在煤矿巷道掘进中, 普通光面爆破技术存在着围岩表面超挖、欠挖、严重破坏等现象, 后期支护难度大, 维护成本高。在定向断裂控制爆破技术机理分析的基础上, 提出了周边眼切缝药包定向断裂控制技术, 进行了切缝药包爆破和普通药包爆破的工程应用对比研究。试验结果表明：采用外径38 mm、内径36 mm, 切缝宽度4 mm、切缝长度600 mm的PVC管作为切缝管进行切缝药包定向断裂控制爆破, 其爆破效果较好。切缝药包爆破改善了巷道断面平整度, 开挖轮廓平滑, 提高了半孔率, 最大值为90%。爆破完巷道轮廓成形好, 有效控制了超挖量, 平均线性超挖量为0.171 m, 降低了0.238 m。切缝药包爆破增加周边眼眼距, 节约每立方米炸药用量25%, 每循环进尺可减少炸药用量约20 kg, 减弱了爆破震动。定向断裂控制爆破有效降低了对围岩体的损伤, 增加了围岩的稳定性, 取得了较为理想的爆破效果。

氧化铝陶瓷具有热导率高、散热性好、介电常数小等特点，是移动通信、集成电子等领域常用的基板材料，但其高硬度、高脆性的特性致使其在常规的机械加工过程中极易出现裂纹、崩裂等。本课题组采用纳秒紫外激光对超薄陶瓷板的盲切工艺进行研究，通过控制纳秒激光的三个主要加工参数——激光重复频率、扫描速度和重复次数，分析切缝深度和切缝宽度的变化规律。实验结果表明：随着激光重复频率增大，切缝宽度先增大后基本不变，切缝深度则先增大后减小；随着扫描速度减小和重复次数增多，切缝深度先增大后减小，切缝宽度的波动较小。以切缝深宽比为指标，通过正交试验得到超薄陶瓷基板盲切时单道多次扫描的最大深宽比是4.0137，最优参数组合为：激光重复频率40 kHz，扫描速度0.07 m/s，重复次数25次。

激光切割已广泛应用在长安福特全系车型前轮毂减震包制造工艺上。但由于制造过程的复杂性以及众多的影响因素, 为了满足质量要求, 稳定正常生产, 以根部挂渣高度和切缝下部分倾斜条纹区域所占板厚比例来表征切缝质量, 系统研究了激光功率M, 切割速度v, 离焦量f对切缝质量的影响。采用响应曲面法试验设计, 建立评价指标与试验参数之间的回归模型, 并运用目标优化的方法对模型进行优化。结果表明, 试验因素组合激光功率3 408 W, 切割速度43.1 mm/s, 离焦量-3.27 mm时可获得最优的切缝质量。研究为全新车型投产提供工艺调试和质量优化的依据。

为了研究激光加工工艺参量对血管支架切缝形貌以及表面粗糙度的影响, 采用不同参量对比分析试验法, 开展了心血管支架316L材料光纤激光切割实验, 分析了激光脉冲宽度、激光功率和切割速率等不同工艺参量对材料切缝形貌及粗糙度的影响, 得出激光切割支架的最佳工艺参量组合。结果表明, 不同区域切缝形貌和表面粗糙度存在差异性, 其中支架切缝的汽化区厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响, 当脉冲宽度为35μs时, 支架切缝汽化区厚度最大可达到120μm; 支架切缝汽化区粗糙度随切割速率增加先减小后增大, 当切割速率为6mm/s时, 切缝表面粗糙度值最低为650nm。此研究结果为心血管支架光纤加工的研究及后续光整加工奠定了理论基础。

为了探究中厚板铝合金光纤激光切割工艺特性, 开展了光纤激光切割8 mm厚AA2219铝合金工艺实验, 系统研究了激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压等工艺参数对切缝质量的影响。以根部挂渣高度和切缝下部分倾斜条纹区域所占板厚比例来表征切缝质量。实验结果表明, 激光功率和辅助气压是影响切缝质量的最主要的工艺参数, 当激光功率增大至5.4 kW、辅助气压取值范围增大至1100~1500 kPa时, 切缝挂渣量最少。最后, 为了进一步提高中厚度铝合金激光切割质量, 根据空气动力学原理, 利用流体力学模拟设计并制作了简易Laval喷嘴, 采用该喷嘴进行实验发现, 切缝表面倾斜条纹区域范围从0.5降至0.14, 而挂渣高度变化较小。

研究了使用Nd∶YAG激光切割牌号为GH3128的高温合金钢过程中的工艺参数。采用正交法进行了20次试验。研究了影响激光切割质量的因素，包括氧气气压、离焦量、加工速度、输入电流、脉宽、频率及误差项。观测切割后的挂渣厚度、切缝宽度，并得到综合评价结果；采用直观分析法分析了各个工艺参数对切割质量的影响程度，得到最优工艺参数，并根据最优工艺参数进行验证试验。采用方差分析法分析了各个因素之间的交互作用及区组间差异，并研究交互作用及区组间差异对切割质量的影响。结果表明，正交法可以优化挂渣厚度和综合评价，但对切缝宽度无优化作用。

316L不锈钢以其优良的性能广泛应用于生产生活中, 随着316L不锈钢应用的不断加深, 采用激光切割316L精密零件日益增多。建立同时满足基于保护气氛的汽化切割条件的材料物性、成型参数与切缝宽度之间的数学模型; 采用脉冲激光切割316L不锈钢薄板, 通过体式显微镜观察、测量切缝形貌, 验证建立计算模型的准确性, 分析切缝缺陷产生的原因。结果表明, 切缝宽度数学计算模型的平均相对误差为8.5%, 计算精度较高, 具有实际工程应用价值; 切缝宽度与光斑直径、激光功率、吸收率成正相关关系, 与切割速度、板厚、比热、熔化焓、气化焓成负相关关系; 切缝缺陷主要由重铸层、刮渣和波浪条纹组成, 重铸层中有较多热裂纹, 刮渣物主要是由圆形和条形金属颗粒物组成。

为降低回旋行波管阴极的加热功率，采用支持筒切缝和支持筒外加热屏的阴极结构，运用ANSYS有限元软件对该结构的切缝数目和切缝深度进行优化计算，并分析切缝和加热屏对阴极发射带温度分布的影响；给出了阴极发射带温度和切缝数目、切缝深度的关系。在发射带同等温度条件下，对比优化结构和原结构的加热功率。结果表明，改进后的结构使得加热功率下降了约40%, 大大降低了阴极的加热功率，为高性能回旋行波管热阴极的研制提供了一定的参考。

采用3 000 W光纤激光器对5 mm紫铜板进行切割, 分别研究了激光器功率、切割速度、辅助气体压力、离焦量的变化对切割质量(包括切缝宽度、热影响区域宽度、断面粗糙度, 挂渣量等)的影响规律, 并利用正交实验确定影响切割缝宽和断面粗糙度的因素主次关系, 优化出最佳切割参数。实验结果表明, 采用功率2 600 W, 速度1.4 m/min, 氧气压力16 bar, 负离焦4 mm的参数切割5 mm紫铜板可以得到切缝窄、断面光滑、无挂渣的良好切割质量。

氧助激光切割是一种高效的中厚碳钢板激光切割方法, 其加工质量主要取决于切口条纹形态、切缝宽度和切缝倾角等因素。选用不同的切割速度、氧气压力和焦点位置, 对 10 mm厚度的低碳钢板进行氧助激光切割实验, 分析上述关键切割参数对切口条纹等质量因素的影响规律。实验发现, 气压增大和焦点降低会加强金属基质的燃烧, 加大了条纹波长和深度; 而切割速度的提升则在增大条纹波长的同时减小了条纹深度, 并存在一个临界速度, 当切割速度大于此速度时条纹现象将消失。此外, 切割速度的下降、氧气压力增加或焦点位置下降, 切缝宽度会增大, 而焦点位置变化对切缝宽度的影响尤为明显。