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。

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。

在施以超声振动的条件下进行熔覆实验的变搭接率实验,以弥补现有超声振动下激光熔覆实验搭接率选取较为单一的缺陷,并针对低搭接率的熔覆层进行进一步的性能探究。初始搭接率分别设定为33%,50%,66%,观察并比较33%低搭接率熔覆层与其他搭接率熔覆层的宏观样貌,随后在33%低搭接率下进一步进行不施加超声振动的对比实验。将对比实验样件用电火花切割后进行处理,观察2个切割试件的显微金相组织,并测评试件的硬度和耐磨性。结果表明,33%低搭接率下施加超声振动样件的熔覆道宏观样貌会出现波浪状条纹,而50%和66%搭接率下施加超声振动熔覆层宏观形貌平整无波纹。在33%低搭接率下对比添加超声振动与不添加超声振动试件的熔覆层质量,发现不施加超声振动的熔覆效果相对较好。该研究结果对超声振动下熔覆实验的搭接率选取具有一定参考意义。

为了研究激光技术应用于区分不同金相组织的可行性, 采用不同的热处理方法分别得到珠光体+铁素体和马氏体这两种不同的金相组织的钢样, 选择合适的激光脉冲能量, 对比分析了激光诱导击穿光谱的谱线强度与金相组织的关系, 用主成分分析法对不同金相组织进行了区分。结果表明,不同金相组织的谱线强度不同, 其中珠光体+铁素体组织的谱线强度较大, 基体元素Fe的谱线强度差异比合金元素Mn的谱线强度差异大;不同金相组织呈现一定分布特性, 主成分分析法能对不同金相组织进行区分, 其中在波长范围280nm~320nm内区分效果最好。该研究验证了激光技术具有区分不同金相组织的能力。