采用激光选区熔化(SLM)工艺打印18Ni-300马氏体时效钢零件,研究了正离焦量对18Ni-300成型零件打印质量和力学性能的影响规律。结果表明:当离焦量较小(+1.5 mm)时,功率密度过高,导致熔池内部产生湍流,熔道表面出现明显的球化现象,成型试样内部出现较大的孔隙缺陷,力学性能下降,拉伸断口呈准解理断裂特征;随着离焦量增加,功率密度减小,光斑和熔道随之变宽,改善了试样的性能,试样的拉伸断裂机制转变成塑性断裂;当离焦量为+2.5 mm时,功率密度适中,熔道之间形成了良好搭接,内部组织均匀,增强了层间结合,试样的硬度和抗拉强度分别为37.7 HRC和1215 MPa;当离焦量增加至+3 mm以上时,熔道之间的搭接率过大,出现过度堆叠现象,功率密度过低,光斑穿透力减弱,影响了层间结合,试样性能下降。

针对304 不锈钢薄板进行连续激光搭接焊工艺试验，研究工艺参数对焊缝成形及焊缝性能的影响规律。结果表明：随着激光功率增加，焊缝结合面宽度及背宽、接头拉伸剪切力均有所增加；随着焊接速度的增加，焊缝结合面宽度及背宽、接头拉伸剪切力均有所降低；而在保证焊缝成形的前提下，离焦量的变化对焊缝成形质量影响较小；叠层间隙在0.6 mm 以内时，均可实现单面焊双面成形；激光焊接焊缝中心区组织为细小的等轴晶，焊缝区和母材交界处为细小的柱状晶组织，热影响区不明显。

为了比较光纤激光及CO2激光焊接特性，采用2 kW 光纤激光器及2.4 kW CO2激光器对590 MPa 高强钢板进行焊接试验，通过改变离焦量及焊接速度等焊接参数，研究了两种焊接方法的熔深变化情况。结果表明，当焊接速度和输出功率相同时，光纤激光与CO2激光焊接相比可获得更大的熔深；在负离焦条件下，离焦量在焦深以内时可使熔深增大；功率一定时，熔深随着焊接速度的增加而减小，但是CO2激光焊接的熔深减小比率大于光纤激光焊接。

根据远距离激光跟踪瞄准系统对出射激光束的准直要求，设计了一个倍率18的激光扩束系统，系统地介绍了设计方法。按照高斯光束的透镜变换理论，计算了该扩束系统的正确离焦量，分析了系统的焦点偏移量对出射光束束腰位置和束腰半径的影响，指出扩束效率对焦点偏移量非常敏感，预测了精密调焦机构要注意的问题。

为研究激光等离子体冲击波力学效应受入射激光及环境因素的影响，利用波长1.06 μm，脉冲能量320 mJ,脉宽10 ns的Nd:YAG激光作用在Al靶上，研究了冲量耦合系数(Cm)和离焦量(Z)之间的关系。实验发现在1.01×105 Pa情况下，初始时Cm随Z增大而增大，到Z=-12 mm附近达到最大值；而后Cm随Z增大而减小。在4000 Pa时，Cm随Z的变化关系与1.01×105 Pa时相似，但峰值位置后移。离焦量不同时，由于作用激光的功率密度不同而影响等离子体屏蔽效果；光斑大小不同将影响稀疏波作用，且离焦量正负不同时激光等离子体冲击波对靶的作用机制也明显不同，这些因素决定了离焦量对等离子体冲击波力学效应的影响。