对传统轧制态(R)GH4169板材和SLM增材制造(3D)GH4169板材分别进行激光焊接,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪对接头显微组织特征进行表征,并对接头进行显微硬度和拉伸测试。试验结果表明熔合区显微组织主要由胞晶向枝晶或柱状晶转变,晶内和晶间区域存在大量δ相和laves相。R/3D GH4169接头、R/R GH4169接头和3D/3D GH4169接头的晶粒尺寸和析出相尺寸依次减小,熔合区平均显微硬度依次增加(250 HV,261 HV,274 HV),接头拉伸强度依次增加(768 MPa,799 MPa,985 MPa)。R/3D GH4169接头和R/R GH4169接头断裂以韧性断裂为主,而3D/3D GH4169接头主要为脆性断裂。

介绍了基于复合腔结构的全固态波长可调谐的连续橙红色激光的输出特性。该复合腔由一个使用周期极化晶体MgO∶PPLN的信号光单谐振光参量振荡器和一个LD侧面泵浦Nd∶GdVO4晶体的1 062.9 nm基频光谐振腔构成。s-偏振1 062.9 nm泵浦光抽运单谐振光参量振荡器产生s-偏振信号光腔内独立振荡。通过复合腔结构的优化设计, 使独立振荡的p-偏振1 062.9 nm基频光与s-偏振信号光在2个子腔的重叠区内通过II类角度匹配KTP晶体的腔内和频过程获得橙红色激光。当MgO∶PPLN晶体的调谐温度从30 ℃ 上升至 200 ℃时, s-偏振信号光的中心波长产生红移, 导致其与p-偏振1 062.9 nm基频光和频产生的橙红色激光的中心波长从620.2 nm 红移至 628.9 nm。同时测得中红外波段闲频光的中心波长从3 714.2 nm蓝移至3 438.3 nm。在30 ℃最低设定温度时,中心波长620.2 nm 的橙红色激光和中心波长3 714.2 nm的闲频光最大连续输出功率分别达到2.0 W和2.9 W。

设计并研制了一种基于复合腔结构的波长可调谐、瓦级连续输出的橙红色激光器.该激光器是由半导体激光侧泵Nd∶GdVO4晶体产生p-偏振1 062.9 nm基频光的谐振腔和使用周期性极化晶体MgO∶PPLN(三个极化周期为29.0 μm、29.8 μm和30.8 μm)的单共振光学参量振荡器组成.在两个谐振腔的重叠区域, 利用II类临界相位匹配KTP晶体对s-偏振信号光与p-偏振1 062.9 nm基频光进行腔内和频.通过对MgO∶PPLN晶体进行三个不同极化周期的调谐和30℃~200℃范围内的温度调谐, 在三个波段(613.4~619.2 nm@29.0 μm、620.2~628.9 nm@29.8 μm和634.4~649.1 nm@30.8 μm)获得了波长可调谐的橙红色激光连续输出, 并在相应波段(3 980.0~3 758.5 nm @29.0 μm、3 714.2~3 438.3 nm @29.8 μm和3 278.0~2 940.2 nm @30.8 μm)获得了波长可调谐的中红外闲频光的连续输出.在30℃最低调谐温度, 通过改变晶体的极化周期, 在613.4 nm、620.2 nm和634.4 nm处测得最大连续输出功率分别为1.52 W、2.21 W和3.03 W, 对应的三束闲频光最大连续输出功率分别为2.36 W @3 980.0 nm、3.17 W @3 714.2 nm和4.13 W @3 278.0 nm.

为了研究石墨烯器件在中红外波段的光限幅机理, 采用化学气相沉积法制备出层数可控的石墨烯薄膜CaF2镜片, 并基于MgO∶PPLN周期极化晶体搭建了全固态中红外光学参量振荡器, 利用3 μm~5 μm波长可调谐的闲频光开展了石墨烯薄膜散射实验, 测量了石墨烯薄膜的散射信号与入射光强度变化的归一化曲线。当闲频光能量超过1 J/cm2时, 石墨烯被迅速汽化, 电离形成的微小等离子体和石墨烯微片对入射闲频光产生多重非线性散射, 散射能量信号呈现出快速非线性增长趋势, 并且散射能量信号值的增长率与闲频光的入射波长成反比, 与石墨烯的层数成正比关系, 从而验证了石墨烯对中红外波段激光较强的非线性散射使其具有光限幅效应。

采用微脉冲激光技术实现了厚度约为25 μm FeSiB 非晶薄带的搭接，研究了脉冲功率P、脉冲宽度T、脉冲频率F 等主要工艺参数对焊缝成形的影响，分析了接头力学性能的变化规律。研究结果表明，当P 与T 搭配恰当时(P为4.8~7.2 W、T 为1.5~1.9 ms、对应脉冲能量E 为0.9~1.2 J)才可以获得焊缝成形良好、力学性能优异的焊接接头。随着T 的增加，热影响区和焊缝区显微硬度逐渐降低，而随着P 的增加，显微硬度先增大后减小；接头抗拉强度随着T 和P 的增大呈先增大后减小的趋势变化。当P=7.2 W、T=1.7 ms、F=1.5 Hz时，热影响区和焊缝区平均硬度值最高，约为1300 Hv和1000 Hv，抗拉强度可达363 MPa。

提出基于图像处理的图像非均匀性检测方法, 作为判断红外成像设备工作正常与否的依据。以标准红外成像设备所成图像为标准图像, 在测试条件不变的情况下, 利用待测红外成像设备捕获红外图像, 与标准图像做差, 对差值图像二值化处理, 求出设备标准差。根据罗曼诺夫准则思想, 建立红外成像设备非均匀性判定准则, 利用待测设备标准差来判断设备是否存在着非均匀性。

采用配方均匀设计法,配制了SiO2-MnO2-CaO-TiO2-CaF2-NaF多组元活性剂,利用微型脉冲激光器对500 μm厚GH4169高温合金进行了活性剂激光焊接试验。分析并讨论了焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明,与传统激光焊相比,所配制的20种活性剂均增加了焊缝熔深,并且其中F12系混合活性剂增加熔深能力最为显著,使焊缝深宽比增加了159%,证明通过使用活性剂来增加微激光焊焊缝熔深,降低高温合金板激光焊接的成本是可行的。在活性剂作用下,焊缝显微组织仍由柱状晶和等轴晶组成,接头抗拉强度达到927 MPa,为母材强度的92.7%。

由于TiNi合金与钛合金的物理和化学性能差异较大，故其焊接性较差，焊缝区易形成大量的金属间化合物并产生裂纹。为实现上述材料的良好连接、提高接头性能，本文对采用激光焊连接0.2 mm厚TiNi形状记忆合金和TC4钛合金异种材料进行了探索。分别采用直接对接焊和手工填丝焊的方法，研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明，直接对接焊时焊缝中心产生了纵向裂纹；手工填丝焊则通过合适的焊接工艺，改善了焊缝成形，避免了裂纹的产生。较优的焊接工艺参数为功率百分比18%、脉冲宽度3 ms、脉冲频率3 Hz；在界面区，Ni与TC4形成的过渡层宽度约为2 μm，Ni与TiNi形成的过渡层宽度约为0.5 μm。接头最大抗拉强度为332 MPa，断裂位置发生在靠近TiNi侧的熔合线附近。

采用Nd:YAG脉冲激光焊机实现了200 μm厚的NiTiNb形状记忆合金的激光焊接。焊接接头在850 ℃进行了退火处理。借助于光学显微镜、扫描电镜、精密拉伸机对接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明，未热处理焊接接头的显微组织存在分层现象。熔合区的晶粒外延生长，焊缝中心为细小的等轴晶。焊接接头的抗拉强度为母材的90%。焊接接头断口韧窝小而浅，表现为延性断裂。热处理后焊缝的等轴晶消失，粗晶区和偏析区交替分布。母材和焊接接头都出现了应力诱发马氏体现象，表现为伪弹性。焊接接头的屈服强度仅为母材屈服强度的60%，母材和焊接接头的显微硬度低于热处理前的显微硬度。

采用微型脉冲激光对0.2 mm厚的薄片状GH145高温合金进行对接焊, 利用光学显微镜、能谱分析仪、电子精密拉伸机等分析测试方法, 研究了焊接工艺参数对焊缝成形及接头抗拉强度的影响, 并对接头的金相组织与力学性能进行了测试与分析。结果表明, 焊接接头获得最大抗拉强度的最优工艺参数是脉冲功率百分比为17、脉冲宽度为4.0 ms、脉冲频率为2 Hz, 此时焊缝成形良好, 接头的承载能力达到了母材的97%。在其它工艺参数固定不变时, 脉冲宽度增大, 焊缝熔深增大, 接头抗拉强度也随之增大; 脉冲功率百分比过小和过大, 都会使接头的抗拉强度降低; 焊接接头显微组织由焊缝中心区细小的等轴晶和熔合线附近的柱状晶组成。焊缝区的硬度值明显高于母材区。