在30CrMnSiNi2A高强钢基体上进行多层激光熔覆,研究各层熔覆热循环对基体组织与力学性能的影响。结果表明:在组织方面,熔覆盖面层时均对基体重新淬硬,由于已沉积熔覆层会吸收激光热量,故基体淬硬深度会随着层数的增加而逐渐减小,淬硬深度减小至对基体不能完全奥氏体化时,出现了不完全淬硬现象;继续增加熔覆层数,熔覆层不再重新淬硬基体,产生了回火作用。多层熔覆时每一层均对基体有回火作用,随着层数的增加,基体马氏体板条束间残余奥氏体首先分解,接着碳化物逐渐析出,马氏体板条粗化变宽、块状化,直至板条状马氏体特征消失,完全转变为索氏体组织。在力学性能方面,随着层数增加,基体热影响区试样变化趋势为抗拉强度逐渐降低、冲击韧性逐渐升高。由于激光快速加热,首层熔覆对基体回火残余奥氏体分解不明显,次层或后续层熔覆对基体残余奥氏体产生明显的分解作用,故残余奥氏体相减少,造成拉伸延伸率、冲击韧性均略有降低。随着熔覆层数增加,基体热影响区拉伸延伸率增加,拉伸断裂沿高温回火区启裂、扩展;熔覆层数继续增加,直至对基体产生不完全淬火时,拉伸断裂可分别在不完全淬火区、高温回火区多点启裂、扩展,拉伸塑性变形协调性下降,造成基体热影响区试样延伸率显著下降。

针对30CrMnSiA和30CrMnSiNi2A高强钢的修复问题,采用30CrMnSiA合金粉末在两种基体上进行多层多道激光熔覆,研究了熔覆层、基体、热影响区的微观组织和力学性能。对于30CrMnSiA基体,其熔覆层组织主要为索氏体;随着层数增加,熔覆层中的索氏体减少,马氏体增多,盖面层主要为马氏体组织;热影响区组织主要为马氏体和少量块状铁素体,其中块状铁素体为原基体中铁素体的未熔相。对于30CrMnSiNi2A基体,其熔覆层组织主要为索氏体,随着层数增加,马氏体含量逐渐增加,但仍以索氏体为主;热影响区组织主要为索氏体和粗晶马氏体。在力学性能上,30CrMnSiA基体上熔覆层的硬度大于30CrMnSiNi2A基体上熔覆层的硬度,热影响区软化现象不明显,而30CrMnSiNi2A热影响区软化现象明显;30CrMnSiA基体上熔覆层试样的抗拉强度为基体的90%以上,且其冲击韧性、延伸率均优于基体;30CrMnSiNi2A基体上熔覆层试样的冲击韧性优于基体,但其抗拉强度、延伸率则大大低于基体。实验结果表明:30CrMnSiA合金粉末适合用于30CrMnSiA钢的激光熔覆修复,而对于30CrMnSiNi2A钢,则需要进一步减少热输入,以减小热影响区的宽度,减少粗晶马氏体的生成以及多层熔覆过程中马氏体的分解。

利用光纤激光器对DC01镀锌钢板和SUS304奥氏体不锈钢薄板进行了激光非熔透搭接焊实验、反变形焊接实验,测得了SUS304钢板(下板)表面微凸起的变形量和变形轮廓,研究了非熔透焊后SUS304钢板表面微凸起变形产生的机理。研究结果表明:角变形是SUS304钢板表面微凸起产生的重要原因;通过反变形法矫正角变形可降低微凸起的最大高度,但微凸起区域的塑性凸起变形仍存在;焊接过程中的角变形和热膨胀引起的塑性变形是非熔透搭接焊下SUS304不锈钢板无焊缝一侧微凸起变形的主要原因。

采用超窄间隙坡口和光纤激光填丝多层焊工艺, 焊接了50 mm厚的SA508Gr.3Cl.2核电用钢,测试并分析了接头的微观组织和性能。结果表明, 焊接接头无宏观缺陷; 热处理后接头中部焊缝中心组织主要为上贝氏体和针状下贝氏体, 母材侧热影响区的粗晶区组织为高温回火马氏体, 硬度为280 HV。焊接接头拉伸试样的拉伸断裂位置均位于母材, 接头抗拉性能良好。接头上、中、下部位的焊缝冲击韧性均小于母材的, 但焊缝冲击试样的断口形貌仍具有一定的韧性断裂特征。

利用光纤激光-金属活性气体(MAG)复合焊接方法焊接了25 mm厚的27SiMn高强钢, 分析了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明, 接头钝边焊道焊缝和热影响区主要为马氏体; 填充焊道的焊缝主要由晶内针状铁素体、少量先共析铁素体和上贝氏体组成, 其热影响区组织以马氏体为主。焊接接头硬度分布不均匀, 钝边焊道硬度的最高值出现在焊缝; 填充焊道硬度的最高值出现在粗晶区, 母材的硬度最低。拉伸时接头均断于母材。冲击试验结果表明, 钝边焊道焊缝的冲击断口存在脆性断裂区和韧性断裂区, 填充焊道焊缝的冲击断口仅观察到韧性断裂区。

激光熔覆制备了一种高硬度铁基涂层，涂层平均硬度约为775 HV，未发现裂纹缺陷。对涂层显微组织进行表征，结果显示，涂层为均匀、细小的树枝晶组织形态，初生枝晶内为马氏体相，枝晶间为残余奥氏体相，残余奥氏体基体上弥散分布着颗粒状碳化物。枝晶间有Mo、Cr、W、Nb等元素偏聚，但涂层中的C元素分布均匀。枝晶间残余奥氏体存在大量层错，并在层错密集区有马氏体相析出。

ZM5镁合金激光熔覆涂层的晶界易析出条带状β -Mg17Al12相，导致涂层的拉伸性能下降。通过添加稀土Gd元素，在ZM5 铸造镁合金表面激光熔覆Mg-Al-Gd 涂层，研究Gd 元素对ZM5 镁合金激光熔覆涂层组织和性能的影响。结果表明，添加质量分数为5.0%的Gd元素的熔覆涂层中生成了Al2Gd颗粒相，晶界处Mg17Al12共晶相细化成球形颗粒和短棒状，且析出量显著减少；含Gd镁合金熔覆涂层高温抗拉强度、屈服强度以及屈强比均有较大提高；高温拉伸断口形貌分析发现，ZM5 镁合金激光熔覆涂层拉伸断口出现局部的晶界熔化特征，而添加Gd 元素的镁合金激光熔覆涂层断口未观察到晶界熔化，这表明Gd元素能抑制枝晶间低熔点Mg17Al12共晶相析出而强化晶界，从而可提高熔覆涂层的高温拉伸性能。

采用光纤激光对ZM5镁合金薄壁铸件进行补焊研究，以焊道稀释率和表面交角进行工艺评价，通过扫描电子显微镜(SEM)和X 射线衍射(XRD)表征了样品的显微组织、相组成，并作了拉伸试验分析。结果表明，补焊焊缝稀释率和焊道表面交角成线性相关变化，补焊层由细小的等轴树枝晶组成，平均晶粒直径为15~20 μm，约为ZM5 母材的1/4；补焊层基体组织为α -Mg 相，晶界析出Mg-Al共晶相，其中β -Mg17Al12以连续网状或不规则的点状析出；补焊层抗拉强度和延伸率优于母材，补焊层拉伸断口为准解理断裂，断口有少量韧窝，而经均匀化热处理的母材断口为脆性断裂的解理断口。组织表征和性能试验表明，光纤激光可实现ZM5 镁合金铸件的缺陷补焊，且在工艺上具有很好的适应性。

为了研究不同激光功率及不同的冷却条件下,激光相变硬化处理对低碳钢表面性能和组织的影响,采用激光表面相变硬化方法,在低碳钢表面获得了比原先母材硬度高100HV~150HV的硬化层,采用金相显微镜分析了激光处理区的组织,且用显微硬度计测量了单道扫描时的纵向和横向的硬度分布。研究发现,激光作用区主要是低碳板条马氏体与未转变的索氏体甚至屈氏体、回火索氏体组织。搭接区组织均为细小的马氏体及中间分布着索氏体组织;由于10CrNiMo钢含碳量较低和碳扩散系数不同的原因,其最高硬度层并未在表面形成,而是形成在次表层。在软化区,前一道扫描形成的马氏体受到回火作用,原先固溶在马氏体中的碳析出,形成了回火索氏体,降低了硬度。结果表明,激光相变硬化工艺可以将10CrNiMo钢的表面硬度提高100HV~150HV左右,且表面保持很好的韧性,若想进一步提高其表面硬度,还需采取熔覆等其它工艺。

针对铜和钢的物理和化学性能的较大差异, 通过理论分析认为铜的熔化量对铜钢异种材料焊接接头的质量有很大影响, 同时考虑到铜对激光的高反射率, 对此进行了基于斜面对接和激光光束偏向钢侧的铜钢激光对接焊研究, 并以三种不同的工艺参数进行了激光焊实验。焊接接头的力学性能测试和焊缝显微组织分析结果表明, 铜钢焊接的质量主要取决于铜的熔化量。当铜熔化较少时, 接合界面清晰, 接头无明显缺陷并表现出良好的力学性能; 当铜的熔化量较多时, 无明显结合界面, 接头出现气孔、裂纹等缺陷, 力学性能急剧下降。实验结果表明, 设置激光束偏离量为0.8 mm, 可实现低铜钢熔合比, 从而获得无缺陷的铜钢焊接接头。