根据六届国际激光与光电子学应用会议和三届中国全国激光加工学术会议报告论文的统计数据, 归纳总结出国际激光宏观材料加工的15个主导研究领域和激光微纳加工的7个主导研究领域。根据1247篇国际会议论文和231篇国内会议论文在22个主导研究领域的分布, 得出国际激光宏观加工的5个研究热点方向和激光微纳加工的4个研究热点方向。中国激光材料加工研究已覆盖国际激光材料加工研究的大部分主导研究领域, 中国在激光表面强化特别是激光熔覆方面的大量深入研究已形成优势; 中国在新型激光器和激光微纳加工领域的研究尚显薄弱, 需要加强。

通过对激光切割取代冲孔和修边模具，车身**过程中激光焊接取代电阻点焊，以及车身不同部位不同厚度覆盖件的激光焊接的研究，展示了激光制造技术在汽车制造领域中的优势。 介绍了激光宽带熔覆技术，与传统粉末冶金烧结工艺相对比，该激光制造短流程工艺不仅能够提高生产率、缩短制造工艺流程，而且能够降低成本、节约能源。

激光制造同轴粉末/载流气体两相流中存在动量、质量和能量传输等物理过程，它们直接决定激光制造的质量和精度。 重点报道国内外粉末流中动量和质量输运方面的综合研究结果：提出了激光同轴送粉二相流物理模型;根据气体/固体两相流理论建立了动量质量传输方程,开发了基于FLUENT的计算机模拟专用软件; 建立了基于DPIV(Digital Particle Image Velocimetry)的气体/金属粉末两相流的速度场和浓度场检测方法，开发了图像处理专用软件; 完成了气体/金属粉末两相流的速度场和浓度场的数值模拟和试验检测。结果表明：理论模拟和试验检测结果基本一致。

激光-电弧复合焊技术是一种具有较好工业应用前景的新技术，目前已经引起了国内外研究人员的重视。激光-电弧复合焊接将两种物理性质和能量传输机制截然不同的热源复合在一起，实现优势互补，提高焊接效率和质量。结合作者的研究工作，概括了激光-电弧复合焊接中激光与电弧相互作用、熔滴过渡特性、小孔和熔池动态行为、复合焊接工艺技术及应用等方面的最新研究进展。

介绍了硬脆性陶瓷激光切割技术研究的若干新进展，着重从工艺角度系统地分析总结了激光加工陶瓷减少热损伤的4 大类型：传统工艺的优化参数法、多道切割法、应力引导控制裂纹切割法以及辅助切割法。结合实际研究经验，针对陶瓷不同薄厚类型及三维切割需求，提出了目前该技术所需解决的主要问题及相关思考。

二次电池，尤其是无毒、无污染的绿色二次电池，在全球有很大的需求。在其制造过程中，为了保障生产速度、质量以及产品的一致性，必须配备自动化程度很高的流水作业生产线。其中电池的外壳密封、电池正极的焊接以及安全阀的制作等多道工序均需使用激光焊接技术，因而在二次电池制造过程中的各种激光自动焊接技术也应运而生。总结了目前国内外多种电池激光自动焊接技术的原理、研究进展、工艺方法以及关键部件的软硬件设计，并指出了一些目前存在待解决的问题，讨论了今后需要改进和发展的方向。

激光表面熔覆制备纳米结构涂层是一种新型的纳米表面涂层技术。综述了国内外近年来激光熔覆制备纳米结构涂层的研究进展。从熔覆对象的角度介绍了激光熔覆制备纳米结构涂层的主要技术，熔覆对象可分为纳米粉末和预制纳米结构涂层。而纳米粉末主要有纯纳米粉末、纳米/微米混合粉末和构造纳米粉末等; 预制纳米结构涂层可分为热喷涂纳米结构涂层、纳米复合镀层以及溶胶-凝胶(sol-gel)纳米结构涂层等。阐述了激光熔覆制备纳米结构涂层存在的主要问题，并提出了当前的主要发展趋势：激光熔覆原位生成纳米结构涂层、激光熔覆纳米/微米构造复合粉末以及激光熔覆制备纳米结构涂层过程的数值模拟等。

采用激光加热基座生长法(LHPG)生长出直径1.1 mm、长数厘米的Ta2O5单晶。对所生长晶体进行了XRD表征，测量了该晶体在 [001] 和 [110] 方向上介电系数和介电损耗随温度的变化。Ta2O5晶体表现出很强的介电各向异性，室温、1 MHz频率下，[001] 方向介电系数为33.1，而[110]方向介电系数为231.9。对采用LHPG技术生长的Ta2O5单晶介电增强的原因进行了讨论。

激光选区烧结成形(SLS)技术是自下而上通过添加材料来成形的加成技术，它是不同于传统的自上而下的材料去除方式的机械加工方法。然而目前还没有一种将材料去除与加成相结合的激光加工成形技术。在研究激光与粉末材料相互作用时观察到粉末材料被气化的同时，激光光束周围的粉末被烧结的现象，利用这一现象探讨了激光气化烧结成形(LVS)的新方法，它既利用激光将粉末材料气化去除，同时又利用激光将粉末烧结加成在一起，形成所需的形状。该技术在制备、成形微型薄壁件时有独特的优势，薄壁的厚度由数个粉末颗粒组成，有望在激光烧结粉末微成形领域得到广泛应用。

采用激光熔注(LMI)技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料(MMC)层，对其形成机制进行了研究。研究结果表明，WC颗粒在复合材料层中的分布与其初始速度v0、穿越熔池表面最小临界速度vmin以及熔池粘度η有关。由于WC陶瓷颗粒密度大，在激光熔注过程中具有较高的动能，熔池粘度不再是决定梯度复合材料层形成的关键因素。对于WC/Ti材料体系，熔池凝固前沿是形成WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层的重要因素，复合材料层不同深度范围内WC颗粒的数量由这一深度熔池凝固前沿长度所决定。WC颗粒注入位置对其在复合材料层中的分布有很大影响。在WC颗粒由熔池后部“拖尾”注入的情况下，该区域熔池深度较浅，WC颗粒遇到的熔池凝固前沿位于较高的位置，大多数WC颗粒被“冻结”在复合材料层的上部，进而形成了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层。

采用预涂粉末激光熔覆技术, 在A3钢表面成功制备出原位生成VC-VB-B4C复合颗粒增强的镍基复合涂层。使用扫描电镜(SEM), EDS能谱和X射线衍射(XRD)对熔覆层的显微组织和物相构成进行了分析, 并对熔覆层进行了硬度、摩擦性能测试。结果表明, 原位生成VC-VB-B4C复合颗粒增强镍基复合涂层与基材呈冶金结合。熔覆层底部组织为定向生长的γ(Ni)树枝晶, 熔覆层中、上部组织为大量先共晶析出的VC-VB-B4C颗粒相和Cr3C2条状相均匀分布于γ(Ni)基体中。熔覆层具有高的硬度(平均硬度HV0.31350)和良好的耐磨性, 其磨损失重仅为纯Ni60熔覆层的1/3。熔覆层硬度和耐磨性的提高归因于大量VC-VB-B4C复合颗粒的形成及其在涂层中的均匀分布。

激光束的光强分布以及光斑形状对激光热处理硬化层性能影响极大，一般要求光强均布的矩形光斑或宽带光斑; 但是光强均布的激光束不一定产生均匀的硬化层，目前的激光热处理光束优化装置得到的是中间厚，两边薄的月牙形分布硬化层。为了改善激光热处理硬化层分布的均匀性，在分析国内外激光热处理光束优化系统研究现状及存在问题的基础上，提出了光束优化系统的两种方案，激光扫描环形光斑和线形光斑。建立了两种光斑温度场的数学模型，模拟了温度场分布。从理论上说明了两种方案能够改善激光热处理硬化层分布均匀性。

激光喷丸强化(LSP)是一种基于冲击波力效应的非传统抗疲劳制造技术，目前关于激光喷丸强化的研究大多集中在机制和实验上。由于激光冲击过程是一个复杂的热力耦合过程，涉及的因素较多，实验方法难于全面理解各种参数对激光喷丸效果的关联影响。介绍了典型的激光喷丸强化过程的数字化分析方法，以有限元分析工具ABAQUS和MSC.Fatigue为平台，通过编制激光冲击波加载模块，解决了数据流传递中的接口问题。以2024-T3航空铝合金试样为例，对激光喷丸强化过程中激光冲击波的传播、残余应力大小以及疲劳特性行为等进行了数值分析，并对激光喷丸强化的疲劳寿命进行了预测，建立起了激光冲击波压力－残余应力－疲劳寿命之间的数字化分析方法，实现了激光喷丸过程和喷丸效果评价的可视化。

采用横流CO2激光器在TC4合金表面熔覆NiCrBSiC合金涂层，探讨了激光熔覆工艺参数对涂层稀释率和微观结构的影响。结果表明，在激光功率密度和辐照时间相同的条件下，大直径(D=6 mm)光斑热源能获得更深的基体熔化深度，涂层的稀释率较高，涂层中的强化相主要为TiB2和TiC相; 小直径(D=3 mm)光斑热源基体熔化深度较浅，涂层的稀释率较低，涂层中的强化相为CrB以及少量的M23(CB)6和TiC相。

根据红外激光划痕时在涂层表面产生的温度场的理论分析，找出涂层界面失效破坏的临界位置。在实验研究中，分析红外热成像仪对激光划痕涂层的实时温度检测结果，表明在涂层逐渐失效破坏的过程中，其表面的温度状况呈现出与理论分析结果相一致的两阶段的变化，进而说明了温度变化的转折点即是该涂层从基体脱落下来的临界位置; 并通过计算得知，该涂层临界脱落点对应的激光辐射功率大约为31.92 W，这一结果直接反映了该涂层与基体结合强度的情况。

镁合金由于密度小、比强度高、良好的导电和导热性而成为工业结构工程和运输工具中非常有应用前景的工程材料。但由于镁合金的耐磨性差，成为阻碍镁合金应用与汽车工业或其他工程部件中作为转动部件的一大障碍。为提高镁合金的表面耐磨性，各种表面处理技术应运而生。其中激光表面改性处理技术比较引人瞩目。为提高镁合金的表面耐磨性，采用激光熔覆纳米Al2O3颗粒的办法对ZM5镁合金进行了表面改性处理。激光改性是采用500 W脉冲Nd∶YAG熔化预置在ZM5表面的纳米三氧化二铝进行处理的。激光熔覆后，对改性层的显微结构进行了分析。同时对显微硬度与激光加工参数之间的关系以及耐磨性均进行了测试。改性层的显微硬度可以高达350 HV，而基材的显微硬度只有100 HV。激光改性处理层的耐磨性与基材相比也得到了显著的提高。

激光技术; 激光熔覆; 复合涂层; 微观组织; 机制

对脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了实验与仿真研究。采用输出脉宽为10 μs的脉冲CO2激光器对K9玻璃样品进行激光损伤实验，并且建立了脉冲CO2激光损伤K9玻璃的理论模型，利用有限元法对K9玻璃样品中的温度和应力分布进行数值分析。研究表明， K9玻璃的损伤阈值为6.533 J/cm2; 入射激光能量密度越高，样品的损伤程度就越大，并且多脉冲对样品的损伤程度明显大于单脉冲; 在激光能量较强的情况下，K9玻璃表面在光斑区域内形成熔融损伤和由压缩应力造成的应力损伤，在光斑区域外围则形成由环向拉伸应力造成的应力损伤，仿真分析结果与实验结果吻合良好。

用Rofin-Sinar CW025 YAG激光设备，采用同步送粉的方式进行自熔性Ni-Cr-B-Si合金粉末的激光熔覆，获得了无气孔和裂纹缺陷的熔覆层。借助扫描电子显微镜(SEM,LEO 1450)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相分析。研究结果表明，激光熔覆层与C86300铜合金基体实现了良好的冶金结合，激光熔覆层组织主要是γ-Ni,Cr7C3,Ni2B,Ni3B以及少量CrB2和Cr3Si，并且实现了主要元素(Cr,Fe,Ni,Cu和Zn)从基体到熔覆层的梯度分布。

为了提高AISI321不锈钢的耐磨性，采用激光表面合金化技术在AISI321不锈钢表面制备了TiC增强复合材料涂层,利用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及显微硬度计、滑动磨损试验机对激光表面合金复合材料涂层的微观组织、显微硬度和耐磨性进行研究。结果表明，复合材料涂层与基体形成良好的冶金结合，微观组织细小、均匀; 复合材料涂层硬度达400HV，约为基体的2.5倍; 在室温油润滑条件下，滑动磨损试验表明复合材料涂层摩擦系数和失重均小于基体，磨损表面划痕较浅且平滑，无明显的犁沟、粘着、剥落现象; 激光表面合金化显著提高了材料的耐磨性。

利用Nd:YAG脉冲激光作为焊接热源，对殷钢材料Invar36进行了对焊实验，分析了工艺参数(激光功率、焊接速度、脉冲宽度和离焦量)变化对焊缝的表面形貌、熔宽以及熔透性的影响。对2 mm厚度的殷钢对焊接头的硬度变化进行了检测，同时对比分析了焊缝和基体的金相组织。结果表明,激光功率和脉宽是影响焊缝熔深、熔宽和热影响区大小的主要因素，激光焊接速度的选择范围相对较小，离焦量主要影响焊缝的宽度和熔透性，焊缝的组织成分没有发生明显变化，显微硬度略低于基体，焊缝处的金相组织为奥氏体柱状晶,并且呈现奥氏体晶粒粗化现象。

应用光谱分析法测量激光焊接光致等离子体的温度场是激光焊接光致等离子体测量技术中的难点。采用基于快速傅里叶变换(FFT)和汉克耳变换的阿贝尔逆变换数值方法，研究出一种等离子体二维温度场分布的数据处理方法，并进行了计算精度分析。利用该数据处理方法，在取样点为41个的时候，得到的标准误差e大约为3.23×10-2。同时，进行了焊接试验，采用多通道光谱仪观测孔外光致等离子体，利用所提出的新方法实现了试验数据的处理，获得激光焊接孔外等离子体的温度场。计算得出的温度场呈相对于光束中心的四周低中间高的趋势。

采用双束CO2激光进行了铝合金双光束焊接工艺试验，研究了双光束并行与串行排列两种模式焊接时的焊缝成形、气孔含量及接头强度等焊接特性，同时分别从同轴、旁轴两个方向监测了双光束焊接过程中熔池表面形态与等离子体特征，并与传统单束激光焊进行了对比分析。试验结果证明，双光束焊接过程等离子体更加稳定，尺寸也更小，因而获得了很好的焊缝成形与接头性能。相比而言，双光束并行焊接获得的焊缝性能更优，但会一定程度降低焊接熔深。

建立了自由射流模型，采用了可压缩流体轴对称N-S方程和RNG k-ε模型，重点分析了出流为欠膨胀波时的马赫盘(MSD)结构。对出口静压为6.145×105 Pa的自由喷射外流场进行数值仿真，描述了不同出口马赫数时的射流场结构，分析了马赫盘与喷嘴出口马赫数之间的关系，揭示了随着出口马赫数的增加，马赫盘的宽度呈现出收敛趋势，表明超音速喷嘴设计在保证常用工作压力时不出现过膨胀的情况下应适当提高出口马赫数。揭示了实际切割过程中，随着出口马赫数不断增大，马赫盘将收敛于一固定位置。对求解模型进行流场可视化对比验证，证明了仿真结果的准确性和结论分析的有效性。

采用CO2激光器，在填加和不填加合金粉末两种条件下，进行了不等厚铝合金(5A02,5A06)薄板的激光拼焊，研究了影响焊接过程稳定性和焊缝成形性能的主要因素，并用有限元方法(FEA)对焊接过程的温度场和应力场进行数值模拟，分析了拼焊板的残余应力分布和变形特点。试验结果表明,镁含量较高的铝合金对激光束的吸收率高，因此达到稳定深熔焊的临界功率密度较低，容易获得稳定的深熔焊过程;填粉能提高铝合金对激光的吸收率，使激光焊接中等离子体更加稳定，使焊接过程更趋稳定，更易得到成形优良的焊缝。模拟结果表明，不等厚铝合金板激光拼焊的温度场不对称，不等厚板的残余应力场和应变场也分布不对称，薄板上残余拉应力范围比厚板大，薄板整体变形大于厚板且比厚板复杂。

使用ANSYS软件，建立了使用激光透射焊接技术焊接透明聚氯乙烯(PVC)的三维有限元热分析模型，利用APDL编程实现高斯型热源的动态加载，得到了温度场的分布; 进一步分析了焊接速度、激光平均功率和光斑直径等工艺参数对焊接质量的影响，并计算出焊缝宽度。结果表明，随着焊接速度的增加，焊缝区域的最高温度逐渐降低，焊缝宽度逐渐减小;当激光平均功率增大时，焊缝区域的最高温度增高，焊缝宽度增大;而当光斑直径增大时，焊缝宽度增大，但焊缝处的最高温度有所下降。焊缝宽度计算值与实验测量值相比，二者比较吻合。

为了寻求更加有效的激光切割玻璃的方法，提高玻璃的切割质量，在激光热应力切割玻璃的基本原理的基础上，比较了单束聚焦CO2激光与单束非聚焦CO2激光切割玻璃的优劣，提出了双束CO2激光热应力切割的方法。先用一束低功率聚焦的CO2激光在玻璃表面划线，而后用非聚焦的CO2激光沿着该划线进行扫描，在热应力的作用下使玻璃沿着该划线分离，从而实现玻璃的切割。实验分析了单束和双束CO2激光热应力切割玻璃的切割效果。结果表明，相对于单束CO2激光切割的方法，利用双束CO2激光进行玻璃的切割，既可以保证切缝沿既定方向扩展又可以提高切面的光洁度，是一种比较理想的玻璃切割方法。

基于几何曲率方法，针对AISI304L不锈钢金属直管的激光平面弯曲成形和三维空间弯曲成形进行了路径规划的研究。对平面内弯曲成形，根据目标管形的极值点和拐点将管材分段，取极值点作为路径规划的初始位置，对各分段采用不同的扫描间距以确定加热扫描路径。对三维空间弯曲成形，采用投影分解的方法，把三维成形曲面投影分解为两个二维曲面，分别获取扫描路径和工艺参数，然后组合与简化，获取三维弯曲成形的扫描路径。实验采用Nd∶YAG固体激光器，以平面内正弦曲面弯曲和空间螺旋管弯曲两种形式为例，作为目标形状进行扫描路径规划与实验验证，扫描弯曲结果证明了扫描路径规划方法的有效性。

为了方便、快速、低成本地检测样品，提出一种内嵌光纤型微流控芯片的制备方法。利用248 nm的KrF准分子激光在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上进行微加工，构建芯片结构，并嵌入腐蚀过的直径35 μm的单模光纤，从而形成内嵌光纤型芯片。探讨了准分子激光加工参数以及嵌入光纤的方法。结果表明，用准分子激光加工芯片，可控性好、简便可靠、加工过程可实现无人化。内嵌光纤实现了光纤的相互对准以及光纤对流道中央的对准，可以灵敏地获取样品的光学信号。

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。

为说明激光直接金属堆积(DMD)成形件的组织与性能特点，进行了2Cr13不锈钢粉末的直接成形实验研究。检测了不同工艺参数组合下单道熔覆、多道搭接和多层堆积的显微组织形貌，测试了2Cr13零件的硬度、耐磨损、拉伸和残余应力等性能。研究表明，单道熔覆的典型组织有柱状、胞状枝晶和等轴晶三种，其相互转化由温度梯度和凝固速率所决定; 由于粉末实时供给，搭接区与预置熔覆有很大不同; 多层堆积枝晶生长表现出一定倾斜性，受扫描方式影响较大; 不同工艺参数下，熔覆层平均硬度为300～550 HV0.2; 当组织为细化的树枝晶时，成形件耐磨损性能可比调质态2Cr13提高一倍以上; 成形件的平均抗拉强度比调质态2Cr13提高30%; 直薄壁墙零件不同位置处残余应力不同，但残余应力水平较低。

针对激光加工存在再铸层、热影响区(HAZ)的致命缺陷，提出了中性盐溶液辅助激光加工(SALM)方法，利用中性盐溶液对材料的热化学作用和持续冷却作用在线去除再铸层和热影响区。基于激光在中性盐溶液下衰减的特性研制了试验系统,并对0.5 mm厚的不锈钢片进行了打孔试验，通过对该方法与空气中激光打孔(LBM)加工效果的比较，证实了中性盐溶液辅助激光加工的可行性。试验结果表明, 随着盐溶液浓度及流速的增加，中性盐溶液辅助激光加工对于再铸层和热影响区的去除效果越明显; 流速5 m/s,质量分数为20%的NaCl溶液辅助激光加工可实现再铸层的厚度减少80%，热影响区的范围缩小90%以上。

针对大功率激光加工对光束空间强度分布的实际要求，提出了一种用二元光学元件对光束进行变换的方法，即利用均匀采样的矩形孔径Dammann光栅对激光高斯光束进行光束变换，可满足任意点阵分布的输出要求。以线状、均匀、环状和非均匀分布的光强输出为例，介绍了矩形孔径Dammann光栅光束变换技术的设计原理及实现方法，结果表明输出光强分布具有较高的衍射效率和均匀性。将均匀和非均匀分布的输出光束应用在激光加工技术的表面强化上，结果表明试样表面的硬度和耐磨性等力学性能均有提高并且强化层具有较好的均匀性。

报道了一种符合工业应用的国产化大功率固体激光加工系统。大功率连续Nd∶YAG激光器采用对称放置方式四棒串接谐振腔，得到大于2100 W的稳定功率输出, 光束参数积24 mm·mard, 系统总光电转换效率达到3.5 %; 激光器的输出激光采用芯径600 μm的光纤传输。对激光加工系统的关键问题进行了分析, 包括大功率固体激光器在保证光束质量的条件下大功率输出、高效率光纤耦合输出、适应加工要求的控制系统等。研制的系统在实际应用中表明：加工系统稳定、可靠, 操作方便, 可与机械手、机床等外设联接, 满足工业应用的要求。

介绍了一种大功率激光加工用新型宽带光斑成形抛物面镜的设计原理和实验结果。根据几何光学原理，采用光线追迹的方法对该抛物面镜的光斑进行分析，证明通过抛物面镜反射聚焦后，能够将原始圆形激光束整形为光强分布均匀的窄条形光斑。并利用该新型抛物面镜及横流CO2激光器，对45#钢进行了激光相变硬化研究，测量了淬火带尺寸和淬硬层深度，并对硬化层形貌及其金相组织进行了观察和分析。结果表明，当激光器输出功率为3 kW，窄条光斑长度12 mm，扫描速度15 mm/s时，该45#钢淬硬层硬度值可达540～580 HV0.3，是非淬硬层的3.5～4倍。淬硬层深度约为1 mm，单道淬火宽度10 mm以上，硬化层分布均匀。