针对球墨铸铁与合金钢异种材料焊接界面容易形成碳偏聚进而产生裂纹的问题，通过采用连续-脉冲同轴双激光焊接工艺及填充镍基合金焊丝，实现了QT500与20MnCr5的优质焊接。研究了同轴双激光中不同脉冲激光功率（360、400、440、480 W）对焊缝成形质量的影响规律，讨论了激光作用位置向钢侧偏移（偏移量）对焊接接头界面碳元素偏聚现象的影响机制，对焊接接头力学性能、金相组织及硬度分布进行了综合分析。结果表明：同轴双激光焊接工艺可用于球墨铸铁与合金钢的焊接，球墨铸铁侧的热输入对焊缝的成形质量及力学性能的影响较为显著；由于球墨铸铁侧莱氏体及马氏体的析出，断裂主要发生在该侧的熔合区；在保证熔深稳定的前提下，分别研究了不同偏移量（0.1、0.2、0.3 mm）对接头的影响，激光作用位置向钢侧偏移能够有效减小球墨铸铁侧的热输入，避免碳元素过度偏聚，力学性能得到相应的提升，断裂位置向热影响区移动，焊缝接头的强度得到优化。

本文利用宏观传热传质与微观组织演变耦合模型，对激光焊接IN718合金的宏观传热传质、微观组织演变过程进行了定量模拟。通过流体体积（VOF）方法对宏观传热过程的熔池形貌与温度场分布进行模拟计算，用温度场分布替代相场控制方程中的相关凝固参数，并将其代入到相场模型中进行微观组织演变过程模拟。结果表明：宏观温度场中1~4位置处模拟所得微观组织均呈柱状晶结构；沿着熔池自上而下，凝固速度R由6.7 mm/s到3.1 mm/s逐渐减小，温度梯度G由410 K/mm到673 K/mm逐渐增大，对应的冷却速率G·R由2747 K/s到2086.3 K/s不断下降；1~4位置处的枝晶间距随着冷却速率下降由4.52 μm增大到7.12 μm，与实验结果一致；在柱状晶间隙的液相位置处，Nb元素含量显著升高，且越靠近柱状晶底部Nb元素含量越高，其质量分数最高达到了7.377%；模拟得到的Laves相中Nb元素的分布呈液滴状，与实验所得Laves相的分布近似一致。

Inconel690镍基合金具有良好的综合力学性能，其焊接结构已经被广泛应用于核电产业中，通过改变热输入与填丝可以改善其焊接接头的力学性能。对Inconel690镍基合金与SUS304不锈钢进行激光对接焊试验，分析接头显微组织和力学性能。研究发现，焊缝呈现激光焊接典型的高脚杯形状，焊缝区域弥散分布含钛相。当未填充焊丝时，低热输入（1.5 kJ/cm）接头与高热输入（2.6 kJ/cm）接头相比，焊缝晶粒尺寸减小约40%，接头抗拉强度提高约9.7%，焊缝平均硬度提高约7.7%。在填充焊丝后，焊缝中Ni元素含量提高，Fe元素含量下降，出现弥散分布的富铬相，结合X射线衍射（XRD）结果分析，推测其为Cr_0.19Fe_0.7Ni_0.11相。与高热输入接头相比，低热输入填丝焊的焊缝平均硬度与接头抗拉强度均有所提高，其中焊缝平均硬度提高约22.6%，抗拉强度提高约16.2%。

航空发动机中涡轮盘及涡轮叶片的服役条件不同，通过制备梯度材料可以避免涡轮盘与涡轮叶片连接处提前失效。然而，梯度过渡区的成分变化会导致合金组织改变，是影响性能的关键。为探究合金成分变化对镍基梯度材料显微组织的影响，本团队选用镍基粉末高温合金和定向镍基高温合金为原料，利用激光快速熔炼技术，通过调整两种合金的混合比例，制备出了11种典型成分的合金锭；研究了合金成分对梯度合金晶粒形貌和析出相的影响，重点探讨了合金的枝晶形貌、析出相尺寸和含量随合金成分的变化规律。结果表明：激光快速熔炼11种成分镍基合金锭显微组织中的一次枝晶和二次枝晶臂均比较发达，合金成分改变对枝晶形貌的影响较小，平均一次枝晶间距约为110 μm，显微组织均由γ相、γ′相、碳化物和γ/γ′共晶组成；随着镍基粉末高温合金含量的降低，合金锭中γ′相的含量和尺寸不断增加；由于元素偏析，γ′相形成元素Al、Ti、Ta、Nb会偏析在枝晶间，导致枝晶间γ′相的含量及尺寸均大于枝晶干。11个试样的显微硬度值相差不大，整体硬度值分布在500 HV左右。

激光超声能够实现对部件内部缺陷及其残余应力状态的无损检测功能。设定传感器中心频率为2.5 MHz, 利用软件完成数据采集过程并对其实施滤波处理。先对K417G轮盘进行热模锻处理, 之后再对其表面实施喷丸, 沿长度方向在K417G镍基合金上共设置5个点, 控制临近点的距离为1.96 mm, 表面波声速为2 950 m/s。测试结果表明: x与y方向上都到达了2 949 m/s以上的表面波声速, K417G轮盘表面形成了压应力作用。X射线衍射(XRD)与超声检测都显示形成了压应力, 具有相同变化趋势。采用XRD方法测试得到的最大径向残余应力为-906 MPa。采用更大测试深度的激光超声方法进行处理时, 获得了比XRD测量结果更小的测试参数。研究对了解金属试样喷丸后的表面残余应力分布具有很好的实际价值, 有助于后续机加工工艺的精选。

利用激光熔覆技术在镍基合金表面制备了SiC增韧增强的硅化钼复合涂层，研究SiC含量对涂层的裂纹与气孔的形成、组织结构特征、物相组成及硬度、高温摩擦磨损和高温抗氧化性能的影响。结果表明，随着混合粉末中SiC含量的增加，涂层的显微硬度值逐渐增大，高温摩擦磨损性能和高温氧化性能增强，但过高的SiC加入量会使熔覆层的气孔和裂纹倾向明显增大。在SiC含量最高为15%时，涂层无明显成形缺陷，熔覆层组织主要由γ-Ni、Mo2Ni3Si、MoSi2及SiC等相组成，显微硬度值可达814 HV，是基体的5.4倍。

本文以Inconel 718合金(国内牌号: GH4169)为原材料粉末, 运用SLM技术, 在激光工艺参数均相同的情况下, 采用四种不同扫描策略成形多结构特征样件。在光学显微镜及扫描电镜下观察各表面显微形貌, 对不同扫描策略下成形样件进行表面质量分析, 并对成形件上表面和侧表面成形质量影响机制对比分析。结果表明, 蛇形扫描方式成形件上表面质量最好, 各扫描方式成形件上表面质量均优于侧表面, 表面粘粉是影响侧表面粗糙度的主要因素。

采用激光熔化沉积技术制备了组织致密,无裂纹、无孔洞等缺陷的Ti6Al4V/Inconel625梯度耐高温涂层,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射等分析技术对梯度涂层的显微组织、成分及相变进行研究。结果表明:随着成分梯度的变化,涂层的显微组织由片层α和β相组成的片层组织转变为等轴组织,且随着镍基合金含量的增多,合金元素数量增多,液相熔池中的溶质浓度增加,成分过冷明显,形核率增大,组织进一步细化;梯度耐高温涂层的相组成发生了如下变化:α+β→α+β+Ti2Ni→Ti2Ni+β→Ti2Ni+CrNi2+γ-Ni,在晶间区域内存在β-Ti与Ti2Ni离析共晶,此外还存在CrNi2相;随着Inconel625含量增加,梯度涂层的硬度增大,当镍基合金的体积分数为100%时,在共析强化和固溶强化的共同作用下,硬度达到峰值855 HV;梯度涂层的硬度主要与β相、Ti2Ni析出物和CrNi2化合物以及溶质元素的含量有关。

基于人工神经网络,对激光切割镍基合金样本进行了训练函数拟合,以电流、脉宽、切速及离焦量作为输入向量,以挂渣宽度、切缝宽度及切割完整度的综合评分作为输出向量,找出了最小误差的隐含层节点,以此模型预测激光切割质量,得到最大误差为7.66%,最小误差为-0.32%。以综合评分作为遗传算法的适应度值,在实际应用的工艺参数范围内随机选择了50个种群作为最初寻优群体,对其进行交叉、变异和迭代等操作,寻找最优适应度值及对应的工艺参数。理论预测的最优适应度值为98.41,实际值为89.53,误差为9.03%。该验证样本的质量明显高于25个实验样本的,挂渣平均宽度为81.5 μm,切缝平均宽度为164 μm。