研究了激光填丝焊接工艺参数对哈氏合金薄板纵向挠曲变形的影响,结合样件弯曲刚度和等效载荷分析了焊接工艺参数对纵向挠曲变形的影响。结果表明:激光填丝焊接过程的线能量和相对送丝量通过影响弯曲刚度和等效载荷,进而影响纵向挠曲变形;随着线能量的逐渐增大,等效载荷也逐渐增大,样件的弯曲刚度呈减小—增大—减小的变化趋势。在一定范围内增大线能量会使等效载荷和弯曲刚度同时增大,从而导致挠曲变形的变化幅度相对较小。相对送丝量增大使弯曲刚度在等效载荷不变的情况下明显增大,从而导致焊接变形减小。在合理的参数范围内尽量选择小线能量和大相对送丝量有利于抑制变形。

介绍了铝合金增材制造的相关技术研究进展。着重阐述了选区激光熔化、电弧填丝增材制造、激光-电弧复合增材制造在铝合金增材制造领域的优势与发展前景。研究结果表明,选区激光熔化的研究主要集中在成形件致密度的改善、微观组织控制和力学性能提升等方面,现阶段的成形件的致密度已接近100%,微观组织和力学性能优于铸件的但差于锻件的;电弧填丝增材制造的研究主要集中在大型结构的尺寸控制,但较大的热输入量限制了成形结构的性能提升;激光-电弧复合铝合金增材制造的相关研究较少,完善相应的工艺技术及激光与电弧的耦合行为是其发展方向。

Al₂O₃-YAG共晶陶瓷材料以其出色的高温强度、抗氧化性、高温结构稳定性成为航空航天领域高温合金的理想替代材料。本文采用激光近净成形技术，分别在普通基底、水冷恒温基底上进行了Al₂O₃-YAG共晶陶瓷薄壁件成形实验，得到了不同基底上成形的薄壁样件，比较了两者的微观组织及显微硬度差异。结果表明，采用普通基底成形的薄壁件微观组织呈三维网状结构，平均共晶间距为0.96 μm；采用水冷恒温基底后，薄壁顶部微观组织形貌呈晶团结构，薄壁底部呈枝状晶结构，微观组织逆热流方向生长特性明显，平均共晶间距减小至0.21 μm；和普通基底上成形的Al₂O₃-YAG共晶陶瓷薄壁件显微硬度相比，使用水冷恒温基底成形的Al₂O₃-YAG共晶陶瓷薄壁件硬度提高约10%.

基于0.5 mm厚Hastelloy C-276薄板进行了脉冲激光填丝焊接实验，研究了激光单脉冲能量和离焦量对焊缝成形的影响规律。研究结果表明，单脉冲能量和离焦量主要影响脉冲激光焊接热输入量、光斑大小和激光空间分布，并且对焊缝成形的宏观形貌影响较大；随着热输入量的增大，焊缝上下熔宽增大，焊缝下余高和下接触角也增大；在一定离焦量范围内，激光光斑直径越大，焊缝熔宽越大；受激光空间分布的影响，负离焦时，焊缝上熔宽总是略大于下熔宽；在一定工艺条件下，可获得正余高可控的焊接接头及熔宽、余高和接触角均匀而熔宽较小的焊缝形貌；焊缝上下表面光滑、均匀，表现出半圆波浪条纹特征。

利用激光近净成形技术进行了316L不锈钢单道多层结构的制备。在相同的激光功率及扫描速度条件下，通过调整送粉率及层间提升量实现了不同沉积效率的成形，并讨论了不同沉积效率下成形结构的微观组织及力学性能特征。结果表明，在一定的激光功率及扫描速度条件下，随着送粉率及层间提升量的提升，沉积效率由初始工艺参数条件下的12.14 mm3/s提高至22.62 mm3/s，提高了86.3%。同时成形单位有效体积消耗的激光能量由初始工艺参数条件下的98.84 J/ mm3降低至53.06 J/mm3，能量利用效率提高了46.32%。成形结构的微观组织呈柱状枝晶形态，随着沉积效率的提高，枝晶长度呈明显的增大趋势。性能检测结果显示，不同沉积效率下的样件力学性能保持了较高的一致性，并未随沉积效率的提高而降低，成形样件抗拉强度及屈服强度分别稳定在510 MPa与290 MPa，延伸率稳定在40%左右，显微硬度也未出现明显波动，处于180 HV，均达到了锻造的同等水平。该研究表明，在一定的工艺参数范围内，可以实现沉积效率及力学性能的协同优化，达到低能耗高效制备高性能零件的效果。

为了解决激光自熔焊接时薄板焊缝易产生负余高的问题及满足高装配精度的要求，提出了激光填丝焊接(LWFW)工艺，开展了Hastelloy C-276屏蔽套材料的LWFW实验，研究了工艺参数对焊缝形貌的影响，分析了接头不同区域的显微组织、元素分布及显微硬度特征。结果表明，运用LWFW可以获得上下表面正余高可控的焊接接头，在优化工艺参数条件下可获得上下余高、接触角基本一致的焊缝形貌。焊缝晶粒细化明显，母材与熔化线交界处无明显热影响区，焊缝不同熔化区域元素分布均匀，没有明显的元素宏观偏析，但柱状枝晶区Mo元素存在显微偏析。接头不同熔化区域显微硬度分布均匀，硬度值与母材的基本相当。

基于透明电介质的烧蚀率计算模型，建立了飞秒激光烧蚀石英玻璃的微槽截面形状仿真模型，并通过烧蚀实验验证了模型的可靠性。利用所建模型分析了光斑半径、脉冲能量和扫描速度等参数对微槽截面形状的影响规律。研究表明，减小光斑半径、提高脉冲能量或降低扫描速度均可以提高微槽的槽深和侧壁角；微槽的槽宽随脉冲能量的提高或扫描速度的降低而增大，但随光斑半径的增大，其呈现先增大后减小的规律，在脉冲能量为4 μJ、扫描速度为0.2 mm/s的条件下，槽宽在光斑半径为13 μm时达到最大值8.13 μm。

为实现石英玻璃表面凹槽的飞秒激光精密减薄加工，采用线扫描-面减薄的工艺手段，研究脉冲能量对烧蚀线槽形貌的影响，并以此为基础开展不同烧蚀线重叠率δ 的单层凹槽减薄实验，通过激光共聚焦显微镜对凹槽的槽深、侧壁角和底面粗糙度等形貌特征进行观测和分析。研究表明，当40%≤ δ ≤80%时，随着δ 的增大，凹槽深度增大、侧壁角减小；当δ =40%时，凹槽的槽深、槽宽、侧壁角分别为14.56 μm、261.8 μm 和59.1°。凹槽底面粗糙度Ra和Rz 随δ 的增大而减小，当δ 为80%时分别达到最小值0.19 μm 和1.23 μm；平行于扫描速度方向的轮廓算数平均偏差Ra′和微观不平度十点高度Rz′随δ 的增大呈现先减小后增大的趋势，当δ 为80%时，Ra′≈Ra、Rz′≈Rz；轮廓三维均方根偏差Sq随δ 的增大逐渐减小，最小值为0.16 μm。