为了研究熔透和未熔透两种状态下低碳钢气孔形成特征，试验控制保护气种类与表面氧化物两个条件，采用激光功率3 100 W、焊接速度10 mm/s，分别对6 mm和8 mm厚的低碳钢进行平板对接焊，观察焊缝纵断面气孔分布，使用电子显微镜观察其形貌及EDS分析孔壁元素，并讨论气孔产生的原因。另外，还设计熔透性试验，研究激光功率以及焊接速度对气孔的影响。结果表明：熔透状态的焊缝形成气孔数、气孔率远远小于未熔透状态的；CO2保护气以及表面氧化物在焊接过程中都有抑制气孔产生的作用；未熔透状态下出现较多的工艺类气孔与冶金类气孔，熔透状态下焊缝形成的气孔则以圆形H2孔为主，其中冶金类气孔的内壁与焊缝附近元素含量相差较大，主要由于熔池内发生了冶金反应导致。进一步的熔透性试验表明：激光功率越大，气孔数越少，气孔率先减小后增加；随着焊接速度的增加，气孔数增加，但气孔率呈现先降低后增加的趋势。

利用IPG YLS-6000型光纤激光器和摆动焊接头对Q235钢进行了线性焊接和摆动焊接试验,对比分析了两种焊接接头的显微组织及力学性能。结果表明:激光束摆动焊接较线性焊接可显著增加焊缝宽度(1.34 mm→1.60 mm);两种焊接接头各微区的显微组织相同,焊缝组织为板条马氏体、板条贝氏体和晶界铁素体,热影响区的完全奥氏体化区主要为铁素体和板条马氏体,不完全奥氏体化区则为晶粒尺寸不均匀的铁素体和珠光体;摆动焊接接头的整体硬度高于母材,焊缝纵向抗拉强度约为母材的1.74倍,延伸率仅为母材的66.7%,冲击韧度可达母材的90%左右,与线性焊接接头具有相同的力学性能。摆动焊接可以有效降低激光焊接对组对间隙的要求,且对焊接接头的硬度、强度和韧性无不利影响。

激光除锈技术是一种新型、绿色环保的除锈方法。对一些在极易生锈的工作环境中的低碳钢构件，采用激光除锈技术代替传统除锈方法，有广阔的发展前景。激光除锈技术主要利用辐射在锈蚀表面的激光能量高、脉冲短的特点，使锈蚀温度很快达到熔点以上。但在除锈的同时，会有部分激光透过锈蚀层直接与金属基底作用，以及辐射在锈蚀表面的激光也会通过热传导将部分能量传递到金属基底表面。本文采用实验分析手段，对金属基底表面的微观组织、力学性能、硬度等进行对比研究。结果表明，所采用的激光除锈工艺在获得良好的除锈效果情况下，对金属基底没有造成损伤，对金属基底表面性能没有产生显著影响.

研究了厚板低碳钢窄间隙激光-MIG复合焊接，分析了焊接工艺参数对焊缝表面成形的影响规律，深入讨论了焊缝内部缺陷的形成原因。结果表明，通过激光-MIG复合焊接工艺参数优化和合理设计坡口形式可以获得成形良好的焊接接头。焊缝表面形成的缺陷主要有未焊透、咬边、背部下塌等，除了与材料本身的焊接特性相关外，还与不匹配的焊接工艺参数有关。而焊缝的内部缺陷主要是气孔，气孔的形成主要是由于焊前试样表面的清洗不彻底与焊接过程中的匙孔不稳定造成的。研究还发现，通过焊前彻底的表面清洗和加大熔池的保护可以有效消除气孔并获得良好的焊缝质量。

异种材料焊接是使零部件具有多功能的有效途径, 但材料性能差异导致焊接接头效果不佳。采用300 W的Nd∶YAG脉冲激光器, 对低碳钢和奥氏体钢进行激光焊接, 研究了激光焊接接头的微观组织、显微硬度及拉伸性能的变化规律, 探讨了微观组织与力学性能之间的本质关系。结果表明, 低碳钢的微观组织是铁素体+马氏体, 奥氏体钢的微观组织是具有孪晶结构的奥氏体。低碳钢-低碳钢焊接接头焊缝区显微组织是板条马氏体, 热影响区组织是马氏体+铁素体, 焊缝区硬度是母材的1.85倍, 拉伸断裂位置位于母材; 奥氏体钢-奥氏体钢焊接接头焊缝区的显微组织是等轴状和柱状奥氏体, 无明显的热影响区, 焊缝区硬度与母材持平, 拉伸断裂位置位于焊缝, 焊接过程中孪晶的消失使奥氏体钢塑性明显降低; 低碳钢-奥氏体钢的焊接接头焊缝区显微组织与奥氏体钢自身焊接组织一致, 仅在低碳钢一侧存在明显热影响区, 焊缝硬度高于奥氏体钢母材而与低碳钢母材持平, 拉伸断裂位置位于奥氏体钢母材; 三种焊接接头拉伸断裂方式均为韧性断裂。

为了研究不同激光功率及不同的冷却条件下,激光相变硬化处理对低碳钢表面性能和组织的影响,采用激光表面相变硬化方法,在低碳钢表面获得了比原先母材硬度高100HV~150HV的硬化层,采用金相显微镜分析了激光处理区的组织,且用显微硬度计测量了单道扫描时的纵向和横向的硬度分布。研究发现,激光作用区主要是低碳板条马氏体与未转变的索氏体甚至屈氏体、回火索氏体组织。搭接区组织均为细小的马氏体及中间分布着索氏体组织;由于10CrNiMo钢含碳量较低和碳扩散系数不同的原因,其最高硬度层并未在表面形成,而是形成在次表层。在软化区,前一道扫描形成的马氏体受到回火作用,原先固溶在马氏体中的碳析出,形成了回火索氏体,降低了硬度。结果表明,激光相变硬化工艺可以将10CrNiMo钢的表面硬度提高100HV~150HV左右,且表面保持很好的韧性,若想进一步提高其表面硬度,还需采取熔覆等其它工艺。

采用1 kW Nd∶YAG激光器焊接2 mm厚H62黄铜和20#钢管材。聚焦激光作用在接头黄铜一侧形成深熔焊接熔池,熔化的黄铜浸润碳钢界面形成接头。因此,在焊缝的黄铜一侧为深熔焊,碳钢一侧为钎焊,这一方法称为激光深熔钎焊(LPB)。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)对焊缝成形和接头界面进行观察,发现黄铜母材与焊缝界面是正常的激光深熔焊特征,同时碳钢母材与焊缝的界面形成了良好的冶金结合,相互作用区的宽度约为3 μm。显微硬度结果表明焊缝硬度值高于黄铜母材。经爆破实验测试,断裂发生在黄铜一侧,表明H62黄铜-20#钢激光深熔钎焊接头力学性能满足工业使用要求。

在盐溶液中，利用激光对20#钢表面进行渗碳、渗硅和相变硬化相结合，实现了在对低碳钢表面化学渗碳、渗硅的同时，完成激光表面淬火处理。研究表明，20#钢在盐溶液中激光渗碳、渗硅后，可将材料表面的碳、硅含量增加2倍；渗层具有一定厚度，主要由马氏体和贝氏体组成，试样表面的硬度提高到原试样的2.5～3倍，耐磨性可达到处理前的4～7.5倍。在浓度为10%的H2SO4溶液中，静态腐蚀240 h后的实验表明，20#钢在经过激光渗硅化学热处理后， 抗腐蚀能力可提高40%左右。