爆炸焊接是一项以炸药为能源实现同种或异种材料固态连接的工艺, 高效快捷、经济实用, 能够实现大面积焊接及异种材料结合, 在层状金属复合材料制备中得到广泛应用。为阐明异种金属材料爆炸焊接的相关研究与发展, 回顾了爆炸焊接相关的概念和基本原理。通过对焊接窗口理论的介绍, 指出了在四个界限围成的焊接窗口内选择爆炸焊接参数, 可获得较为优质的波纹。基于国内外研究现状, 从爆炸焊接界面组织和力学性能、热处理对界面组织的影响、结合界面的影响因素三个方面, 对爆炸焊接界面的相关研究进行了详细的论述。研究发现：界面结合处常出现裂纹、绝热剪切带及金属间化合物等缺陷, 可通过热处理、中间层使用、气体保护爆炸焊接等方法改善, 但其形成机理及控制途径仍需进一步深入研究。此外, 现阶段的数值模拟以SPH方法为主, 经对比分析, 该法能够有效模拟结合界面以及射流, 但也存在模拟过程单一的不足, 而且关于界面波的形成机理尚不清晰, 因此, 需建立科学完善的界面成波机理以及系统全面的数值模拟流程。随着新材料的不断涌现, 爆炸焊接技术将会在更多领域持续发挥重要作用。

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。

硬质复合材料因拥有高硬度、高强度和耐磨性好的特点，常被用做刀具生产的合金材料。使用激光选区熔化技术，通过改变成形工艺参数激光功率和扫描速度，制备WC 12Co硬质合金样件，研究工艺参数对成形试样致密度、截面金相组织和显微硬度的影响。结果表明：当激光扫描速度值不变时，随着激光功率的增大，成形试样的致密度呈现逐渐增大的趋势；当激光功率值不变时，随着激光扫描速度的增大，成形试样致密度先增大后减小，扫描速度对致密度的影响较为明显；线能量密度值过大或者过小都不利于试样致密度的提高；在激光功率290 W、扫描速度为900 mm/s的最佳参数组合下，得到了致密度为91.392%的WC 12Co试样。通过对工艺参数进行合理匹配设计，为SLM成形WC 12Co应用于实际工业生产提供了理论和工艺实践参考。

为了提高TC4合金部件表面的耐磨耐腐蚀性, 采用数字化分析测试、金相显微形貌分析等方法, 研究分析了TC4钛合金表面激光熔覆制备Fe35A涂层的显微组织和综合性能。结果表明, 在激光功率为2.3kW、扫描速率为9mm/s、送粉速率为10g/min的最佳经验工艺参数下, TC4表层制备Fe基合金沉积层的宏观形貌最佳, 金相组织较好, 晶粒细化且均匀分布, 基体与沉积层熔合度高; 沉积层表面洛氏硬度高达40.2HRC, 显微硬度平均高达645.5HV, 沉积层整体力学性能明显高于基体组织。该研究为TC4钛合金表面的高质量修复和再利用提供了实践参考。

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。

为了研究不同激光功率对摆动焊接钢/铝材料的影响, 采用大功率碟片激光器和PFO3D摆动接头相结合, 对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行了搭接实验。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时, 焊接接头的金相组织为低碳马氏体, 显微硬度的最低值和最高值分别位于热影响区和焊缝中心; 随着激光功率的增加, 焊缝内的铁素体增多, 马氏体减少, 接头显微硬度的最高值和最低值分别改为热影响区和焊缝中心; 当激光功率为1400W时,焊缝抗拉强度最高为2681MPa。此研究结果在船舶制造的领域应用具有较为重要的意义。

某甲烷泵壳体采用AlSi10Mg合金粉末选择性激光熔化成形, 即3D打印(three dimension printing)快速成形技术, 但在成形后发现有贯穿轮廓的层间裂纹。通过采用光谱仪及电感耦合等离子体ICP检测材料化学成分、万能试验机检测力学性能、体视显微镜分析裂纹宏观形貌、场发射扫描电镜分析断口微观形貌、材料显微镜检测裂纹处及成形件基体的金相组织, 结果表明, AlSi10Mg甲烷泵壳体激光成形件内腔表面裂纹实际为该铝合金壳体激光成形时的层间未熔合缺陷。其原因是激光振荡器不稳定导致功率过低和激光扫描速度过快。

在课题组实验室自主研发的凸轮式多碰试验机上, 对0Gr18Ni9Ti镍基涂层材料进行低应力多碰冲击试验, 对不同冲击频率下材料的累积塑性变形、显微组织进行对比分析。试验结果表明: 冲击频率越大, 累积塑性变形量越大, 相同层深处显微组织结构细化越明显; 但随冲击频率按比例增大, 塑性形变却越来越缓慢, 当冲击频率增大到一定值时, 将不再发生塑性变形, 显微组织结构的变化也越来越小。冲击频率是研究0Gr18Ni9Ti镍基涂层材料低应力多碰累积塑性变形机理的重要因素。

为了研究真空激光焊接TA2工业钛板时正离焦量对焊缝成形质量、显微组织和力学性能的影响，采用真空舱和大功率碟片激光器，在4.0×10-1 Pa的真空度下进行不同离焦量的焊接。结果表明：正离焦量可有效完成板材的焊接。在真空环境中，随着离焦量的增加，焊缝表面的成形质量提升，焊缝熔宽增加。离焦量的增加会导致光斑能量分散，因此当离焦量达到+4 mm 时，焊缝熔宽达到最大值，随后开始呈下降趋势。在不同的正离焦量下，焊缝与热影响区晶粒的尺寸、形式均不同，随着离焦量的增加，晶粒尺寸逐渐降低。0 mm离焦时，焊缝显微硬度提升1～2倍，在+4 mm和+8 mm的离焦量下，焊缝显微硬度无明显变化。使用8 mm的离焦量焊接时，焊缝的拉伸力和抗拉强度达到最大值，分别为57 759 N和292 N/mm。通过对正离焦量下真空焊接TA2工业钛板的研究，得出结论：使用+4～+8 mm的离焦量真空焊接TA2工业钛板，可得到综合性能较好的焊缝。这对其在船舶制造领域的应用具有重要的意义。

由于航空发动机叶片具有复杂的曲面结构，对服役过程中形成的微小裂纹检测带来了困难，文中采用超声红外热成像技术对航空发动机叶片裂纹实施检测，开展了超声红外热成像技术研究，搭建了超声红外热成像实验平台，并对实际服役过程中产生裂纹的航空发动机工作叶片进行检测。超声红外热成像结果与渗透检测、金相检测进行了对比；实验结果表明，对于该航空发动机工作叶片，超声红外热成像技术可以检测出 2个裂纹缺陷、1个开口缺陷，采用渗透检测仅检测出 1个裂纹缺陷，采用金相显微镜检测发现 2个裂纹缺陷，宽度分别约为 15 .m、0.5 .m，与超声红外热成像检测结果一致。对比结果表明超声红外热成像技术可以有效检测出航空发动机复杂曲面的叶片裂纹缺陷。