s,线间距由0.02 mm升高至0.06 mm,粗糙度先增大后减小。6061铝合金自然氧化层的激光清洗工艺窗口的参数为:平均功率为30~60 W,扫描速度为3000~5000 mm/s,线间距为0.03~0.05 mm,采用此窗口的工艺参数进行激光清洗后,粗糙度最大为1.584 μm。

采用万瓦级光纤激光对10 mm厚2A12铝合金开展了激光切割工艺实验, 系统研究了切割速度、辅助气压、离焦量、喷嘴直径、喷嘴高度等参数对切割质量的影响。研究过程中以切面条纹形貌和底部挂渣高度作为依据评价切割质量。首先通过单因素实验, 确定了离焦量、喷嘴直径、喷嘴高度的最佳参数区间; 然后进行全因子实验, 结果表明特定辅助气压下存在可获得良好切割质量的切割速度区间, 在一定程度内增大辅助气压将提高该速度区间。针对10 mm厚铝合金激光切割, 得出最佳工艺参数为: 激光功率9 kW、切割速度1 750 mm/min、辅助气压20 Bar、喷嘴直径3.0 mm、喷嘴高度0.8 mm、离焦量-7 mm。通过对激光切割断面的重铸层分析表明, 析出相在晶界处连续分布及晶内弥散分布, 将对位错运动产生较强的阻碍作用, 一定程度上提高切割表面抗裂纹萌生能力。

针对乏燃料后处理首端解体的需求, 研究了采用光纤激光器对Al2O3陶瓷/不锈钢组件进行激光切割的工艺、重铸层表面微观形貌及晶体结构。采用多组单因素实验, 对比研究了激光功率、离焦量、切割速度对切割质量的影响规律, 在本研究中最佳工艺参数为激光功率2.4 kW、切割速度0.8 m/min、离焦量-9 mm、氮气辅助气压10 Bar。通过SEM观察了切割后陶瓷体重铸层表面及横截面微观形貌, 发现了重铸层内结构缺陷及其与基材之间微观组织形态与尺寸的差异, 并分析了重铸层微观组织的形成机理。本研究有助于激光解体技术在乏燃料后处理上应用的推广。

针对航空发动机零件修理中表面清洗的工艺需求, 研究了纳秒和飞秒激光清洗航空用油滤的效果。研究了激光功率、扫描频率和线间距对加工效果的影响。结果表明纳秒激光主要的问题是能量过大引起的滤网烧蚀现象。需要控制能量的输入, 避免对金属滤网产生烧损, 最佳工艺参数为20 W, 5 000 mm/s, 400 ns; 飞秒激光的主要问题是能量不足导致清洗不够彻底, 同时飞秒激光的高峰值功率特性会导致滤网金属丝表面出现细小的冲击坑, 对于金属滤网的物理性能存在影响, 需要适当保证高能量输入, 同时避免对金属滤网造成过大的冲击以免损伤滤网丝, 最佳工艺参数10 W, 7 000 mm/s, 350 fs, 获得的丝径均值为0.053 mm。