铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。

利用波长为1070 nm,最高输出功率为6 kW的连续式光纤激光器,采用激光点焊技术,对TC4钛合金/5052铝合金异种金属连接进行工艺特性研究。结果表明,相同离焦量条件下,激光功率较小时,焊接过程中钛/铝接头会形成双熔池,焊后下部铝合金出现缩孔,并有气孔和裂纹产生;增大激光功率,钛熔化量增加,液相钛流入焊缝形成钉扎状结构,边缘处钛铝相互扩散反应,生成近钛侧的TiAl₂相和近铝侧的TiAl₃相;未流入熔合区的钛/铝界面生成TiAl₃金属间化合物层,且随激光功率的增加,钛-铝反应层增厚。当离焦量小于+50 mm时,接头强度随激光功率的增大先增大后减小,最大断裂载荷不足3000 N;采用+50 mm离焦量时,随激光功率的变化,接头强度出现两个峰值,失效位置分别位于接头界面及铝合金母材处,断裂形式为准解理断裂和韧性断裂,最大断裂载荷达到3571 N。

采用激光-电弧复合焊的方法焊接了HG785D高强钢, 研究了不同热源顺序下激光功率和送丝速度对焊接过程的影响。观察了复合焊过程中等离子体的动态变化, 并获取了不同热源顺序下等离子体的电子温度和电子密度, 揭示了焊接过程热源耦合机理。结果表明, 随着激光功率的增大, 焊缝熔深先减小后增大；随着送丝速度的增大, 焊缝熔深逐渐减小。相较于电弧先导, 激光先导等离子体的体积较大且电子温度较高, 焊缝熔深较大, 同时接头的抗拉强度较大, 但塑性较弱, 且接头各区域的显微硬度较大。

探究了使用同轴送粉激光直接沉积增材制造方法制造18Ni(300)马氏体时效钢零件的可行性。采用正交实验设计, 分析了不同工艺参数对单道成形的影响, 发现扫描速度、送粉速率、激光功率对稀释率的影响较大。在单道多层试验中发现在合适的参数下18Ni(300)能获得良好的外观成形, 但内部仍然容易出现非致密性缺陷。激光直接沉积制造过程的高冷却速率使得晶粒最小可以达到8 μm, 晶粒生长方向大致与散热方向相同, 但在层间位置存在晶粒转向区, 而在顶部存在柱状晶/等轴晶转变区。在扫描电镜下发现由于加工过程中热循环的特点, 先沉积层出现了析出相造成了硬度值的变化。硬度试验发现, 越靠近基材的硬度值越高, 最高可达358 HV。

在激光增材制造过程中, 光致等离子体的辐射强度、温度及电子密度对入射激光能量的传输效率及增材的成形质量、组织性能都有很大影响, 对光致等离子体进行分析具有重要意义。使用光纤光谱仪建立了同轴送粉金属直接沉积的光谱采集系统, 采用光谱诊断分析方法对不同工艺参数下的等离子体温度和电子密度进行计算, 得出激光增材制造过程中不同实验条件下, 激光功率、送粉量、扫描速度以及增材层数等参量对等离子体的辐射强度、温度及电子密度间的影响规律。通过本文的研究, 有助于理解激光增材制造过程光致等离子体形成机理及影响因素, 为实现激光增材制造过程质量自动控制打下基础。

镁/钛(Mg/Ti)异种金属既不反应也不互溶的特性制约着两者之间的冶金结合和可靠连接。为解决这一问题并拓宽Mg、Ti的应用，采用富铝镁基焊丝对Mg/Ti实施激光填丝搭接焊，实现了Mg/Ti之间的连接。在此基础上，利用扫描电镜对界面进行观察分析，并利用Miedema二元热力学模型和Toop三元热力学模型对调控元素Al在界面处的扩散及连接机理进行研究。结果表明，在焊丝中调控元素Al的参与下，Mg/Ti界面处形成超薄的反应层，元素线扫描结果显示Al在靠近Ti一侧界面处富集，实现了界面的冶金结合。热力学计算结果显示，在界面处Al-Ti化合物具有更大的析出驱动力，而且Al在富Ti一侧的化学势较低，且Al的界面偏聚导致Al的化学势进一步下降，表明Al的扩散方式为上坡扩散。

镁/钛异种金属既不反应也不互溶的特性制约着两者之间的冶金结合和可靠连接。为解决这一问题，通过中间预置铝(Al)箔对镁/钛实施激光搭接焊。调整焊接工艺参数获得较好的焊缝成形，并对界面元素扩散及连接机理进行研究。结果表明，Al中间夹层的添加能很好地改善镁/钛界面的润湿铺展，促进了界面的冶金反应。当添加的Al中间层厚度为50 μm 时，接头载荷是未添加的1.8 倍，达到1010 N/cm。界面组织分析表明在激光直接辐照区形成了一定厚度的AlTi3相，其余部位为Ti基化合物( α -Ti)。焊缝中第二相数量随着Al夹层厚度的增加而增多，当形成网状结构时造成焊缝变脆，降低接头拉剪载荷。