针对激光熔覆制备化妆棉模切刀具基体半径优选问题, 采用单因素试验方法, 研究圆柱基体半径对“曲面基体曲线轨迹”熔覆层形貌及内部质量的影响规律。结果表明：适当减小圆柱基体半径有利于改善熔覆层成形形貌, 改善表面粗糙程度；熔覆效率随圆柱基体半径增大呈减小趋势；熔覆层气孔率随圆柱基体半径增大而呈增大趋势；圆柱基体半径越大, 晶粒越细小, 分布越均匀, 相应的硬度越高, 熔覆层最高硬度可达基体的3.79倍；圆柱基体半径为40 mm时, 截面形貌、熔覆效率、气孔率及组织性能最佳。研究结果为化妆棉模切刀具等“曲面基体曲线轨迹”激光熔覆成形质量的研究提供了理论依据。

采用Nd:YAG激光器对硼磷合金铸铁缸套试样进行激光微孔加工。研究了激光能量密度, 脉冲次数, 重复频率和聚焦条件等参数对微坑几何形貌的作用规律, 采用3D共聚焦显微镜及扫描电镜观察分析了微坑表面形貌和尺度随激光参数的变化。发现随着激光能量密度和脉冲次数的增加, 微坑的直径和深度均逐渐增大, 但增大幅度随能量密度增加而逐渐减小; 微坑直径随激光重复频率的增加而减小, 随着负离焦量的增加而增加; 微坑深度随负离焦量呈先增加后减小的趋势。对激光辐照硼磷合金铸铁的烧蚀阈值进行计算, 在单脉冲辐照条件下硼磷合金铸铁的烧蚀阈值为8.4 J/cm2, 脉冲次数对材料的烧蚀阈值产生累积效应, 烧蚀阈值随脉冲数量增加而减小, 累积系数为0.87。

为了改善熔覆层几何形貌特征,研究了激光熔覆后残余应力的分布规律。以稀释率与宽高比为评价指标,基于响应曲面法开展了4因素(激光功率、扫描速度、送粉量、离焦量)、5水平中心复合设计矩阵试验。在单因素和多因素交互作用下,研究了熔覆参数对各响应值的影响规律。研究结果表明:扫描速度和离焦量对宽高比的影响最显著,离焦量和激光功率对稀释率的影响最显著,且激光功率和扫描速度的交互作用对稀释率存在影响。最后试验验证了预测模型的准确性。选取优化后的熔覆层形貌和工艺参数进行数值模拟,发现x方向的最大残余拉应力为532 MPa且位于熔覆层末端。在熔覆层纵剖面上,残余应力在沉积层及热影响区主要表现为拉应力;随着深度的增加,拉应力逐渐减小并在基体底部转变为压应力;在y方向上,由于成形件的形变,基材底面受到的是拉应力。

为了对激光直接金属沉积成形技术中不同参数进行规范，对Inconel 625球形合金粉末进行了激光直接金属沉积成形试验，对成形参数进行了无量纲化，得到了以接触角为几何形貌评价参数的加工图，并对工艺参数与单道沉积层几何形貌间的关系进行了分析讨论。结果表明，特征能量比为0.5~0.7时，粉末完全熔化且不造成能量剩余，沉积层呈现平滑的椭圆形;送粉速率是控制沉积层高度的首要因素，当送粉速率恒定时，激光功率对熔池深度影响较大。

采用机械振动辅助激光熔覆工艺在45钢表面制备了Fe55合金涂层，通过光学图像分析仪观察了熔覆层的几何形貌，结合AutoCAD 软件标注了涂层高度、宽度和熔覆角等几何特征参数，探讨了激光比能、振幅、频率等工艺参数对涂层熔覆角的影响，借助响应面分析法提供的二阶多项式构建了能明确表征熔覆角与激光比能、振幅、频率之间隐式关系的函数模型。结果表明，机械振动作用下激光熔覆层的熔覆角大于无机械振动的涂层。在相同激光比能和振幅条件下，频率200 Hz 比频率100 Hz 的熔覆角大，且在振幅为0.10 mm 时熔覆角最小。采用最小二乘法优化后的函数模型所计算的熔覆角优于现有几何模型计算值，更接近实际测量结果。

为了解决激光连接碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)/钢异质接头中的缩孔问题，采用光纤激光对GMW2钢板进行高速毛化试验，系统研究了激光功率、扫描速度、扫描长度和扫描次数对微凸起宽度和高度的影响，并利用高速摄像实时观察了毛化过程。结果表明，微凸起宽度与熔池宽度相当，增加激光功率或减小扫描速度将导致熔池宽度增加，微凸起宽度也将增加；而扫描长度和扫描次数不影响熔池的宽度，因此微凸起宽度也不发生变化。微凸起高度由蒸气压力、表面张力和液体动压力决定，激光功率增加将导致蒸气压力的增加和表面张力的减小，液态金属向熔池尾部流动的驱动力增大，适当地增加激光功率有利于微凸起的长高，但激光功率过高将产生大量飞溅，导致微凸起高度不稳定；随着扫描速度的增加，蒸气压力、表面张力和液体动压力都将发生变化，熔池液体流动的驱动力和阻力存在竞争关系，导致微凸起高度呈先增加后减小的趋势；扫描长度增加，蒸气压力水平分量增大，驱动力增加，微凸起高度逐渐增大。

针对送粉式激光熔覆的特点，基于生死单元法建立了一种可以同时计算瞬态温度场及熔覆层几何形貌的三维数值模型，模型中考虑了送粉过程中激光能量的衰减和粉末颗粒的温升。基于该模型对送粉式激光熔覆过程中的温度场分布和几何形貌特点进行了分析。结果表明，在熔覆开始较短时间后，工件的瞬态温度分布与熔覆层几何形貌基本保持稳定。进行了不同送粉速率下的送粉式激光熔覆试验，对比了熔覆层横截面几何形貌的试验结果和计算结果，熔覆层表面轮廓线与试验结果基本保持一致，熔覆层的宽度、高度和熔深与试验结果基本吻合，说明了所建立的激光熔覆层几何形貌计算模型的有效性和可靠性。

采用NdYAG脉冲激光对某发动机箱体主轴承座所用材料加工裂解槽。试验结果表明，激光热影响区组织得到细化，熔化区生成了细小的树枝状初晶和莱氏体，相变硬化区获得了隐针马氏体和残余奥氏体。X射线衍射(XRD)分析表明，熔化区碳浓度大于相变硬化区；裂解槽附近区域显微硬度均高于母材，硬化效果明显，熔化区显微硬度比相变硬化区高约260 HV；裂解槽硬化层随激光脉冲功率和脉冲宽度的增加而增大，随激光扫描速度的增加而减小，硬化层深度在0.232～0.625 mm之间；激光加工裂解槽为直缺口，灰铸铁的启裂和断裂效应明显。总结出激光功率、脉宽和加工速度等参数对裂解槽几何形貌的影响规律，并对工艺参数的选择提出了建议。

分别采用多模和低阶模的CO2激光束研究了激光模式对于Fe基合金激光熔覆层质量的影响.结果表明,相对于低阶模激光熔覆而言,多模激光熔覆层各个区域的外形较为平整,尤其是熔合区更为明显,激光模式不同对熔覆层的微观组织和硬度也有一定影响.