主要研究了激光熔覆Ti60合金的工艺参数对成形质量的影响，以及微观组织特征和拉伸性能。结果表明，激光熔覆Ti60合金试样的底部和顶部区域为β等轴晶粒，中部区域为β柱状晶，且尺寸随着激光功率的增加而增大。显微组织主要由板条α相和板间β相构成，且板条α相中有大量白色析出相产生，随着激光功率的增加，微观组织由网篮组织转变为魏氏组织。块体试样的显微硬度分布较为均匀，其硬度值在420~440 HV范围内波动。激光熔覆Ti60合金的室温抗拉强度为1128 MPa，断后延伸率和断面收缩率分别为8.8%和14.4%。当温度为300 ℃和600 ℃时，抗拉强度分别为932 MPa和739 MPa，在600 ℃时，断后延伸率和断面收缩率分别为11.7%和18.2%。激光熔覆Ti60合金试样在室温下的断裂方式为准解理断裂，高温下其断裂方式为韧性断裂。

为研究不同载气流量和不同送粉量下激光熔覆粉末流场的汇聚特性对熔覆层高的影响，采用Fluent软件建立了气固两相流模型，对不同载气流量和不同送粉量下粉末流场的汇聚特性进行了模拟，并对模型进行了试验验证。结果表明，随着载气流量增大，喷嘴出口粉末流场的发散程度增大，粉末汇聚浓度降低。随着送粉量的增大，喷嘴出口粉末浓度场增大，粉末汇聚浓度增大，两种情况汇聚位置均无变化，在试验参数中载气流量和送粉量分别为7 L/min和1.2 r/min时粉末汇聚最好，熔覆层高最高。最后通过试验验证，模拟结果和试验结果相一致，说明了该模型的准确性。

为了满足金属与聚合物在工业轻量化中的连接需求，采用半导体连续激光器对钛合金TC4和碳纤增强聚合物PBTCF30材料进行激光连接实验研究。通过在钛合金表面进行织构预处理，可使接头在激光连接后获得机械铆接从而提高其强度；将接头剪切强度和预处理时间作为响应，并根据两响应与相关工艺参数之间的关系，利用响应曲面法建立数学模型，分析了织构扫描直径、织构扫描间距、织构扫描次数、激光连接功率和激光连接速度对接头剪切强度及预处理时间的交互式影响，最后通过加速粒子群优化（APSO）算法获得最优解。结果表明，对接头强度影响最大的三个参数组合为：扫描间距-扫描次数、扫描次数-连接速度、连接速度-连接功率。模型验证及优化结果验证表明，所建模型的预测值与实验值吻合较好，模型可靠。

为了减小激光切割碳纤维复合材料热影响区的宽度，采用响应曲面法的Box-Behnken试验设计，以激光入口处的热影响区宽度为响应，建立了激光入口处热影响区宽度的回归方程。研究了激光功率、扫描速度、辅助气体压力、焦点位置等因素以及其交互作用对响应的影响。根据回归方程和实际的切割效果优化了工艺参数。试验结果表明，激光入口处热影响区宽度影响因素的重要程度依次为激光功率、扫描速度、焦点位置、辅助气体压力。最佳工艺参数为激光功率170 W、扫描速度1.5 m/min、辅助气体压力为0.6 MPa，焦点置于试件上表面。对最佳工艺参数进行试验验证，结果表明，激光入口处热影响区宽度为486.13 μm，回归方程的预测平均误差为5.3%。

基于低温共烧陶瓷(LTCC)电路基板和高硅铝合金封装载体互联的多通道T/R组件对互联界面质量要求高。为了优化大尺寸LTCC基板与高硅铝合金载体钎焊后的互联强度, 该文采用试验设计方法设计了大面积LTCC基板与CE11高硅铝合金载体, 并进行了焊接试验, 利用主效应法识别出影响焊接强度的关键工艺因素是183~140℃内降温速率及焊接峰值温度, 并采用回归分析法得到以上两类参数与界面焊接强度的关系模型。通过基于随机梯度下降的Adam算法得到最优的焊接工艺参数: 降温速率为0.967 ℃/s, 峰值温度为230 ℃。基于优化后的工艺参数可得验证样件界面焊接强度为23.6 MPa, 与优化后模型预测值的相对误差为2.1%, 这证明该文的研究对大尺寸基板与高硅铝合金载体钎焊后界面强度有显著的预测和提升作用。

铝合金密度低、比强度高,是理想的新能源汽车车身材料,但表面氧化层的存在严重影响焊接质量。激光清洗是一种基于脉冲激光的热烧蚀作用去除表面氧化层的方法,具有非接触、可控性好等优点。激光清洗处理会使铝合金表面形貌发生明显变化,对后续加工(如焊接、涂装等)有显著影响。研究了6061铝合金激光清洗表面形貌的变化规律,并建立了表面自然氧化层的激光清洗工艺窗口;基于此窗口,构建了6061铝合金表面粗糙度变化函数模型,对工艺参数进行优化。结果表明:平均功率影响凹坑形貌的变化尺寸,进而改变表面粗糙度,随着功率由15 W升高至75 W,粗糙度逐渐增大;扫描速度和线间距影响相邻凹坑的搭接形貌,进而改变粗糙度,随着扫描速度由2000 mm/s升高至6000 mm/s,线间距由0.02 mm升高至0.06 mm,粗糙度先增大后减小。6061铝合金自然氧化层的激光清洗工艺窗口的参数为:平均功率为30~60 W,扫描速度为3000~5000 mm/s,线间距为0.03~0.05 mm,采用此窗口的工艺参数进行激光清洗后,粗糙度最大为1.584 μm。

针对耐高温聚合物聚芳砜难焊接的缺点, 文中提出了在吸收层聚芳砜表面开槽并填充低熔点锌粉作为吸收剂的激光透射焊接方法。系统开展锌粉吸收剂含量、激光功率及焊接速度对焊接质量的影响研究, 采用响应曲面法设计三因素五水平的旋转中心复合法实验方案, 建立了焊接强度和焊缝宽度的数学关系模型, 并根据不同优化目标分别取得了合适的最佳工艺参数组合。通过观察焊缝断面宏观形貌, 分析了不同锌粉吸收剂含量对焊接质量的影响, 结果表明随着锌粉吸收剂含量的增大, 焊接强度先增大后减小, 焊缝宽度增大。当激光功率P=22.53 W, 焊接速度V=3.72 mm/s, 锌粉吸收剂含量为30×1×0.1 mm, 获得最大焊接强度和最小焊缝宽度。当激光功率P=20.64 W, 焊接速度V=4.89 mm/s, 锌粉吸收剂含量为30 mm×1.089 mm×0.1 mm, 获得最小激光功率、最大焊接速度和最大焊接强度。

激光透射焊接过程产生的热集中现象会导致焊件接头处产生不利于结构刚度和承载能力的残余应力, 为有效减少焊接残余应力提高焊接强度, 本文对聚碳酸酯PC/铜/PC进行焊接实验。利用小孔法测量焊接件焊缝中心位置的残余应力, 通过建立响应曲面实验研究焊接功率、焊接速度、铜膜的宽度对焊接强度和残余应力以及焊缝形貌的影响, 计算得到拟合方程并对工艺参数进行优化并获得了最佳工艺参数。实验结果表明, 激光功率和焊接速度对焊接残余应力有显著影响, 铜膜的宽度对残余应力的影响较小。

针对激光熔覆过程中两种粉末混合喷射后实际成分与设计成分偏差的问题,设计了钛(Ti)/羟基磷灰石(HA)粉末收集实验,该实验将未分离粉末宽度作为成分评价标准;然后基于响应曲面法建立了未分离粉末宽度与激光工艺参数之间的数学模型;通过对回归模型求极值,确定合理的工艺参数,抑制了激光沉积过程中粉末成分偏差现象。实验结果表明:离焦量对Ti/HA粉末分离的影响最大,其次是扫描速度,送粉率对预混合粉末分离的影响最小;未分离粉末宽度随着离焦量的增大而呈现先增大后减小的趋势,并随着扫描速度的增大而减小;当离焦量为-3~-1.5 mm,扫描速度为0~4 mm·s -1时,未分离粉末宽度较大,该范围内的工艺参数有利于改善Ti/HA生物医学材料成分配比不准确的问题。