针对镁合金激光焊接焊缝成形和接头性能差的问题，提出了可调环形光斑光纤激光焊接新工艺。对5 mm厚的AZ31B镁合金对接接头进行了焊接试验，研究了中心激光束和环形激光束功率组合对焊缝宏观成形、显微组织和力学性能的影响规律。结果表明，当中心激光束功率大于环形激光束功率时，施加环形激光束可以显著增大焊缝上部的熔宽；当中心激光束功率小于环形激光束功率时，焊缝上表面和下表面成形均不稳定。在中心激光束作用区域，焊缝熔合线附近未见明显的热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒较细。在环形激光束作用区域，焊缝熔合线附近存在热影响区和柱状晶区，且等轴晶晶粒粗大。随着环形激光束功率的增大，焊缝中心区的硬度值减小。当中心激光束的功率为2000 W、环形激光束的功率为1000 W时，接头抗拉强度和延伸率最高，接头断裂于焊缝熔合线附近，呈韧-脆混合断裂模式。

为了研究激光钎焊金刚石磨粒表面金属化生成物类别与形成机制, 采用第一性原理的密度泛函理论对常见碳化物进行了计算, 并采用Ni-Cr合金钎料, 借助光纤激光热源对金刚石磨粒进行了激光钎焊试验, 获得了Cr3C2和Cr7C3两种碳化物的结构和力学性能参量以及金刚石磨粒表面微结构和碳化物种类。结果表明, Cr3C2和Cr7C3两者都具有金属性, 且后者韧性更强; 激光钎焊得到的金刚石磨粒与Ni-Cr合金钎料界面冶金反应层厚度约为4μm, 金刚石磨粒表面碳化物主要为Cr3C2; 超声辅助激光钎焊得到的金刚石磨粒表面碳化物为Cr3C2和Cr7C3, 超声波高频振动可以促进界面反应, 进而生成含碳量低的Cr7C3。此研究结果对激光钎焊金刚石技术的发展具有指导意义。

利用新型光纤激光作为热源, 在氩气保护下对金刚石磨粒和Ni-Cr合金钎料进行激光钎焊工艺试验。分析了激光功率和焊接速度对焊缝成形的影响, 研究了Ni-Cr合金钎料与金刚石磨粒钎焊界面微结构和生成物。结果表明, 激光功率和焊接速度对Ni-Cr合金钎料熔化程度和金刚石热损伤具有较大影响。激光功率和焊接速度均较小时, 焊缝成形一致性差。激光功率和焊接速度均较大时, 焊缝外观成形良好而金刚石磨粒底部熔化不充分易脱落。激光功率为700 W ~ 760 W, 焊接速度为0.7~1.5 mm/s, 离焦量为+18 mm时, 可以获得外观成形良好且结合强度高的钎焊缝。Ni-Cr合金钎料与金刚石磨粒之间存在一薄结合界面, 厚度约4 μm; 金刚石磨粒表面存在片状和条状的物质, XRD分析表明为Cr3C2。

为提高小口径非球面硫系玻璃镜片热压成型质量, 避免成型缺陷, 通过热压过程的有限元分析, 提出了一种新的非等温热压成型法。在上模仁和上加热板之间设置加热间隙, 对上、下加热板设置不同的加热温度, 以实现玻璃预形体的非等温加热。首先, 根据硫系玻璃高温粘弹性本构模型和热传递模型, 结合相关参数建立了镜片热压过程的有限元模型; 接着, 采用所建立的模型, 分析了非等温温差对玻璃预形体内部的温度分布、成型镜片最大残余应力分布及轮廓偏移量的影响, 以确定最佳的温差值; 最后, 进行了镜片的非等温热压成型实验, 并将仿真和实验结果进行了对比研究, 以验证仿真模型和结果的有效性。仿真与实验结果均表明, 最佳的非等温温差值为10 ℃。该条件下, 仿真获得的玻璃预形体内部温度差仅为2.6 ℃, 成型镜片最大残余应力可减至3.375 MPa, 成型镜片ASP1和ASP2的轮廓偏移量最大值分别为0.562 μm和0.615 μm; 实验获得的成型镜片ASP1和ASP2的PV值分别为118.2、194.0 nm, Ra值分别为17.0、37.8 nm, 轮廓偏移量最大值分别为0.583、0.644 μm, 均满足精度要求。仿真与实验结果具有较好的一致性, 采用合理的温差值进行镜片的非等温热压成型, 可有效降低玻璃预形体内部温度差及成型镜片最大残余应力, 避免粘连、气泡等成型缺陷, 提高成型镜片的精度。

为实现小口径双非球面硫系玻璃镜片的精密模压成型制造, 通过正交模压成型实验, 研究了相关工艺参数对成型镜片质量的影响规律。首先, 介绍了模压成型过程和用于实验的PFLF7-60A型多工位模压成型机床, 并根据非球面曲线公式设计了目标镜片。然后, 选定了一种环保型硫系玻璃IRG205, 通过VFT方程拟合了玻璃粘度与温度之间的关系, 确定了模压温度, 并对各工位实验参数进行了设置。最后, 利用无镀膜模具及球形预形体进行了正交模压成型实验, 分析了实验条件下模压温度、加压载荷及保持压力等成型工艺参数对镜片成型质量(形状精度PV、表面粗糙度Ra及轮廓偏移量)的影响规律, 并获得了优化的成型工艺参数。结果显示: 在优化的工艺参数下, 成型镜片ASP1和ASP2的PV值分别为129.2 nm和174.8 nm, Ra值分别为19.6 nm和25.6 nm, 轮廓偏移量分别为0.614 μm和2.682 μm, 基本满足镜片高精度应用的要求, 为小口径双非球面硫系玻璃镜片的高精度批量制造提供了参考和依据。