采用连续光纤激光对铝/钢异种材料进行激光搭接深熔焊, 研究接头的显微组织、元素分布、界面析出相及其失效机理。结果表明, 焊缝凝固过程中界面处形成岛状、块状及层状Fe-Al化合物, 它们较大的硬度与脆性导致材料自身具有较低的塑韧性。焊缝中裂纹的形成原因主要是界面脆性Fe-Al化合物的连续或集中分布, 降低了材料自身的变形能力。接头的断裂模式属于脆性断裂, 接头的失效主要是由于界面处Fe-Al脆性化合物导致的。

激光精密加工技术在航空航天、集成电路、医疗器械等战略新兴产业领域展现出了巨大优势。本文重点介绍了北京航空航天大学激光团队近年来在激光精密抛光、金属-复合材料高强连接、一站式功能表面制备、超快激光刀钻骨、超快激光助力硅晶圆制造等方面的研究进展，对相关结果进行分析与总结，并展望了激光精密加工技术的未来发展方向和应用前景。

随着高速高频通信技术的发展，电子铜箔表面平坦度对高频信号传输损耗的影响更加凸显，已成为制约高速高频通信技术发展的重要因素。本研究团队在目前技术发展的基础上，提出了一种铜箔与聚合物直接结合的方法。该方法主要分为三步：通过激光压平实现铜箔表面平坦化；通过激光压印在压平铜箔表面制造出规则的阵列纳米结构；通过激光焊接实现压平压印铜箔与液晶聚合物(LCP)的直接结合。试验发现，通过激光压平可以将40.6 nm的铜箔表面粗糙度降低到7.8 nm，表面粗糙度降低了80.8%。通过激光压印在压平铜箔表面压印出的规则阵列纳米结构，为铜箔与聚合物的直接结合奠定了基础。采用激光将表面压平压印的铜箔与LCP焊接在一起，对其进行拉伸测试后发现铜箔被拉断。这说明铜箔与LCP的焊接结合强度较高，所提方法在降低电流传输损耗方面具有潜在的应用价值。

针对异种钢材料焊接因母材性能差异而导致焊接质量差的问题，增设电镀镍作为母材中间层，来改善焊接质量。以DP590双相钢和304不锈钢为母材，采用Nd:YAG激光对异种钢材料进行激光拼接焊对比试验，利用光学显微镜、扫描电镜和拉伸试验机等实验设备对焊缝的微观组织、硬度、力学性能和耐腐蚀性能进行对比研究。结果表明：与未镀镍的焊缝相比，增设镀镍层提高了焊缝中Ni元素的含量，有利于焊缝处板条马氏体的形成；焊缝的平均硬度提高了12%，抗拉伸强度高于370 MPa；增设镀镍层，可减缓焊缝的腐蚀速率，提高焊缝的耐腐蚀性能。

采用Nd:YAG激光器进行TC4钛合金与50钢异种材料激光焊接，研究了接头的裂纹扩展与焊缝的微观组织以及物相成分。结果表明，裂纹类型及位置与工艺参数有关。裂纹在焊缝中以穿晶的方式进行扩展，接头断裂为脆性断裂。焊缝中有高碳马氏体的形成，高碳马氏体有中脊存在。焊缝中的Ti-Fe相为TiFe、TiFe2金属间化合物，并且TiFe数量多于TiFe2。高碳马氏体与TiFe、TiFe2金属间化合物的高硬度以及差的韧性与塑性是裂纹萌生与扩展的主要原因。

为解决飞行器舵翼部件异种材料间的连接成型问题, 采用光纤激光对3 mm厚的GH4169与20Cr13平板在不同的焊接工艺参数下进行激光焊接试验, 并对焊缝进行X射线检测、显微组织观察及常温高温拉伸试验, 检测结果表明：离焦量为+2 mm时, 可获得内部气孔缺陷较少的焊缝; 线能量小于100 J/mm时, 利于避免微观热裂纹的产生; 激光功率取2.2 kW、焊接速度取30 mm/s、离焦量取+2 mm时, 常温抗拉强度最高, 且在较大参数范围内均可获得400 ℃、600 ℃拉伸性能优于20Cr13母材的焊缝。

为了解决液体火箭发动机异种材料零件间的连接成型问题, 采用光纤激光对5 mm厚的GH4169高温合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢在不同的焊接工艺参数下进行激光焊接正交试验, 并对焊缝进行X射线检测, 显微金相组织观察及拉伸性能测试, 检测结果表明: 激光功率为4.0 kW, 焊接速度为1.6 m/min, 离焦量为-3 mm时, 可获得内部气孔数量最少的焊缝; 激光功率取4.0～4.4 kW, 焊接速度取1.6～2.0 m/min, 离焦量取-3～-1 mm范围内的焊接参数组合时, 均可获得常温拉伸性能优于1Cr18Ni9Ti母材, 600 ℃拉伸性能与1Cr18Ni9Ti母材相近的焊缝。

采用光纤激光器, 不添加任何填充材料, 对6.0 mm厚5083铝合金和3.5 mm厚低碳钢板材进行激光深熔对接工艺试验, 研究激光偏移量对接头焊缝成形的影响。利用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、拉伸试验机等研究接头界面的微观组织、显微硬度和抗拉强度。结果表明, 激光束偏移量Δd由0.3～0.7 mm变化时, 界面金属间化合物从21.0 μm逐渐减小到4.1 μm; 当激光偏移量为0.7 mm和0.3 mm时, 接头界面层的平均硬度分别为765.4 HV和671.3 HV。当激光偏移量为0.6 mm时, 接头抗拉强度强度最高, 平均抗拉强度为107 MPa, 达铝母材的60%。

对5083铝合金和E36钢板异种合金接头进行激光深熔焊搭接实验, 焊接过程中填充Ni、Zn、Sn不同合金粉末。利用金相显微镜、扫描电镜及能谱等微观分析方法, 研究添加不同元素粉末对钢/铝激光深熔焊焊缝成形及界面组织的影响。研究结果表明, 填充粉末的加入改善了界面金属间化合物的形貌, 降低了Fe-Al金属间化合物的厚度, 改善了接头界面金属间化合物层的塑韧性。

采用光纤激光器作为焊接热源的激光熔焊工艺对双相钢DP600和变形镁合金AZ31进行添加Sn箔的搭接焊研究。通过调整焊接参数获得最佳焊接成形，采用卧式金相显微镜、带有能谱仪(EDS)和电子背散射衍射(EBSD)探头的扫描电镜(SEM)和X 射线衍射仪(XRD)等观察焊接接头的微观组织、相分布、晶粒大小、元素分布和相结构组成。结果表明，添加Sn 箔激光熔焊是一种适用于Fe 和Mg 异种材料连接的有效方法，通过过渡区域形成新相可实现Mg/Fe 有效连接。实验还发现，钢上、镁下搭接激光熔焊上层双相钢的热影响区未出现明显的软化组织，焊接熔池和钢/镁接头过渡区域未见大规模氧化物和气孔缺陷，钢侧过渡区域生成FeSn、Fe1.3Sn、Fe3Sn 等Fe-Sn 相，镁侧过渡区域生成柱状枝晶的Mg2Sn相，这些新相的存在可实现钢/镁异种金属的“双向”冶金结合。