激光填丝焊是一种具有广泛应用领域的焊接工艺。针对现有旁送丝填焊工艺存在的不足,提出了光束中空、正向同轴送丝创新方案。利用所研制的光内同轴送丝焊接装置进行了焊接试验。结果表明,同轴送丝焊接具有光丝耦合姿态固定、热源对称、能量分布合理等突出优势。焊缝表面光滑平整,截面形状对称。焊缝质量各向同性,适用于一维和多维焊接。对变动激光功率、扫描速度和送丝速度进行了工艺试验,获得了一组优化的工艺参数。焊缝的扫描电镜(SEM)分析和拉伸试验表明,激光光内同轴送丝所获得的焊道组织致密、均匀,无气孔、夹渣等缺陷,是理想的激热激冷组织;焊缝与基材结合牢固,结合区无明显缺陷。

针对车用5052铝合金进行了高功率光纤激光搭接深熔焊试验研究,分析了光纤激光焊接的主要影响因素,并对接头组织和力学性能进行了测试。通过对车用铝合金光纤激光焊接特性的分析得出,传输光路的光纤芯径、板间间隙的大小、保护气体的种类和保护方式等对搭接接头形貌有着重要的影响。采用高功率光纤激光焊接时,速度快,熔池及热影响区(HAZ)窄。在适宜的焊接工艺参数下,光纤激光焊接接头上、下表面焊缝形貌平整连续;焊缝区显微硬度高于母材;接头抗拉伸强度高于抗拉剪强度,断口出现在搭接焊缝一侧的热影响区内,断口以韧窝形貌为主,属于以韧性断裂为主、脆性断裂为辅的混合断裂。

为解决飞机结构损伤激光在线快速修复过程中同轴送粉喷嘴气体保护效果不佳的问题,利用粒子图像测速(PIV)、烟雾流动显示技术和Fluent软件对喷嘴保护气体流场进行了研究。系统分析了喷嘴气流速度变化、侧吹气流速度对喷嘴气体冲击射流场的影响。结果表明,当喷嘴三个喷口气流速度接近一致时,湍流扩散区消失,流场稳定。当喷嘴中心气流速度小于外环气流速度时,工件表面出现旋涡,破坏了流场的稳定性。侧风对喷嘴气体保护范围影响较大,随着侧风速度增大,气流轴线偏离喷嘴轴线距离增大。当侧风速度超过喷嘴气流速度50%时,喷嘴保护气流混入空气,完全失去对金属熔池的保护。

以质量分数为54.51Ti-37.68Ni-7.81B4C粉末混合物为原料，利用激光熔覆技术在TA15钛合金基材表面制得了以外加未熔B4C颗粒及快速凝固“原位”生成硼化钛和碳化钛为增强相，以金属间化合物TiNi、Ti2Ni为基体的复合涂层。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段分析了涂层显微组织，并测试了涂层的二体磨粒磨损性能。结果表明，激光熔覆硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层硬度高、组织均匀并表现出优异的抗磨粒磨损性能。高硬度、高耐磨的B4C、硼化钛和碳化钛陶瓷增强相与高韧性TiNi/Ti2Ni金属间化合物基体的强韧结合是激光熔覆涂层优异耐磨性的主要原因，其磨损机理为轻微的显微切削和塑性变形。

采用压片预置式激光多层熔覆制备了厚纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数)涂层，研究了涂层的微观组织和结合性能，并分析了涂层厚度对结合强度的影响。结果表明，陶瓷涂层各层之间无明显界面，过渡缓和自然，涂层内部致密、连续，基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷；涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成，并且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区，另外晶粒尺寸表现为上小下大的梯度过渡特征。随着涂层厚度的增加，结合强度逐渐下降，其减小的趋势为先快后慢。厚度为175 μm的试样结合强度高于78.6 MPa，而厚度为350、525、700 μm的涂层结合强度分别为66.3、47.4、36.2 MPa。

利用光纤镜头和彩色工业摄像机实时采集激光切割厚板中切割点的图像，从彩色图像中分别选取蓝色、绿色和红色通道图像，分析各通道图像的特点和切割点的几何形状特征。首先以激光焦点在图像中的位置为中心建立坐标系，以x轴方向为起始，45°为间隔向8个方向搜索激光切割区域的边缘点，根据边缘点到坐标原点的距离信息确定激光切割方向和切割顶点；建立边缘识别用抛物线模型，根据边缘处存在灰度特征、梯度特征和方向特征设计识别目标函数，识别切割顶点两侧边缘，进而识别整个切割点处的几何形状。实验表明识别方法具有良好的适应性、准确性和实时性。

在水溶液中利用脉冲激光消融制备有机染料酞菁氧钒(VOPc)纳米颗粒，利用原子力显微镜(AFM)观测显示，在入射光总能量一定的前提下VOPc纳米颗粒的平均直径随脉冲能量密度的增大而变大。其纳米颗粒胶状水溶液的紫外可见(UV-Vis)吸收光谱显示，过长的激光消融时间并不能对纳米颗粒的产出提供持续贡献。纳米颗粒的再聚集直接影响了制备效率和制备所得纳米颗粒的尺寸，最终将和纳米颗粒的产出达到动态平衡，而水溶液中的疏水作用力是造成纳米颗粒再聚集的主要原因。

从理论上分析了抖动法锁相技术中性能评价函数对锁相效果的影响。研究发现，相干合成中获取性能评价函数的针孔光阑大小对锁相效果影响较大，随着针孔尺寸增大，性能评价函数的符号将会改变，取值也会产生较大变化。详细分析了光束阵列占空比、光束数目、单元光束尺寸和波长对最优评价函数的影响。分析表明，光束阵列占空比和阵列光束数目对正值最优评价函数对应的针孔尺寸影响较小，针孔直径取值范围为远场光斑中央主瓣宽度的0.7~0.8，单元光束光斑尺寸和波长不对最优针孔尺寸造成影响。负值最优评价函数对应的针孔尺寸随光束数目的增大近似呈线性增大趋势，占空比对其影响较小。

结合飞机起动机钛合金叶轮的修复需要，研究了Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr-0.23Si(TC11)钛合金激光熔化沉积修复工艺及界面的组织与力学性能。结果表明，激光熔化沉积TC11钛合金及界面重熔区具有典型的魏氏组织特征，基体热影响区组织逐渐由魏氏组织向双态组织过渡；激光熔化沉积TC11钛合金的抗拉强度高于界面过渡区及基体，而塑性稍低于基体。通过采用逐点熔化沉积的方法对叶轮受损叶片进行了修复，经加工检验后通过了超转试验考核，实现了装机应用。

利用CO2激光器对汽车用高强钢板作了大量的热应力成形试验，并对材料进行了相关的微观组织分析。在深入研究试件弯曲角变化规律的基础上，对激光热应力成形的工艺参数进行了合理优化，即在激光功率为1.5 kW、扫描次数为6次、扫描速度为1.2 m/min以及激光光斑直径为3.5 mm、面能量在20~45 J/mm2范围之间变化时热应力成形效果最好，提出了避免工件表面出现烧蚀现象的条件。试验结果表明，在试验参数的有效范围内激光扫描次数、扫描速度和材料宽度对试件弯曲角的影响趋于正比关系；光斑直径在较大或较小时呈现类线性关系；激光功率的影响呈明显的非线性特点，但在较小的情况下与弯曲角接近线性关系；接近材料表面