采用摆动激光填丝焊接Al?Si涂层22MnB5钢，研究摆动频率对焊接接头的组织和力学性能的影响。并与常规激光自熔焊接（LW）进行对比，讨论摆动激光填丝焊接（OLFW）工艺对δ?铁素体的抑制作用。结果表明，LW焊缝表面出现下凹，而OLFW工艺能够改善焊缝成形，并降低焊缝中α?铁素体的含量。当摆动频率为200 Hz时，α?铁素体的体积分数最低（11.51%）。高含量的α?铁素体造成LW接头的平均硬度、抗拉强度、延伸率分别降低至392 HV、1440 MPa、1.92%。与LW相比，热冲压前摆动激光填丝焊接样品2（OLFW2）焊缝中Al的平均含量（质量分数）由2.16%降低至1.38%。热冲压后OLFW2接头的平均硬度、抗拉强度、延伸率分别提高至471 HV、1561 MPa、3.1%，分别提高了20.2%、8.4%、61.5%。焊缝中α?铁素体的形成和不均匀分布是造成LW和OLFW2接头断裂在焊缝的主要原因。

激光热成形作为船体外板曲面成形的新工艺, 具有良好的加工柔性, 且能够实现对加工参数的精确控制, 是实现曲面成形工艺的最佳选择。传统的热弹塑性有限元方法对大尺度板材计算需要大量的时间, 本文通过热弹塑性有限元法, 获取加工塑性应变分布, 确定固有应变等效方法, 提出小尺度-大尺度板固有应变映射法。基于激光加工实验平台, 进行激光热成形实验, 结合变形测量, 该方法与实验结果间的平均相对误差为5.27%, 验证了该方法的有效性; 相比热弹塑性有限元仿真, 该方法节约了147倍的计算时间。

扭曲面作为一种典型三维曲面件, 有着广泛的应用, 但由于形状复杂, 成形困难。激光热成形利用热累积成形, 加工中不直接接触板件, 具有很好的加工柔性, 是三维曲面件成形的重要工艺途径。阐述了扭曲面激光热成形工艺内容, 通过曲面展开算法, 获取展开曲面形状; 利用特征应变, 形成激光加热路径在展开曲面上的分布; 结合工艺数据库, 完成各激光加热路径上的加工参数确定。基于激光加工实验平台, 对扭曲面进行了实验加工, 结合形貌测量, 扭曲面的形状均方误差为421.2 μm, 验证了提出的曲面展开、加工路径和工艺参数规划方法的有效性, 为复杂曲面成形提供了技术方法。

研究了不同Al-Si镀层去除状态下Usibor 1500钢激光拼焊后和热成形后焊接接头的组织特征, 并采用室温拉伸试验测试了热成形后焊接接头的力学性能。结果表明, 拼焊后的焊缝区显微组织为粗大板条马氏体和在光学显微镜下呈白色不均匀的第二相,白色相随着去除镀层部位的增多而减少。接头拉伸断裂模式与焊缝中白色相的分布情况相关。镀层去除状态对激光拼焊板性能有着显著影响, 上表面镀层的去除可显著提升接头性能; 随着下表面镀层去除部位的增多, 接头拉伸性能提升, 且在上下表面镀层全部去除的情况下, 接头的抗拉强度达到最大。

针对热弯玻璃成形法制备高精度超薄反射镜时Pt分离膜造成的镜片污染问题,研究了Pt/Cr分离膜中不同Cr层厚度对热成形超薄反射镜玻璃基底表面粗糙度的影响.采用厚度为0.3 mm的Schott D263玻璃作为超薄反射镜基底材料,选取Pt、Pt/Cr作为模具和D263镜片之间的分离层材料进行实验.Pt薄膜的厚度为50 nm,Cr层厚度分别为5 nm、3.5 nm、2.5 nm、1.5 nm,热成形实验采用“直接”复制方式.实验结果表明:Cr层厚度为1.5 nm时,成形后模具表面分离膜未发生脱落,镜片表面粗糙度约为0.5 nm,与D263镜片初始值接近,能够满足高能X射线望远镜对反射镜基底表面粗糙度的要求.

针对热成形前Usibor1500 钢板激光拼焊时Al-Si镀层对焊缝的影响进行研究，对比分析了保留Al-Si镀层与去除顶层镀层后的激光拼焊焊缝金相特征，通过能量色散X-射线光谱(EDS)的方法分析了镀层元素在焊缝中的分布特征，采用室温拉伸实验研究了去除顶层镀层前后力学性能的差异。研究结果表明: Al元素分布于焊缝各个部位并存在局部偏聚，Al在不同合金相中质量百分比分别为1.76%和2.65%；Al-Si镀层进入焊缝形成的脆性相降低焊缝力学性能，焊缝断裂的抗拉强度为458~479 MPa，而断裂于母材时为500 MPa 左右；去除顶层镀层可以改善焊缝力学性能，拉伸断裂位置均为母材。

在实际工业生产中,许多构件的表面是由双曲面构成的,因此,研究复杂型面激光热成形加工工艺规划策略具有重要的现实意义。然而,作为一种无模成形工艺,激光加热路径和目标型面没有直接联系,这增加了工艺规划的难度。为了实现双曲率面构件的高精度激光热成形,基于交叉加热与板材预弯曲对塑性应变场影响的研究,提出一种新的工艺规划策略。该方法基于板材成形所需要的应变场,分别建立平板和预弯曲板工艺参数与残余塑性应变基本关系数据库以及上下表面应变比基本关系数据库,采用上下表面分别加热进行双曲率面工艺规划。实验结果表明,利用该加工策略,激光热成形面与目标曲面形状基本吻合。

在激光热成形中工件除了产生期望的弯曲变形外，还会产生非期望变形。尽管在常规热成形中可以不予考虑，但对于成形精度要求较高的工件，这些成形误差不仅会影响工件的装配精度，也会严重影响工件的使用寿命。为了减小成形工件的非期望变形，探讨优化的成形工艺，在分析激光热成形中温度分布与不同位置冷态材料对加热区域约束力变化的基础上，揭示出非期望变形的产生机制，并提出两种新的扫描策略。研究结果表明，选用不同的扫描策略，板材的非期望变形量不同。因此，在实际的工业应用中，需要针对不同的成形要求，选用不同的激光扫描策略，以提高工件的成形精度。

在复杂型面激光热成形工艺规划中, 激光需要在板材的不同位置进行加热, 加工出所需要的目标形状, 而加热位置不同板材的变形不同。为了实现板材不同加热位置加工工艺参数的选择, 分别探讨了温度梯度机制和屈曲机制条件下加热位置对板材变形的影响规律。研究结果表明, 在温度梯度机制条件下, 当加热位置远离自由端时, 加热位置对弯曲角的影响不大, 当加热位置距自由端较近时, 加热位置对弯曲角有较大影响; 在屈曲机制条件下, 加热位置不仅影响板材的弯曲角, 而且影响板材的弯曲方向。因此, 在复杂曲面工艺规划中为了更准确地确定加工工艺参数, 建立工艺参数与板材弯曲变形基本关系数据库,必须考虑激光加热位置对变形的影响。