为了探究水束导引高功率激光的热损失问题, 调控水导高功率激光中水-光束耦合的热稳定性, 保证激光能量有效地传输至工件表面, 采用有限元方法建立水-光束耦合的数值模型, 利用射线追踪模拟不同入射激光功率、射流流速和直径时的水射流温度分布, 并通过实验数据验证模型的有效性, 对比了相同功率下连续激光与脉冲激光的温度分布。结果表明, 水射流的温度随着水-光束耦合长度增加而升高, 当入射激光功率增大、耦合腔压力降低以及射流直径减小时, 都会导致射流的温度升高, 严重影响射流的稳定性;由于水射流的冷却作用, 平均功率300 W的脉冲激光相较于连续激光, 温度相差约5 ℃。此研究结果为控制水导高功率激光中水-光束耦合的热效应、提高激光能量的传输效率提供了一定的参考。

为了研究水雾对激光加工碳纤维复合材料(CFRP)的影响，采用水雾辅助激光加工CFRP的方法，通过正交实验、多元线性回归分析和光学仪器进行了理论分析和实验验证，得到了水雾对激光加工CFRP的影响规律并优化了工艺参数。结果表明，随着喷嘴高度、喷嘴角度增加和气体压力减小，激光光斑直径逐渐减小; 随着喷嘴角度增加和气体压力减小，激光损失率逐渐减小,喷嘴高度对激光功率影响小; 当喷嘴角度50°、气体压力0.2 MPa和喷嘴高度为30 mm时，可以获得最大5.303的深宽比，此时激光损失率为1.473%; 建立的水雾参数与加工质量之间的经验公式可以预测切缝内部特征; 与气体辅助激光加工CFRP相比，水雾辅助激光加工CFRP可以获得更小的截面热影响区和更大的槽深。该研究可为激光低损伤加工CFRP提供参考。

为了探索不同冷却方式对激光加工的影响, 采用水、气体以及水气复合3种不同冷却方式辅助激光加工碳纤维复合材料进行了对比研究, 同时采用单因素实验研究了不同工艺条件对加工质量的影响, 并分析了作用机理。结果表明, 在3种冷却方式下, 热影响区、槽深均随着功率、频率的降低而降低, 随着扫描速率的增加而降低; 在相同工艺参数下, 水气复合辅助激光加工产生的热影响区最小, 气体辅助激光加工产生的热影响区次之, 水辅助激光加工产生的热影响区最大; 当激光功率为2250 W、频率为1200 Hz、速率为120 mm/s时, 水、气体以及水气复合 3种不同冷却方式的热影响区分别为378 μm, 283 μm, 196 μm, 槽深分别为401 μm, 789 μm, 647 μm; 采用水气复合辅助激光加工可以在加工过程中实现较好的冷热平衡, 获得最好的加工质量。该研究为更好地实现碳纤维复合材料低损伤加工提供了参考。

水-光耦合传输效率是实现水导激光可加工性的前提与效率保证。为了研究水导激光中水-光耦合传能规律, 得到较高的水束中激光功率传输效率和均匀的激光功率密度分布, 采用光线追迹原理及物理光学传播方法, 仿真分析了1064nm激光束聚焦后的光束特性及水-光耦合后水束中激光光斑分布形态, 并对不同水束长度下激光功率传输效率, 以及不同功率、压力和水束长度下激光功率密度分布情况进行了系统的实验检测分析。结果表明, 随着水束长度的减小, 1064nm激光在水束中功率传输效率越高, 在水束长度为20mm时, 激光功率传输效率可达63.6%; 激光功率的变化对水束中激光功率密度分布影响最大; 当激光功率不变时, 在水束稳定长度范围内水压的增大有利于水束中激光功率密度均匀化分布, 而耦合水束长度的减小可以提高激光传输效率。研究结果为提高水导激光中能量利用率有一定的指导意义。

为探索低功率激光焊接钢铝熔钎焊的可行性，采用光纤激光器以1 mm厚的6061铝合金和1.2 mm厚的DP600双相钢为试验对象，进行铝在上、钢在下的激光熔钎焊试验。研究了焊接速度和激光功率对焊接接头质量（焊缝成形性、微观组织和力学性能）的影响。结果表明：接头抗拉剪强度随着激光功率的增加和焊接速度的加快，均表现为先增大后减小，并在激光功率为405 W，焊接速度为5 mm/s的工艺参数下，焊接接头的抗拉剪强度达到最大值127 N/mm，金属间化合物厚度约为10 μm，断口为典型的解理断裂。该研究为提高激光焊接质量提供了一定的技术支持。

碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体两种材料复合而成, 因为两者的热性能参数差距较大, 直接在空气中进行激光加工碳纤维复合材料会出现如较大的热影响区、纤维膨胀、纤维拔出和切面材料分层等损伤问题, 所以在激光加工碳纤维复合材料中, 对其热损伤的控制成为关键问题。本文对激光复合加工碳纤维复合材料的国内外研究现状进行综述, 重点聚焦在气体辅助和水辅助下两种激光加工方法的优缺点, 最后对两种情况下的激光加工质量进行分析并总结规律。气体辅助下, 不同的气体类型、不同的气压, 光气同轴或旁轴辅助会带来不同的加工影响; 水辅助有水射流、水层和水导加工三种形式。本文通过总结气/液辅助激光加工碳纤维复合材料的机理, 以平衡碳纤维和基体吸收激光能量差异性为目标, 为碳纤维复合材料激光低损伤加工提供参考。

碳纤维增强复合材料（CFRP）因其优异的性能, 在航空航天、**等领域有着广阔的应用前景。为了掌握激光加工CFRP的去除机理, 研发出高效率、低损伤加工该材料的方法, 归纳整理了激光加工CFRP去除机理的研究成果, 并从激光特性、工艺参量、气液辅助、材料特性4个方面出发, 介绍了国内外激光加工CFRP的研究进展, 总结了影响激光加工CFRP质量的因素, 并给出了提高加工质量方法的建议,最后对激光加工CFRP的发展趋势进行了展望。

水导激光加工技术中，高质量光束对耦合效率起着关键性的作用。为了解决水-光耦合技术的难题，使水导激光加工技术更好地应用在具有高熔点和高硬脆性的材料的高精密度和低损伤等加工场合，提出自聚焦-球透镜组合聚焦模式和正-负轴棱锥镜组合聚焦模式，并与传统凸透镜聚焦模式进行对比分析。根据三种可适用性聚焦模式，推导相应的ABCD传输矩阵，仿真聚焦模式下的光束特性，并讨论不同聚焦模式下的工业化应用特点。仿真结果表明，正-负轴棱锥镜组合聚焦后的光束束腰半径最小，传统凸透镜聚焦模式聚焦后的光束发散角最小，且三种模式结构不同，都存在各自的优劣性。

适用于水导激光加工工艺的毛细带锥角喷嘴, 其内部流动状态复杂。为了获得喷嘴内部高度稳定水束, 采用有限元流体计算软件模拟分析的方法, 进行了适用于水导激光工艺的缩流型喷嘴内流场模拟分析和数值验证, 取得了生成高速稳定水束的参量数据。结果表明, 随着平面喷嘴入口压力逐渐增加, 毛细段长径比值减小, 流体进入喷嘴内部与毛细段壁面发生完全分离, 无明显的空化现象发生, 形成稳定光滑的缩流型水束, 喷嘴入口压力为50MPa时, 毛细管直径分别为0.128mm, 0.07mm, 0.03mm的喷嘴内部水束再附壁长度可达毛细管长度90%, 锥角管为10°时,经过锥角段的水束会再次附壁。模拟分析所得参量对水导激光缩流型喷嘴选取提供指导。

水辅助激光加工中, 水流状态对激光加工有重要影响。为了研究激光加工中不同水流状态对加工质量的影响, 文章建立带切槽的水射流冲击模型, 分析激光扫描方向与水流同向和反向对加工中流场造成的差异; 通过对比试验, 研究两种刻蚀方式对单晶硅切槽形貌和几何尺寸的影响, 并分析差异产生的机理。研究结果表明, 同向刻蚀模型中切槽截面中心上的总压强最小为2 941.970 Pa, 远大于反向刻蚀; 反向刻蚀模型在近壁面处的速度更大, 比同向刻蚀大3.104 m/s。反向刻蚀比同向刻蚀的槽宽小约13.500 μm且表面无熔渣堆积; 反向刻蚀槽深明显大于同向刻蚀, 并且此差距随激光功率增加而增加, 在激光功率15 W时最大相差127.773 μm; 反向刻蚀切槽上表面的平均面粗糙为0.158 μm, 更接近基材未加工区域的0.141 μm。模拟和实验的结果为进一步提高水射流辅助激光加工的切割质量提供了思路。