激光冲击强化是一种利用激光束对金属材料表面改性的表面强化技术，具有非接触、可控性强、强化效果突出等特点，在金属表面强化领域得到广泛应用。为更好地了解激光冲击强化技术发展现状和趋势，推动我国在该技术领域的科技研究和创新应用发展，基于Incopat专利数据库，对全球激光冲击强化专利的申请趋势、区域布局、创新主体、研究主题等进行多维度分析。研究发现：激光冲击强化技术正处于发展上升周期，美国、日本是该领域重要的创新主体；中国虽起步较晚，但发展迅速，尤其近几年专利数量逐渐占据主导地位，显示了强大的创新活力，但也存在研究主体集中在高校、科研院所，海外布局薄弱等问题。对此，提出了我国激光冲击强化技术的发展建议。

在WC粒径0.7～0.8 μm、质量分数91.5%～92.0%的Co-WC二元硬质合金上进行了恒定单脉冲能量下，不同填充间距和加工次数的皮秒脉冲激光加工工艺试验研究，发现在小于光斑宽度的填充间隔尺寸范围内，填充间隔增大，加工面呈现表面粗糙度降低的光整加工效果；填充间距减小，激光对材料的蚀除效果增加；加工次数越多，材料去除深度越大；加工次数持续增加，材料表面钝化失活，激光的蚀除作用减弱；通过对激光加工区域的残余应力检测，发现皮秒激光加工对硬质合金表面残余应力影响不明显；对硬质合金钻头副切削刃口进行脉冲激光刃口修磨，去除了砂轮修磨残留的微观缺口，获得了更好的刃口质量和前刀面表面质量。

表面镀金属薄膜的复合材料具有耐热、抗辐射和低膨胀率等特点, 是一种应用于航空航天、信息传导等领域中电磁波传输控制的高效透波材料。以复合材料基底不损伤为前提, 实现对特定金属覆膜结构的精准、低损剥离刻蚀是其发挥功能的必要条件。本文针对铝覆膜石英纤维复材结构的剥离刻蚀需求, 探索研究了超快飞秒激光扫描次数、光斑搭接、能量密度等关键参数对刻蚀结果的影响与表现。研究发现采用脉冲频率100 kHz、波长1 030 nm、脉宽480 fs的超快激光刻蚀时, 参数组合为：能量密度3.80 J/cm2,光斑搭接率60%,光束扫描次数为3次情况下, 可以实现基材纤维基本无损伤的铝膜刻蚀与剥离。上述研究结果可用于铝覆膜石英纤维复材结构件的低损激光刻蚀, 也可为其他类似结构的透波材料高质量超快激光加工提供研究思路和方法。

激光直接零部件标识(Laser Direct Part Marking)技术是一种在工业环境中证实可行,可实现高度自动化且绿色环保的标识技术,已经成为工业产品追溯中产品标识的首选手段。本文基于控制灵活、激光参数调节范围更大的MOPA(MOPA, 主控振荡器的功率放大器)激光标识设备, 按照ISO/IEC TR 29158条码技术标准, 开展激光加工参数(如激光峰值功率、激光单脉冲能量、激光功率、填充间隔、扫描速度等)对激光直接标识(Direct Marking, DM)码质量(如条码等级、对比度、打印伸缩等)影响的研究。通过优化激光加工参数, 实现了在AL2024材料表面标识高质量DM码的激光标识工艺。

采用不同波长皮秒激光器在碳纤维复合材料板材上进行制孔加工, 研究了不同波长(532, 355 nm)、扫描速度(3 000、3 500、4 000、4 500、5 000 mm/s)、加工缝宽(0.4、0.5、0.6 mm)对加工孔表面热影响区、孔锥度、加工时长等加工质量的影响。结果表明: 激光波长越短, 加工孔的表面质量越好, 热影响区越小。在5 mm厚的碳纤维板材上加工直径为3 mm的孔, 当激光波长为532 nm时, 加工孔边缘热影响区大小为200 μm; 当激光波长为355 nm时, 加工孔边缘热影响区大小为70 μm。在不影响加工效率的前提下, 一定范围内, 加工速度越大越好, 缝宽越小越好。当扫描速度为5 000 mm/s、加工缝宽为0.4 mm时, 表面孔边缘热影响区大小仅为33.8 μm, 其孔径上下表面差为184.1 μm, 均为以上所有参数条件下最好效果。

碳纤维复合材料(CFRP)是由碳纤维和基体组成的二相或多相结构, 具有非均质和各向异性, 且碳纤维的硬度很高, 采用传统的机械加工方式易出现如刀具磨损、复合材料分层、纤维破碎及加工后性能变差等问题。使用激光加工可以克服其技术方面所面临的各种困难, 但由于CFRP中碳纤维增强体在热膨胀系数、气化温度等热力学性能方面与基体存在相当大差异, 激光加工过程中易出现热影响区、纤维拔出、复合材料分层、纤维末端膨胀等热损伤缺陷, 严重影响CFRP的静态强度, 导致激光加工CFRP面临巨大挑战。综述了国内外降低激光加工碳纤维复合材料的研究现状, 通过采用短脉冲、短波长、重复频率高的激光光源, 以及提高加工速度、改进加工路径、一定压力的吹气等多种方法降低激光与材料的作用时间, 从而减少热效应。

采用皮秒激光在不锈钢表面加工形成了6种不同规则形态的微结构,这些微结构微观形貌呈现微米级类波纹状突起,突起表面分布有一个个纳米级的小微坑。加工区域元素的组成成分基本和基底一样,含量也接近,只有C元素含量有所增加,Fe元素含量有所降低。织构区域的摩擦系数普遍都比无织构区域小,无织构的不锈钢薄板摩擦系数在0.8～0.9之间,而织构过的表面摩擦系数明显降低,在0.1～0.2之间。摩擦系数均呈现出先爬升后稳定的变化,但织构表面相对未织构表面摩擦系数达到稳定状态的时间较短。织构表面摩擦系数在4 000～7 500 s时显著升高,表面微结构的减磨作用贡献结束。织构表面磨斑均比原始表面的磨斑宽,当摩擦方向垂直于织构表面,具有更好的减磨作用。

精密加工机床工作台的平面度是影响机床加工质量的重要因素, 是机床设计加工的关键指标, 其准确测量对指标校核有重要作用。从机床工作台平面度的测量需求出发, 提出了采用激光准直仪测量数据, 基于最小二乘法建立平面度的数学模型, 采用Matlab进行平面度的评定, 并且利用 Matlab的图形用户界面(GUI)环境设计了平面度计算软件, 提供了一套完整的平面度测量方法, 并且对动态变化条件下的平面度进行了测量分析。结果表明, 机床的工作台平面度在长期的工作中保持较高的精度, 保证加工需求。

采用皮秒激光器在301不锈钢薄板上进行表面微结构加工, 研究了不同激光功率(7.4, 24.3, 49.3 W)、加工速度(1 000, 1 500, 2 000, 2 500 mm/s)、重复次数(1, 5, 10, 15, 20, 25次)对表面刻槽宽度和深度以及形貌的影响。结果表明：随着激光功率的增加、加工速度的减小, 沟槽的宽度和深度随之增大, 热影响区增大, 沟槽边缘局部出现微小的熔融颗粒物; 随着加工重复次数的增加, 沟槽的宽度有明显提高, 但是深度却变化不明显, 当重复次数大于20次之后, 深度有了较高增加。同时, 研究了不同间距(10, 15, 20, 40, 100 μm)的条纹微结构对摩擦性能的影响, 结果表明：无织构的不锈钢片摩擦系数在0.8～0.9之间, 而织构过的表面摩擦系数明显的降低, 摩擦系数随着条纹间距的减小而减小, 尤其间距为10 μm的条纹织构使摩擦系数降到了0.1 左右, 效果显著; 且织构表面相对未织构表面摩擦系数达到稳定状态的时间较短。

采用连续光纤激光器在不同焊接速度下(分别是0.9、1.2、1.5 m/min)对1 mm厚的304不锈钢薄板进行直角拼焊，研究了焊接速度对焊缝形貌的影响。结果表明，焊接速度影响焊缝的表面形貌和平整度。当焊接速度为0.9 m/min时，焊缝形貌较为稳定，也更平坦，高低起伏最小，表面未见明显的夹杂物；随着焊接速度增大，焊缝表面起伏变大，可见较多尺寸较大的块状夹杂物。同时，光束沿与水平钢板呈45°角方向照射的焊接方式，能得到较圆滑、有较好弧度的焊缝。通过工艺试验，为激光焊接在不锈钢薄板外观件实际焊接应用提供工艺方法实验指导。