激光增材制造（LAM）涉及了复杂的热作用加工过程,在该工艺下制备的多层结构成形件也具有复杂的微观组织结构特征。而成形件的微观组织结构特征决定了其机械性能,优化微观组织结构特征是进一步实现机械性能的精确调控的关键所在。本文综述了LAM多层结构成形件的微观组织结构特征,总结了其微观组织结构特征演变的影响因素,为实现LAM多层结构成形件的微观组织结构特征优化提供参考。

基于优化的SUS301L-HT不锈钢激光-MAG复合焊接工艺施焊,获得了质量等级优异的接头。采用光学显微镜对接头组织进分析,分析结果表明:焊缝的软化最为严重,其组织为奥氏体柱状晶和铁素体;热影响区发生不同程度的回复和再结晶,其硬度高于焊缝。针对接头强度薄弱的焊缝区进行裂纹扩展测试,研究不同阶段的裂纹扩展特性及断口特征,讨论焊缝组织对裂纹扩展过程的影响,结果表明:铁素体是疲劳裂纹的起源位置,并成为裂纹的优先扩展通道。对工艺进行进一步优化可以改善焊缝的裂纹扩展抗力。

再现大型结构件实际成形热过程，研究了激光熔化沉积TC11钛合金的组织特征与力学性能。结果表明，沉积态试样的粗大柱状晶内α+β网篮组织比等轴晶内的更均匀、细小，等轴晶内分布有大片α集束区，晶界处产生了大量连续α相；由于后续沉积层对已沉积层的表层重熔及热处理效应，层间过渡区产生了明显的α相粗化，α相比例增加，因此沉积态试样的室温力学性能各向异性显著。经过950 ℃保温1 h和550 ℃保温2 h的双重退火后，退火态试样晶界处的连续α相几乎完全破碎，α+β网篮组织分布更加均匀，室温力学性能各向异性完全消除，塑性大幅增强，综合力学性能基本与锻造态的一致。

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。

以国产大型客机机身壁板铝合金T型接头双侧激光同步焊接技术的开发为背景，系统地研究了焊接工艺参数与光束姿态对焊缝成形质量的影响，初步探讨了接头的微观组织特征。试验结果表明：采用双侧激光同步焊接方法可以实现机身壁板T型接头的焊接，获得了成形质量良好的接头。激光功率和焊接速度的匹配应使热输入控制在25～35 J/mm之间，同时应匹配合理的送丝速度以保证焊缝表面平滑过渡；在满足熔深及熔合面积要求的前提下，应采用较小的光束入射角度以降低热输入对蒙皮背部的热影响；当光束入射位置偏移桁条0.2 mm左右时，焊缝角度为45°～50°，同时T型接头的拉伸强度达到最大值；必须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对称和提高力学性能。T型接头微观组织存在等轴晶区、柱状晶区、部分熔化区、过热区和母材区等5个特征区域，部分熔化区随着远离焊缝中心越来越窄且蒙皮侧较桁条侧明显。