采用光纤激光对2 mm厚6061铝合金和1 mm厚Q235钢板进行搭接焊, 研究了激光功率、焊接速度和离焦量对焊缝微观组织、接头成分和抗拉剪强度的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)对接头截面组织以及拉伸试样断口进行观察, 采用能谱仪(EDS)对断口成分进行分析。结果表明, 激光功率在850 W以上可以形成良好的接头, 最佳焊接速度为35 mm/s, 离焦量为5 mm时焊缝成形最好; 拉伸试样断口主要集中在焊缝-铝合金界面处, 焊缝-Al界面处金属间化合物主要有FeAl3、FeAl、Fe2Al5等, 接头拉伸性能受金属间化合物层厚度影响, 断口为脆性断裂。

为了提高航空发动机热端部件的热障涂层(TBCs)与基体的结合强度、延长涂层使用寿命,利用激光快速成型技术在高温合金基体上制备了网状结构的衬垫,用等离子喷涂法制备了陶瓷涂层,并通过实验比较该陶瓷涂层与传统两层结构涂层的抗热震性能。基于热弹塑性力学理论,建立了二维有限元数值模型,分析了热震中网状衬垫对热障涂层应力分布的影响。结果表明,传统两层结构与具有网状衬垫的热障涂层分别在经历45和111次热震后失效,且由于陶瓷层和粘结层之间生长的热氧化层(TGO),边缘位置的陶瓷层均发生剥落。数值分析结果表明,网状衬垫的加入使得涂层边界区域的应力集中得到改善,涂层剥落被有效抑制,从而使得热障涂层抗热震性能提高。

采用同轴送粉法进行了W-Cu复合粉末的激光熔覆实验, 研究了不同工艺参数对单道熔覆层几何特性和颗粒分布的影响, 提出了有效质量能量密度(k)概念。结果表明, 在单道熔覆实验加工体系下, 熔覆层的散逸能量密度约为3.5×10-3 kJ·mm-2。在一定加工条件下, 熔覆层中存在有效质量能量密度临界值(k′), 当k＞k′时, 熔覆层中可以形成稀释区; 随着k值的减小, 熔覆层内的W颗粒发生团簇→均匀分布→沿熔覆层边缘分布→“W包Cu”不同状态的变化。单道多层熔覆时, k值受单道熔覆层形状的影响较大, 熔覆层宽高比越小, 实际的k值和试样的相对致密度越小。

利用光纤激光器在不锈钢表面激光熔覆镍基合金,基于同轴送粉激光快速成型工艺建立了熔池温度场瞬态模型,对工艺参数对材料熔池形态和内部温度场的数值模拟结果表明,在所述的试验条件下,扫描速度和送粉率对熔覆层的形貌影响显著,建立的数值模拟结果与试验结果有较好的吻合,数值模拟模型可为熔覆工艺参数提供参考.

研究了用毫秒脉宽的长脉冲激光单个脉冲打深孔的成形过程和打孔速率。首先，由切割法得到了1 ms脉宽的Nd∶YAG高斯激光对厚铝板打孔时孔的形貌，激光能量为7.9和28.9 J时，对应的孔深分别为1.849和2.975 mm。根据实验建立了轴对称模型，通过热传导方程得到了固相温度的解析解。然后，假设物质一旦熔融就离开孔，由能量平衡原理得到了孔形状的表达式。实验发现随激光能量增加，孔深增加，计算与实验结果差异也增大；进一步的计算显示，在其他条件不变时，光束半径的变化对孔深的影响较大。因此，引入离焦效应对算法进行了改进，改进后的计算结果与实验总体相符。最后，研究了长脉冲激光对铝、铜、银和钛4种金属的打孔速率，结果表明，钛对激光吸收最强、热传导率能力最弱，打孔速率最大。