通过对激光增材制造(LAM)TC4钛合金表面进行激光冲击强化(LSP)，对比研究了LSP处理对LAM-TC4钛合金微观组织、力学性能和断口形貌的影响。LAM-TC4钛合金的原始组织由大量粗大的α板条及一定数量的板条间β相构成。经LSP处理后，表层组织在高能冲击波的作用下，原始粗大的α板条破碎细化，形成了大量位错和形变孪晶，导致晶格畸变。LSP处理使LAM-TC4钛合金的残余应力由残余拉应力转变成残余压应力。LSP处理后LAM-TC4钛合金表面存在的最大残余压应力为－190 MPa，显微硬度提高了16.5%，显微硬度随深度的增加而减小。此外，经LSP处理后，LAM-TC4钛合金的屈服强度和抗拉强度较LSP处理前分别提高了46.3%和32.3%，塑性基本维持不变。LSP处理可使LAM-TC4钛合金获得更好的强度和塑性匹配。

为了获知激光功率对激光熔覆修复立柱用钢的影响规律，并找出熔覆层力学性能最优时的激光功率参数，采用单因素变量法，保持扫描速度20 mm/s、送粉量18 g/min、离焦量0 和光斑直径2 mm不变，分别研究了激光功率为1500，1800，2100，2400 W时熔覆层的显微组织、拉伸性能及其断口形貌。结果表明：当激光功率为1800 W时，在立柱用钢表面上制备的FeCrNiSi合金涂层的热影响区深度最小值约为360 μm；涂层显微组织主体由均匀的胞状晶和柱状晶组成；涂层的延伸率在熔覆试件中最高，约为5.3%；拉伸试件涂层断口呈韧性特征，涂层的塑性在熔覆试件中最强。综合考虑激光功率对27SiMn钢激光熔覆涂层的截面形貌、显微组织、力学行为特征以及断口形貌的影响，得出1800 W是最佳激光熔覆功率，在此功率下可制备出结合紧密且塑性较好熔覆涂层。

选区激光熔化成形过程中的加工参数对其制件的性能有重要的影响, 因此, 研究了选区激光熔化加工过程中不同扫描速度和不同激光功率对成形的Ti6Al4V合金制件的性能的影响, 主要包括制件的断裂行为, 并从其微观组织结构着手, 研究了Ti6Al4V合金制件的断裂机制。试验结果表明: 在不同的加工参数下, 制备的Ti6Al4V合金制件的断口形貌有显著差异; 通过选择不同的扫描速度和激光功率, 可有效调控Ti6Al4V合金制件断口处金属晶粒的大小、内部孔洞缺陷等。通过对选区激光熔化成形Ti6Al4V合金制件的断口形貌分析, 得到最优化的加工参数为: 激光功率240 W、扫描速度1 200 mm/s、铺粉层厚0.03 mm及扫描间距0.14 mm。此时, Ti6Al4V合金制件的抗拉强度达到1 177 MPa。

采用同轴送粉激光增材制造工艺制备了Ti-6Al-2Mo-2Sn-2Zr-2Cr-2V钛合金,研究了沉积态及热处理态合金的组织,测试了热处理后合金的疲劳性能,分析了热处理前后合金组织的演化规律,讨论了显微组织、组织缺陷对疲劳性能的影响。研究结果表明:沉积态合金组织由向外延生长的粗大β柱状晶组成,晶内为细长的α片层和晶间β相组成的网篮组织,α相的体积分数明显多于β相;在两相区固溶时效后,组织仍由粗大的柱状晶组成,晶内α相粗化,β相体积分数明显增加;与同工艺条件下制备的Ti-6Al-4V合金相比,热处理Ti-6Al-2Mo-2Sn-2Zr-2Cr-2V合金的疲劳性能在高应力区高于Ti-6Al-4V合金,在低应力区低于Ti-6Al-4V合金;两合金在合金元素含量、相组成、组织尺寸等方面的差异是影响疲劳性能的主要因素;断口分析表明,疲劳源均形核于条状未熔合缺陷及气孔缺陷处,且缺陷直径越大,距离表面越近,应力集中现象越明显,疲劳寿命越低。

基于优化的SUS301L-HT不锈钢激光-MAG复合焊接工艺施焊,获得了质量等级优异的接头。采用光学显微镜对接头组织进分析,分析结果表明:焊缝的软化最为严重,其组织为奥氏体柱状晶和铁素体;热影响区发生不同程度的回复和再结晶,其硬度高于焊缝。针对接头强度薄弱的焊缝区进行裂纹扩展测试,研究不同阶段的裂纹扩展特性及断口特征,讨论焊缝组织对裂纹扩展过程的影响,结果表明:铁素体是疲劳裂纹的起源位置,并成为裂纹的优先扩展通道。对工艺进行进一步优化可以改善焊缝的裂纹扩展抗力。

为了研究激光熔覆304不锈钢和轧制态304不锈钢拉伸力学性能的差异，在27SiMn钢基体表面进行不同激光扫描速度下，单道激光熔覆304不锈钢实验，得到了单道熔覆层的宏观形貌和显微组织。在单道良好成形性的激光扫描速度下，进行多道搭接实验，得到了熔覆层横截面宏观形貌。最后进行多层累加，得到了拉伸力学性能曲线和拉伸断口形貌。结果表明，随着激光扫描速度的不断增大，单道熔覆层成形性较差，搭接率为50%的情况下，所得的熔覆层成形性较好。激光熔覆304不锈钢抗拉强度为551.32 MPa，拉伸断口形貌表现为明显的韧性断口；原轧制态304不锈钢抗拉强度为713.11 MPa，拉伸断口形貌表现为明显的脆性断裂断口。

以1.5 mm厚的DP590双相钢为母材,将焊接时间、焊接功率、离焦量作为变量,进行了激光胶接点焊正交试验。研究了接头内部形貌特征,分析了焊接参数对接头静力学性能的影响规律,并观察了接头拉剪断口形貌。结果表明,当焊接功率为1800 W、焊接时间为1000 ms、离焦量为-3 mm时,胶接点焊接头的平均峰值载荷最大,为7529.30 N;激光胶焊接头的超声C扫描图像可划分为焊核区、空腔区、热影响区和胶层区,且利用超声C扫图像能有效测量焊核直径;焊接功率对接头的拉剪性能影响最大,焊接时间次之,离焦量最小;不同焊接参数下的接头失效模式均为界面断裂,焊点的断口上分布着拉长韧窝。

对2024-T351铝合金进行了深冷激光喷丸强化(CLP)处理。结果表明, CLP处理使得2024-T351铝合金的表层金属发生了有效的晶粒细化, 严重塑性变形层的晶粒尺寸大多在10 μm以下, 材料内第二相分布更为均匀; CLP处理后试样的表面硬度、抗拉强度和屈服强度比未处理样品的分别提高了34.1%、21.6％和28.9％, 材料的延伸率也略有提高, 实现了强度和塑性的同步增强。拉伸断口形貌表明, 2024-T351铝合金经CLP处理后的断裂形式为韧性断裂, 这有利于改善铝合金的拉伸性能。

对激光冲击强化（LSP）TA2工业纯钛拉伸试样在不同温度条件下的断口进行表征和分析，考察了温度对断口特征形貌和拉伸性能的影响。结果表明，在相同温度下，LSP后的试样比未处理试样的拉伸断口颈缩现象明显，且塑性更好。随着温度的逐渐升高，断裂形式从脆性断裂变为混合断裂、最后变为韧性断裂。

以低合金调质高强钢为研究对象，采用Nd:YAG激光器进行激光-电弧复合焊接试验。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、拉伸试验机等设备，对高强钢焊接接头进行微观组织研究、力学性能和断口分析。结果表明，焊缝区、热影响区和母材区均为板条马氏体组织；显微硬度结果显示焊接接头热影响区硬度在480～530 HV之间，焊缝区在470～500 HV之间，软化区硬度低于350 HV。在焊缝区没有缺陷的情况下均在软化区断裂，断裂形式为典型的韧窝断裂，拉伸强度最高达到1 202 MPa。