为了揭示核主泵屏蔽套用Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接的热力学行为, 借助ANSYS软件建立了三维有限元模型。实验测量了焊接温度历程和残余变形, 验证了所建立有限元模型的可靠性。基于验证的有限元模型, 采用改变焊接过程中的夹具拘束和随焊激冷等多场调控参数的方法, 进一步研究了夹具拘束距离、激冷位置以及激冷强度对Hastelloy C-276薄板焊接纵向残余应力和横向收缩变形的影响规律。结果表明, 温度历程和残余变形的模拟结果与实验结果吻合较好; 多场调控参数对焊接纵向残余应力和横向收缩变形的分布和大小有显著影响。鉴于焊接纵向残余应力和横向收缩变形是影响核主泵屏蔽套周长尺寸精度、整体稳定性以及超长使役的关键因素, 确定了既降低横向收缩变形又兼顾纵向残余应力尽量小的合理多场调控参数是夹具拘束距离为12 mm, 激冷位置为6 mm以及激冷强度为12 500 W/(m2·K)。

为了揭示夹具拘束距离对0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接变形的影响，基于有限元软件ANSYS建立了三维热力耦合有限元模型。采用位移约束假设代替实际夹具的拘束作用，研究了夹具拘束距离对Hastelloy C-276薄板焊接纵向挠曲变形及横向收缩变形的影响规律。实验测量了焊接热循环曲线和残余变形，验证了所建立有限元模型的可靠性。模拟结果表明，随着夹具拘束距离从8 mm增加到20 mm，焊接纵向挠曲变形及横向收缩变形均表现为近似线性增大的趋势，特别是焊接横向收缩变形增加了将近3.6倍，而减小夹具拘束距离可以控制焊接残余变形。该模型较准确地模拟了薄板脉冲激光焊接温度场及残余变形，为抑制薄板焊接变形提供了理论和实验依据。

为抑制激光直接成形Al2O3陶瓷过程中的裂纹, 利用SiC未熔颗粒的增韧原理, 在Ti-6Al-4V合金基底上进行添加SiC颗粒的Al2O3同轴送粉激光直接成形实验, 分析了激光直接成形Al2O3+SiC复相陶瓷的可行性以及成形件裂纹敏感性的影响因素。利用光学显微镜观察薄壁成形试样的裂纹扩展、显微组织和两相结合情况, 并使用X射线衍射仪(XRD)进行相分析。结果表明：SiC颗粒可在激光直接成形Al2O3+SiC陶瓷中起到抑制裂纹的作用, 并可形成各成分结合良好, 无明显化学反应, 含有较完整SiC未熔颗粒的复相陶瓷材料。单因素实验显示：SiC比例f、激光功率P、扫描速度v和送粉率n对裂纹敏感性均有显著影响, 最后采用工艺参数：f =10%(重量百分比)、P=186 W、v=300 mm/min及n=1.78 g/min成形了裂纹敏感性低, 无明显缺陷的长×高×厚约为17 mm×6 mm×2 mm的薄壁件。

采用同轴送粉激光近净成形系统，在纯钛基体上进行激光近净成形(LENS) ZrO2-13%Al2O3(质量分数)复合陶瓷的基础实验研究。分析了激光功率和扫描速度对激光近净成形陶瓷薄壁宏观质量(宽高、表面平整性和宏观裂纹)的影响规律，获得致密、无宏观裂纹的陶瓷薄壁件。利用扫描电镜观察了成形件的微观组织，结合电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析了微观组织成分和ZrO2陶瓷激光加工前后相成分的变化。结果表明，激光功率和扫描速度对激光近净成形陶瓷单层高度和表面宏观质量具有重要影响，通过精确控制该两个参数能够获得良好的表面质量；不同的激光功率和扫描速度下，会产生横向和纵向两种不同的宏观裂纹；激光近净成形技术能够制备出致密并具有细小枝状晶组织的陶瓷；少量的Al2O3主要存在于晶界中，有利于抑制裂纹扩展。

基于流体动力学方程和传热方程建立了三维瞬态模型，用于研究脉冲激光焊接0.5 mm厚Hastelloy薄板时熔池的流动行为及传热特性。应用Fluent软件，采用有限容积法(FVM)求解控制方程，用SIMPLE算法处理速度与压力的耦合。引入Pe来衡量焊接熔池中对流传热与传导传热的相对强弱，并以此分析焊接熔池的传热特性。结果表明：沿焊接方向，焊接熔池的流动速度随着离熔池中心距离的增加先增加后减小；在给定试验条件下，熔池流动速度在离熔池中心0.2 mm左右时出现最大值，且沿焊接方向前方稍大于后方，而后迅速减小为零；焊接熔池中对流的存在使得焊接熔池熔深较小而熔宽较大；最终的焊接形貌由对流传热与传导传热相互作用而成。对焊缝形貌的数值模拟结果与实验结果进行了比较，计算结果与实验结果吻合较好。此模型可为脉冲激光焊接Hastelloy C-276薄板时熔池流体流动行为的分析提供理论依据。

随着脉冲激光焊接技术在精密制造领域的应用越来越广泛，研究脉冲激光精密焊接过程中的焊接变形规律，对于提高焊接质量具有重要意义。采用ANSYS的壳单元建立三维有限元模型，模拟厚度为0.5 mm Hastelloy C-276超薄板的脉冲激光焊接过程。通过实验测量焊接变形的分布情况，获得的实验结果与模拟结果一致，验证了有限元模型的合理性。利用建立的模型，进一步研究激光单脉冲能量输入对横向收缩变形和失稳变形分布规律的影响。结果表明，激光的脉冲作用引起瞬时变形周期性振荡；随着激光单脉冲能量输入的增加，焊接件的横向收缩变形和失稳变形变大。

基于0.5 mm厚度Hastelloy C-276合金，开展了脉冲激光焊接实验。结合焊接熔池的浮力效应和Marangoni对流，研究了脉冲宽度、单脉冲能量、脉冲频率和焊接速度对焊缝形成规律的影响。实验表明，单脉冲能量和焊接速度对熔池流动机制的影响相似，适当的参数条件下可以改变Marangoni对流和浮力效应的强弱趋势；而脉冲宽度直接决定了对流机制的形成条件，对焊缝的形成影响显著；脉冲频率的改变决定了相对热作用时间，影响了熔池对流条件，进而影响焊缝形貌特征。