以14 μm小芯径激光作为热源，通过分析搅拌焊接过程中运动轨迹与能量密度的变化，开展了2 mm厚2A12铝合金激光焊接的工艺研究。结果表明：相同参数下14 μm小芯径激光焊接中的峰值能量密度最高为100 μm芯径激光的15倍以上；在未焊透母材前，随着搅拌频率和焊接速度的变化，接头的深宽比维持在0.68，这得益于14 μm小芯径激光的匙孔生成阈值是常规100 μm芯径激光的19.1倍，是200 μm芯径激光的54.0倍；不同焊接参数下，焊缝未发现明显气孔、裂纹缺陷，最终在焊接速度为20 mm·s^-1、搅拌频率为200 Hz时，获得了表面成形质量最佳的焊缝。

基于非等温流模型对光纤拉锥过程进行了有限元建模，实现了多种复杂工况下的光纤拉锥轮廓的计算，将计算结果与拉锥实验结果进行了对比，尺寸误差在6 μm以内。建立了反向传播（BP）神经网络，并利用非等温流模拟结果构建训练集进行训练，实现了对光纤拉锥最终尺寸的快速预测，预测结果与仿真结果差别最大为1.7 μm。

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。

异质材料连接，尤其是金属和玻璃，广泛应用在各种工业产品上。超快激光焊接异质材料是一种快速、清洁和非接触的新技术，近年来得到了广泛研究。采用分子动力学方法对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了理论模拟研究，模拟根据石英玻璃的熔点和弹性常数，构建了石英玻璃的Lennard-Jones（LJ）相互作用势函数。根据铝-石英玻璃之间的黏附功，建立了铝-石英玻璃之间的LJ相互作用势函数，从而在保持宏观特性的同时简化和加速模拟过程。采用耦合到分子动力学的双温模型对飞秒激光作用铝和石英玻璃界面进行了小规模分子动力学模拟。飞秒激光辐照后，焊接区局部瞬时温度高达10000 K，应力高达20 GPa，出现铝原子向石英玻璃一侧扩散移动的现象。铝和石英玻璃的混合区由于高温粒子的持续碰撞而不断扩大，同时两种材料的混合区域中心向石英玻璃一侧移动，在微观上揭示了飞秒激光作用铝-石英玻璃界面皮秒时间尺度的分子动力学演化过程，为飞秒激光焊接异质材料提供理论基础。

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。

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。

研究了外加纵向恒定磁场对10 mm厚SUS316L奥氏体不锈钢窄间隙激光-MIG多层焊接接头成形、奥氏体和铁素体微观组织以及疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:在磁场作用下,接头上部复合焊接层的熔深减小,熔宽增大,下部复合焊接层的对称性提高,但上、下部焊接层的面积和层间重熔面积无明显变化;磁场的加入导致了不同的熔合线形状,改变了熔合线附近组织的生长方向,改善了熔合线附近母材的热循环,减小了焊接热影响区的宽度并抑制了晶粒的粗化;磁场可以促进层间胞状晶向树枝晶转变,改变铁素体枝晶的形态,细化层间和层内奥氏体组织;焊缝组织细化可以增大层间组织疲劳裂纹扩展的阻力,降低接头的裂纹敏感性。

首先阐述了实现半导体激光器外调制锁频方案的必要性,并针对一种利用塞曼效应进行外调制稳频的实验方案,详细地阐述了其基本思想和实验原理,以及这种稳频方案相对于一般的内调制饱和吸收稳频技术在实验上的差异.本文给出的具体实验参数和实验结果表明,这种方案相对于其他方案可以获得同等好的锁频质量.不仅如此,本文还给出了塞曼调制稳频和电流调制稳频的锁定频率输出的监视对比情况,从对比结果中,我们可以清楚地看到塞曼调制稳频使得激光器锁定频率无调制输出的优越特性.