碳纤维复合增强材料（CFRP）作为一种力学性能优异的新材料，已经成为航空和汽车轻量化领域的优选材料。因此实现CFRP与铝合金的高强度连接是提升CFRP与铝合金复合结构件整体强度的关键。提出了一种激光阶梯扫描制备倒钩阵列的方法，并将该方法与硅烷表面改性相结合，实现了铝合金与CFRP接头的高强度连接。实验结果表明：激光阶梯扫描制备的倒钩阵列大大增强了胶接界面之间的机械互锁效应，进而增强了接头强度。硅烷偶联剂改性后铝合金与黏结剂之间出现了硅烷过渡层，接头强度得到进一步提升。与砂纸粗化处理相比，激光处理后强度提升了24.6%，达到16.7 MPa，硅烷改性后强度得到进一步提升，达到17.4 MPa。

钢、铝两种材料因为物理性能和化学成分上存在较大差异，导致钢铝焊接成为难点。为了得到高质量的钢/铝接头，采用7种激光扫描路径对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行搭接点焊试验。研究激光扫描路径对钢/铝接头宏观形貌、金相组织、显微硬度和剪切强度的影响。结果表明：扫描路径的变化对接头的影响较大，相比于常规焊接，摆动焊接的接头具备更好的连接质量，焊缝表面成形效果更好；钢/铝接头主要由马氏体和铁素体组成，使用激光摆动点焊的接头晶界明显，在马氏体和铁素体交界处有少量的片状珠光体，且焊缝各处的晶粒种类无较大差异，因此焊缝各处力学性能相同，减少受力后，出现应力集中的现象；摆动点焊钢/铝接头的力学性能得到提升，钢侧接头的最大显微硬度可达450 HV，是常规的1.06 倍，剪切强度为83 N/mm，是常规焊接的2.12 倍。

为了得到高质量的钢/铝接头, 采用激光摆动焊接的方法、使用不同的功率对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行了搭接实验, 研究了不同焊接功率对钢/铝接头宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明, 1400W~1600W的功率区间内可有效实现板材焊接; 激光功率为1400W和1500W时, 焊接接头的金相组织以马氏体为主, 当激光功率为1600W时, 接头内的铁素体增多, 马氏体减少, 焊接接头的金相组织以铁素体为主; 3种接头显微硬度的最低值和最高值分别位于焊缝中心和热影响区, 在1500W的激光功率下, 焊接接头的力学性能最好, 钢侧接头的显微硬度约高于母材显微硬度的1.7倍; 接头的最大剪切强度达到113N/mm。此研究结果应用在船舶制造领域具有较重要的意义。

集成电路(IC)芯片封装中小尺寸、细节距焊点采用的传统锡基钎料在服役过程中存在桥接、电迁移、金属间化合物等问题，在大电流、大功率密度的应用中受到限制。采用脉冲激光沉积 (PLD)技术，在覆铜陶瓷 (DBC) 基板上图形化沉积了多孔微米银焊点，用于替代传统的钎料凸点，并将其应用于Si芯片与DBC基板的连接。结果表明：采用不锈钢作为掩模，可沉积出500 μm及300 μm特征尺寸的疏松多孔银焊点阵列，银焊点呈圆台形貌；在250 ℃温度、2 MPa压力下热压烧结10 min，Si芯片与DBC基板连接良好，连接后的银焊点边缘的孔隙率为42%左右，银焊点中心区域的孔隙率为22%; 500 μm和300 μm特征尺寸的银焊点的连接接头的剪切强度分别为14 MPa和12 MPa；接头断裂主要发生在银焊点与芯片或DBC基板的连接界面处。

激光塑料焊接可以极大提高产品的品质, 塑料产品采用激光焊接的需求将越来越多。影响塑料焊接的工艺参数较多, 一般需要正交试验法等进行大量的试验才能得到最佳工艺参数。针对热塑性ABS塑料进行激光透射焊接试验, 对激光功率、焊接速度和离焦量进行单因素试验, 分析工艺参数对焊接效果的影响规律, 功率密度测试剪切强度表明, 焊缝剪切强度随着功率密度的增加呈现先增加后降低的规律。进一步对焊缝微观结构分析, 当激光功率密度L小于或者大于1.6 W/mm2时, 焊缝为脆性断裂, 焊缝剪切强度较低；当激光功率密度L为1.6 W/mm2时, 焊缝为韧性断裂, 剪切强度达到最高的71 MPa。研究结果表明, 通过激光功率密度这一单因素对焊缝微观结构有直接的影响, 进而影响焊缝剪切强度。

为研究钼元素对激光熔覆层组织和性能的影响,采用激光熔覆技术在EA4T钢表面制备Fe-Cr熔覆层以及钼质量分数为10%~70%的4种涂层,然后采用X射线衍射仪、光学显微镜和扫描电子显微镜对熔覆层的物相和微观形貌进行分析,采用显微硬度计和WDW3100万能试验机测试熔覆层的力学性能,采用摩擦磨损试验机测试熔覆层的耐磨性。试验结果表明:除了Fe-Cr+70%Mo熔覆层出现裂纹外,其他熔覆层都均匀致密,与基体形成了良好的冶金结合。熔覆层中钼单质的含量随着钼添加量的增加而增加。当熔覆粉末中钼的质量分数为10%和30%时,熔覆层中的钼主要与Fe-Cr形成金属间化合物;当钼的质量分数超过50%时,熔覆层中出现了较多钼单质相。钼的添加降低了熔覆层的硬度以及熔覆层到基体的硬度梯度,熔覆层的韧性和塑性随着钼含量的增加而先降低后升高。与基体相比,Fe-Cr熔覆层、Fe-Cr+10%Mo熔覆层、Fe-Cr+30%Mo熔覆层和Fe-Cr+50%Mo熔覆层的耐磨性均得以提高,且其摩擦因数随着钼含量的增加而降低,其中Fe-Cr+50%Mo熔覆层具有优良的综合力学性能和最佳的减摩耐磨功能。

利用光纤激光器对尼龙-66(PA66)和冷轧碳素钢薄板(SPCC)进行了异种材料的激光搭接焊接实验。实验结果表明, 当离焦量(Δf)为-20 mm时, 选取激光功率为210~490 W且焊接速度为4~7 mm/s范围内时, PA66与SPCC可以形成有效连接。样品的剪切强度与结合面积成正比, 当工艺参数为Δf=-20 mm, P=290 W, v=5 mm/s, 接头的结合面积为574.2 mm2, 剪切强度为13.85 MPa。分析了激光工艺参数对接头宏观形貌的影响和热输入对接头结合面积以及力学性能的影响。最后通过对接头显微结构的研究, 讨论热输入对接头连接缺陷的影响。

本文采用纳秒紫外激光对树脂基碳纤维复合材料表面进行激光预处理, 研究预处理参数对表面形貌和胶接件剪切强度的影响规律。利用电子显微镜、三维形貌分析仪以及表面接触角测量仪分别分析了激光预处理复合材料表面的显微形貌、粗糙度以及润湿特性, 并测试了激光预处理后复合材料胶接件的剪切强度。结果表明: 通过改变预处理参数(激光功率、扫描间距和扫描次数), 可以使复合材料表面呈现出不同的加工形貌, 改变表面粗糙度和接触角, 从而影响复合材料胶接件剪切强度。