研究Hastelloy C-276激光熔覆层的组织与性能, 为炮管激光修复做好基础研究工作。利用激光熔覆系统在炮管表面制备Hastelloy C-276熔覆层, 采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计和电化学工作站, 研究其显微组织形貌、显微硬度及耐蚀性。在炮钢表面制备的Hastelloy C-276熔覆层质量良好, 无明显气孔、裂纹等缺陷, 厚度约为1.2 mm, 组织均匀, 晶粒细小, 与基体结合良好。从熔覆层表面到基体的硬度分布呈先升后降趋势, 熔覆层平均硬度在280 HV左右, 相变区硬度最高达到500 HV, 基体平均硬度在350 HV左右。炮管原始镀铬层的自腐蚀电位为-0.734 V, 自腐蚀电流密度为2.39×10-6A/cm2, 熔覆层试样的自腐蚀电位为-0.326 V, 自腐蚀电流密度为3.59×10-6A/cm2, 与原始镀铬层相比, 熔覆层的自腐蚀电位值正移, 腐蚀电流密度值稍微偏大, 但仍在同一级量。采用激光熔覆技术, 能够在炮钢表面制备综合质量良好的Hastelloy C-276熔覆层, 且其具有优良的耐蚀性, 与基体结合良好, 可以部分补足身管强度。

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。

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。

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。

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。