为定量预测不同工艺参数下316L不锈钢粉末激光选区熔化（SLM）成形熔道形貌并完成其单层多熔道形貌重构，首先对SLM成形熔道的过程进行了模拟，接着完成了SLM成形单熔道实验，得到了工艺参数与熔道宽度及其标准差系数之间的关系，并建立了单熔道截面轮廓数学模型，在此基础上完成了接近真实轮廓的单层多道轮廓三维模型重构。研究结果表明：当激光功率恒为200 W时，随着扫描速度从1.0 m·s^-1增大到2.0 m·s^-1时，熔道宽度从69.82 μm减小到46.65 μm，熔道宽度标准差系数从9.84%增大到22.65%；当扫描速度恒为1.3 m·s^-1时，随着激光功率从100 W增大到300 W，熔道宽度增加到69.64 μm后开始减小，熔道宽度标准差系数减小到13.11%后开始增大；同一线能量密度下得到的熔道宽度值的变化正常，但熔道宽度标准差系数在12.26%到22.65%之间波动；当激光功率约为200 W、扫描速度约为1.0 m·s^-1时，成形的单道熔道宽度均匀，标准差系数低于15%，熔道质量较好。

探究了不同工艺参数（激光功率、扫描速度、搭接率、熔覆头到基体的距离）相互耦合作用对多道激光熔覆层几何特征（熔覆层平均高度、基体平均熔深、平均稀释率、表面平均高度差）的影响规律，实现了熔覆层形貌的预测。设计全因子实验，基于响应曲面分析方法构建涂层形貌与工艺参数之间的数学模型，并将预测结果与实验数据进行比对。结果表明：扫描速度对熔覆层平均高度的影响最为显著，激光功率对基体平均熔深的影响最为显著，熔覆头到基体的距离对平均稀释率的影响最为显著，扫描速度对表面平均高度差的影响最为显著；熔覆层平均高度、基体平均熔深、平均稀释率、表面平均高度差的平均相对误差分别为10.09%、4.96%、8.83%、8.34%，模型的拟合优度Radjust2分别为0.8971、0.9251、0.9240、0.8545。

针对钢轨长期使用后出现的磨损问题，通常采用激光熔覆技术对损伤表面进行修复。本文以U75V钢轨为基体材料，对多层多道激光熔覆成形过程中的工艺参数进行优化研究。结果表明：U75V钢轨激光熔覆修复成形的最佳工艺参数为激光功率900 W、熔覆速度600 mm/min、送粉速度7.58 g/min、搭接率58.8%、Z轴抬升量0.6 mm、预热温度200 ℃。多层多道熔覆区多为等轴晶，热影响区中存在针状马氏体组织。熔覆区的硬度为480 HV，与母材最大硬度430 HV相差不大；热影响区受马氏体组织的影响，硬度为母材的2倍左右；熔覆层的耐磨性略低于母材。

根据激光熔覆的温度场理论, 利用ANSYS有限元模拟软件, 模拟了多道熔覆镍基合金上表面的温度场, 重点研究了激光道次间的停顿时间对激光熔覆镍基合金温度场的影响。模拟在不同停顿时间条件下的激光熔覆镍基合金的温度场, 得到每一道初始位置上表面的最高温度值, 以及激光基底和熔覆层交界处不同位置的温度和温度梯度值。模拟结果表明, 在多道熔覆的过程中, 道次间停顿1.5s对比无停顿和停顿1s时熔覆效果好, 并做了相应的实验。实验结果表明, 道次间停顿1.5s时, 熔池深度变小, 熔覆的表面平整度较好, 熔覆质量较高。数值模拟和实验一致性较好, 模拟和实验结果都表明, 停顿时间对多道熔覆镍基合金温度场的影响较大, 研究成果对激光多道熔覆镍基合金选择合适的工艺参数、降低温度梯度、提高多道次激光熔覆质量具有重要意义。

选区激光熔化成形过程中, 熔道与单层的成形特点在很大程度上决定了成形零件的性能。实验探究了熔道的成形特点随激光功率与扫描速度的变化规律, 分析了适合成形的熔道类型。在单层实验中, 从扫描线长度出发, 探究了在搭接过程中熔道间热影响与成形面质量联系。总结了成形熔道高度的分布规律。通过三维轮廓仪观察实验结果并与工艺相对成熟的成形结果进行对比获得了设备的工艺参数。介绍了一种填充策略, 实验验证可以有效提高成形面质量。

研究了基材热处理态和激光扫描速率对多道沉积DD5单晶高温合金沉积道内的杂晶(SGs)形核位置及数量的影响, 探讨了不同条件下杂晶的形成机理。结果表明, 当激光扫描速由5 mm/s增大到20 mm/s时, 沉积道顶部的柱状晶-等轴晶转变(CET)导致杂晶数目减少; 采用固溶方式处理基材时, 沉积道底部杂晶的尺寸和数量较铸态基材的明显减小; 沉积道之间的相互搭接不会产生新的杂晶;当采用固溶态基材、激光扫描速率为20 mm/s时, 基本可以得到无杂晶的多沉积道搭接界面。

研究了蛇形轧制工艺参数对铝合金厚板变形与残余应力分布的影响。基于蛇形轧制的咬入条件与本构模型以及边界条件等关键技术, 构建了铝合金厚板的单道次蛇形轧制有限元模型, 并与相关文献的仿真结果进行了比较, 结果显示其相对误差不超过10%。考虑最小、最大压下量均相等的条件下压下量分配对蛇形轧制的影响, 建立了多道次蛇形轧制的有限元模型并进行了仿真实验。结果表明: 铝厚板应变不是按板厚中心面呈对称分布, 慢速辊一侧的应变明显小于快速辊一侧, 而且压下量对称递增分配产生的应变最大, 单向递增分配产生的应变最小, 对称递增比单向递增分配压下量产生的应变平均要高出20%左右。此外, 压下量对称递减分配引起的剪切应变最大, 单向递增分配引起的剪切应变最小, 对称递减分配比单向递增分配压下量产生的剪切应变要高出2倍。

以Al2O3陶瓷为研究对象, 开展了低压水射流激光复合多道切割的试验研究。通过试验, 对比分析了水射流激光复合单道切割技术与水射流激光复合多道切割技术的优劣; 通过改变首刀激光参数, 研究不同首刀切割深度对Al2O3陶瓷基板的切割质量影响。试验结果表明, 相较而言, 低压水射流激光复合多道切割技术可以明显提高切割质量; 在合理的首刀切割深度下, 切缝内熔渣残留较少, 切槽形貌规则, 锥度基本保持在0.12以下。

为了满足实时现场测量和能谱监测的需求,设计了一种便携式无线多道数据采集系统。系统可以完成小剂量能谱测量和多道分析,并采用WIFI通信的方式,结合Android操作系统平台实现对能谱测量数据的记录和处理。介绍了系统的设计方案,包括测量原理、硬件设计和软件设计。具体阐述了各个硬件单元的原理、功能和设计要点。最后进行了能谱测试和同类仪器比对实验,根据测量结果分析了该能谱测量系统的性能。系统样机的采集道数为64k,能量分辨率为3.81%。