采用了同轴送粉式激光熔覆技术对ZTC4钛合金板材上的圆孔形缺陷进行修复,研究了多次激光修复对ZTC4钛合金组织、热影响区尺寸及修复件硬度分布的影响。结果表明:修复件热影响区呈现为网篮组织→集束组织→针状马氏体的过渡,修复区组织主要由粗大的β柱状晶和内部的魏氏组织组成,且修复区顶部魏氏组织的长度更长;随着修复次数增多,热影响区尺寸明显增大,但硬度的增大并不明显。

分别采用超高速(50 m/min)和常规(1.5 m/min)熔覆速度,在调质处理的27SiMn液压支架基材上成功制备了431不锈钢耐蚀涂层,对比分析了两种方法制备涂层的宏观特征、显微组织及耐蚀性能。试验结果表明:两种方法制备的涂层均无微观裂纹与气孔缺陷,且与基体形成了良好的冶金结合;相比于常规激光熔覆涂层,超高速激光熔覆的涂层具有类似“多米诺骨牌”的多层重叠结构,稀释率仅为4%,涂层中Cr的原子数分数为19%;常规激光熔覆涂层组织整体较为粗大,在搭接位置由于温度梯度的改变,枝晶生长方向紊乱;超高速激光熔覆涂层整体组织更加均匀细密,底部/基体界面结合区微观组织形态为平面晶,中部搭接区及表面为细小的树枝晶,仅在搭接位置略有粗化;采用超高速激光熔覆技术制备的涂层具有更加优异的耐蚀性能。

采用光纤激光器对奥氏体不锈钢锁底型焊缝结构进行焊接, 分析焊接工艺对焊缝成形和气孔缺陷的影响, 优化工艺参数, 考察接头静态拉伸性能。结果表明: 随着焊接速度的增大, 焊缝形貌的熔深、熔宽出现下降趋势; 相反随着激光频率的增加, 焊缝形貌的熔深、熔宽增大。焊接速度相对于激光频率对气孔率影响更加显著。在激光功率P＝3.5 kW, 速度V＝2.5 m/min, 激光频率f＝35 Hz, 可获得成形良好、无缺陷的焊缝, 焊缝气孔率为2%, 平均抗拉强度为母材强度的94.7%。焊缝形貌为T字形柱状树枝晶组织。

为减小等离子体对激光焊接过程的干扰，扩宽大功率激光焊接的应用范围，对真空条件下激光焊接的焊缝成形和等离子体特征进行了研究。结果表明，真空激光焊接可以改善激光焊接表面成形，增加熔深。在焊接速度为0.5 m/min 时，真空环境下焊缝熔深大约是大气环境下焊缝熔深的3 倍。对比不同焊接速度下环境气压对熔深的影响规律发现，在焊接速度较小时，环境气压对于激光焊接的熔深影响更加明显。在真空条件下，较大的负离焦可以显著增加熔深，改善焊缝成形。等离子体图像观测结果表明，随着环境气压降低，等离子体逐渐减弱。真空环境对激光焊接等离子体强烈的抑制效应是真空激光焊接熔深增加，焊缝成形改变的一个原因。

利用带有预气化脉冲的激光束，对Ti6Al4V钛合金进行激光点焊胶接复合连接实验，分析了胶层分解后产生的残余碳对激光点焊胶接复合接头内组织和性能产生的影响。研究结果表明，胶层分解后产生的残余碳会使钛合金的激光点焊胶接复合接头中出现大量的TiC，并且在焊点与胶层接触的界面处生成以TiC为主的界面反应区。对钛合金激光点焊胶接复合接头内部组织产生影响的残余碳主要是在预气化脉冲过程中分解所产生的，而形成界面反应区的残余碳则主要来源于后续的胶层回流现象。TiC的出现提高了钛金点焊胶接复合接头的显微硬度，但是不利于提高钛合金点焊焊接复合接头的承载能力。

采用双侧光纤激光同步焊接2060/2099铝锂合金机身壁板T型结构(蒙皮和桁条)，对成形控制和横向（LT）拉伸性能进行研究及简要分析。研究结果表明：光束入射角度在可调范围内尽量小，以实现蒙皮与桁条形成良好的熔合；当光束入射位置偏移桁条0.1 mm时，焊缝轮廓角度在45°~50°之间，T型接头横向拉伸强度达到最大；严格控制光束间距实现双侧熔池相互贯通以保证双侧焊缝组织的均匀性和提高接头力学性能；匹配送丝速度和焊接速度合理的比值，以实现焊缝表面平滑过渡。对于焊缝熔合充分且组织均匀的焊接接头，焊缝熔深是制约横向拉伸强度的关键因素，熔深控制在1 mm以内，接头横向拉伸强度平均为蒙皮母材强度的80.1%，最大可达蒙皮母材强度的82.1%。

针对铝合金激光点焊容易出现的问题，自建了一套精确控制送丝系统，分析铝合金激光填丝点焊的可行性，并且研究了送丝角度、延迟时间、送丝量等送丝参数的影响。研究结果表明，激光填丝点焊可以明显地改善铝合金激光点焊过程中容易出现的缺陷；送丝角度是焊丝熔化后能否稳定进入熔池的关键因素，送丝角为30°左右时，熔化焊丝进入熔池最为稳定；延迟时间过短，熔池尺寸过小时送进焊丝，易造成焊丝在试件上表面的堆积；而送丝量与焊点表面下塌的改善效果相关。

以J-11为填充胶粘剂，采用CO2脉冲激光对低碳钢Q195进行了激光点焊胶接复合连接试验。对不同焊点排布情况下复合接头的断裂过程进行了研究。结果表明，当只有1个焊点时，复合接头在拉剪载荷作用下，复合接头两端的胶接部分首先开裂，焊点部分最后断裂；当焊点排布方向与受力方向一致时，复合接头内焊点外侧的胶层首先开裂，然后是焊点之间的胶层发生断裂，最后是焊点部分开裂；当焊点排布方向与受力方向垂直时，复合接头内的胶接部分先开裂，焊点部分随后断裂。另外，采用有限元方法对不同焊点排布方式的复合接头受一定拉剪力时，接头内的应力分布情况进行分析，解释焊点排布方式带来的影响，分析结果与试验结果相吻合。

采用脉冲Nd:YAG激光对锆4合金的十字交叉焊点进行试验研究，从焊点形貌、焊点成形系数和力学性能方面，研究了脉冲激光工艺参数对锆4合金十字交叉点焊的影响规律。研究表明：脉冲能量较小时，激光热量输入不能充分熔化交叉焊点预留凸台，焊点余高较大，无法满足实际应用要求。在单位脉冲能量一定的前提下增大峰值功率减小脉冲宽度，或增大激光脉冲的发射个数均可改善焊点的成形，减小焊点余高，得到较大的焊点深宽比。十字交叉焊点的最大拉伸载荷与焊点的深宽比成正比关系。

针对国产大型客机机身壁板双侧激光同步焊接的铝合金T型接头，系统研究了接头组织特征及力学性能。试验结果表明：从焊缝中心到母材依次存在等轴晶区、柱状晶区、部分熔化区、过热区和母材区5个特征区域，蒙皮侧热影响区是接头最薄弱环节；接头拉伸强度取决于焊缝熔深，平均横向与轴向拉伸强度分别为母材的87.8%和53.1%，试件均起裂于蒙皮焊趾处，断口分别表现为韧性断裂和脆性断裂；平均纵向拉伸强度为母材的90.8%，平均延伸率约为8.4%，断口韧窝小而浅，呈现出韧性与脆性混合断裂特征，熔合线附近焊缝存在撕裂痕迹；疲劳失效首先发生于蒙皮焊趾处并最终断裂于蒙皮，条件疲劳强度约为80.7 MPa；焊趾处断口表现出韧性和脆性混合断裂特征，蒙皮位置呈现脆性断裂特征。