提出并试验研究多激光束与中轴热丝复合直接沉积(熔覆)相结合的新工艺。通过单道沉积试验发现热丝激光沉积效率高于冷丝激光沉积效率,且熔覆带与基板容易结合。使用热丝激光沉积技术进行扫描方向试验、单层多道搭接试验、薄壁沉积试验和实体沉积试验,结果表明:热丝激光沉积过程稳定且可持续,熔道表面光滑、均匀,无毛刺、球化等缺陷;试样沉积表面平整,不受扫描方向的影响;成功进行了长方体沉积成形试验,能够成形三维复杂结构。

阐述了半导体激光的特点及其在再制造领域中国内外应用现状、存在问题和发展趋势。半导体激光具有高效、轻量、金属高吸收率等特点, 有利于开发节能降耗、高柔性的激光再制造装备与工艺, 在再制造产业中有很大的发展潜力。目前, 高功率半导体激光器已经逐步走入市场, 半导体激光已经在国内外再制造产业中得到应用, 以机器人作为执行机构的移动式半导体激光再制造装备与工艺也已经开始应用。半导体激光器的功率还有很大的提升空间, 光学整形、光纤耦合等技术还在不断发展, 与再制造工艺相关的机器人技术问题也在大力研究, 多种材料的熔覆理论与工艺问题不断得到解决, 过程检测控制理论技术也在继续攻关。未来的半导体激光再制造技术将突破工件的大小、形状、材质等多方面的制约, 迈上一个新的台阶, 在更深、更广的空间中应用和发展。

应用FLUENT软件的离散相模块建立了激光熔覆中气体-粉末流的二维模型，研究了保护气和输送气流量及送粉量对粉末流浓度场和速度场的分布规律的影响以及对粉末流发散角和焦点的影响。计算结果表明：随着输送气流量的增大，粉末流速度增加，粉末流发散角逐渐减小；送粉量增加，焦点略微下移，焦点处粉末流浓度值增大。在相同的工艺参数下，使用单反相机拍摄粉末流分布，结果表明试验与计算结果基本吻合。

提出了一种计算大型、具有复杂曲面的汽车覆盖件冲压模具应力的计算方法, 并预测模具的失效部位, 对模具表面进行激光强化处理。所提出的方法解决了在通用有限元软件中模具为变形体所造成的计算应力不准确的问题。首先通过冲压软件DYNAFORM模拟板料的成型过程, 计算得到了板料上每个节点的位移, 然后将该位移作为位移载荷施加于模具之上, 在ABAQUS中计算得到冲压时模具表面所受到的应力。计算得到的应力值超过模具材料许用拉应力所在的区域为模具失效区域, 与模具实际磨损失效的区域位置分布及形状一致。

对纯镍同轴送粉激光熔覆过程中宏观温度场与熔池底部微观组织生长进行了二维耦合模拟计算。首先利用标志变量法计算因粉末的加入而产生的边界动态改变，进行宏观温度场模拟，再取熔池底部一宏观单元进行网格细化，作为微观模拟区域，并通过插值计算获得微观模拟区域的初始温度条件，同时在计算中用宏观单元温度实时修正微观计算区域温度边界条件。在微观区域底部设置晶核，确定相场初始条件，并采用相场法进行微观区域的相场、温度场耦合计算，获得微观组织形貌。最后进行试验，在镍板基底上熔覆镍粉，模拟所得微观组织形貌与试验所得基本吻合，验证了模拟结果的正确性。

为了研究激光淬火过程中工件加工质量，研制了一套新型激光淬火动态检测系统。采用CCD实时采集淬火过程红外热辐射图像数据，通过合理选择CCD型号，消除了检测过程中图像过饱和现象。计算机图像处理将彩色图像转换为灰度图像，并对灰度图像进行伪彩色处理和阈值分割处理，获得了加工过程中硬化带宽度数据，设计出实时检测软件系统。结果表明，该检测系统能够较准确地实时检测激光表面淬火过程中硬化带宽度，为激光淬火质量控制奠定了基础。

为了研究激光熔覆熔池尺寸，采用CCD摄像机和VISUAL C++平台自主开发的图像处理软件，建立了一套针对激光熔覆熔池宽度的在线检测系统，提取了熔池边缘和几何特征参量，通过标定试验测定系统的校正系数，在线获取了熔覆层的宽度。结果表明，该系统能比较准确地实现熔池宽度的在线检测，为实时检测激光熔覆熔池表面质量提供了一个有效的工具。

为了简单快速地得到激光表面淬火的硬化深度, 利用激光加热过程中的半无限体表面点热源热扩散公式, 在分析激光表面淬火相变硬化基本规律的基础上, 对激光表面淬火硬化层深度的解析计算公式进行了推导和试验验证, 并取得了较为理想的数据。结果表明, 在现有试验条件下该计算方法是高效和正确的。

采用反向传播（BP）神经网络和粒子群算法相结合的方法对激光熔覆过程的工艺参数进行优化。运用BP神经网络建立熔覆带特征(熔覆带高度、熔覆带宽度)与熔覆工艺参数之间的预测模型，利用训练样本对所建立的网络进行训练，形成输入与输出之间的高度映射关系，在此基础上，使用粒子群优化算法对工艺参数进行寻优。试验结果表明，使用该方法优化得到的工艺参数进行加工获得的结果与预期结果有较小的误差，有利于获得预期的熔覆质量。

采用商业有限元软件ProCAST, 建立了激光相变硬化温度场的3维数值模拟模型, 对球墨铸铁QT600-3进行激光相变硬化的数值模拟研究, 计算了表面淬火的温度场, 根据温度场预测了硬化层的深度和宽度。激光功率在800～1 000 W之间, 激光扫描速度在2.000～2.667 mm/s之间, 光斑直径在4～5 mm之间时, 计算得到的硬化层深度在0.20～0.64 mm之间, 硬化层宽度在2.0～3.7 mm之间。球墨铸铁数值模拟结果与试验基本吻合, 两者变化趋势一致。