为了利用高能激光束将镍、铁、铝金属单质的混合粉末快速熔融, 得到高性能的镍铁铝合金, 并直接用于熔覆, 采用激光3-D打印的金属粉末成型的方法, 用一台中低功率的光纤激光器, 以工程中常用的轧制不锈钢板为基底, 研究了一定比例的镍、铁、铝混合粉末的熔覆冶金情况。通过优化激光工艺参量(激光频率、扫描速率、激光功率和离焦量)组合, 得到了质量良好的单道熔覆结果。通过激光共聚焦显微镜、晶相显微镜以及扫描电子显微镜等检测手段, 对熔覆条的宏观形貌和微观组织进行观察。结果表明, 可获得良好的无气孔无裂纹的合金组织, 且合金与基板形成了良好的冶金结合; 熔覆层硬度低于基板硬度30HV左右, 但截面硬度分布均匀。该研究有助于得到各向性质统一的冶金层。

利用纳秒激光器对7075铝合金进行激光冲击钻孔实验研究, 采用控制变量法, 分别研究了不同激光脉冲数、激光峰值功率以及不同离焦量条件下对进出孔直径以及孔锥度的影响规律。结果表明, 在一定参数范围内, 不同激光脉冲数对进出孔直径具有一定影响, 激光峰值功率在一定程度上增加会减小孔的锥度, 但当峰值功率增加至45.22 kW时, 大量的熔融物和飞溅物对孔的形貌影响很大; 当激光焦点位于工件表面时, 可获得最小入口直径86 μm, 最小锥度为0.38°。研究结果为铝合金激光微孔加工工艺优化和参数选取提供参考。

为了提高碳纤热塑复合材料(CFRTP)/不锈钢激光直接连接(LDJ)数值模拟的准确性, 在实验的基础上拟合得到接触热导率计算公式, 建立了考虑界面接触热阻的三维有限元传热模型。理论仿真结果与实验结果的对比分析表明, 与传统模型相比, 热接触模型更符合实际情况, 可用于表征夹具压力对激光连接效果的影响。在激光功率为339 W、夹具压力为0.1 MPa时, 传统模型计算的相对误差为12.3%, 考虑接触热导率的热接触模型则将相对误差降至2.8%。该模型对提高激光直接连接数值模拟的准确性和工艺参数的优化选择具有重要价值。

为了研究界面状态对CFRTP/金属激光连接质量的影响规律, 实现二者高质量的连接。对不同界面情况下的样件进行了焊接实验、强度拉伸测试以及断面组织分析, 找到了添加树脂层厚度、不锈钢表面粗糙度对接头剪切强度的影响规律, 以及酸洗和激光微织构化处理提高接头连接强度的机理。结果表明, 通过金属表面预处理和提高结合面熔融树脂量均能有效提高接头的剪切强度, 特别是激光微织构化处理后拉伸样件的失效发生在树脂基体与碳纤维之间, 这说明CFRTP/不锈钢之间的连接剪切强度已超过了CFRTP内部基体树脂与碳纤维的结合强度。

为了探索激光工艺参数对316L不锈钢粉末在304#不锈钢板上熔覆质量的影响规律，发现最优的工艺参数，利用实验室自行设计组装的光纤激光熔覆系统对其进行了一系列的激光熔覆工艺试验。用激光共聚焦显微镜、维氏硬度计以及其他方法，对不同组合的工艺参数（激光功率、熔覆速度、激光频率以及离焦量等）下单道熔覆的试样的表面形貌和横截面质量进行了检测和分析，发现了工艺参数对熔覆质量的影响规律，并据此确定了一个最佳的熔覆参数组合范围，在这个范围内得到的熔覆试样结果显示，熔覆条表面光滑，有完整的熔覆条纹，无气孔和裂纹。