利用激光光内送粉熔覆技术,在与水平方向成大于90°的仰面基体下表面进行了单道熔覆实验研究。分析了仰角、保护气压力与光粉耦合处粉束直径之间的关系; 研究了仰面姿态下熔覆层的宽度、高度以及熔池的流淌下垂趋势受激光功率、扫描速度的影响规律。研究发现, 光粉耦合处粉束直径随仰角的增大而变大, 随保护气压力的增大而减小。基体仰面与水平姿态下, 工艺参数对熔覆层的宽度、高度的影响规律保持了较好的一致性; 熔池在重力作用下, 激光功率、扫描速度以及仰角的变化对熔覆层高度的影响更加显著; 熔道顶点的偏移随激光功率的减小、扫描速度的增大和仰角的增大而逐渐增小。保持送粉量和离焦量不变, 利用优化后的激光功率、扫描速度, 以及保护气压力, 获得了最大仰角达150°、且具有较好尺寸精度和组织性能的激光熔覆立体成形件。

净辐射系数是数值模拟中表征等离子体辐射属性最常用的参数。 考虑了线谱、 连续谱和分子带状谱等多种辐射机制, 计算了3～25 kK不同Fe含量下［82%Ar-18%CO2］-Fe等离子体的净辐射系数, 为GMAW电弧(82%Ar-18%CO2保护气, 低合金钢焊丝)的数值模拟提供了完整的辐射属性数据。 此外, 通过分析发现, 当Fe蒸汽加入到82%Ar-18%CO2混合物中, 即使Fe含量极低, 等离子体净辐射系数也会显著增大。 同时, 由于Fe的加入, 原本辐射贡献率较高的分子带状谱和连续谱辐射相对线谱辐射可忽略不计。

通过微合金C-Mn钢的焊接试验, 研究了不同保护气对激光焊接接头组织和性能的影响。结果表明, 在相同的激光焊接热输入条件下, N2、Ar、空气三种保护气焊接均可获得全熔透焊缝, 但N2气保护条件下焊缝区凹陷最为明显。焊缝区组织均以板条马氏体为主。空气环境下焊缝区形成少量针状铁素体, 夹杂物数量明显多于N2和Ar气保护下焊缝的, 且大尺寸的夹杂物比例较高。三种情况下, 焊接接头的平均显微硬度和强度均高于母材的, 但是空气环境下焊缝的平均硬度略小于N2或Ar气保护下焊缝的。

针对不锈钢薄板激光叠焊过程中易出现的焊穿、断弧、封闭曲线焊缝不均匀等问题, 采用正交试验法, 在不同的焊接速度、离焦量、激光功率曲线、保护气体条件下对厚度为1.2/1.2的不锈钢进行激光叠焊试验; 通过观察不同参数下得到的焊缝外观及对试件进行压力试验数据分析, 研究了工艺参数对激光叠焊成形性能的影响。试验结果表明, 焊接速度及功率曲线的设定是影响焊缝均匀性、焊穿的主要因素; 保护气体的种类及流量是影响焊缝断弧的主要因素; 离焦量对焊缝表面成形有一定的影响, 试验过程中发现在进行厚度为1.2/1.2不锈钢薄板激光叠焊时离焦量为＋1 mm时焊缝外观成形美观。

为了提高激光金属直接成形中光内同轴送粉喷嘴粉末流场的汇聚性，获得大的聚焦焦距、小的聚焦直径及小的发散角，对卸载及载气两种方式下不同保护气压力对粉末流聚焦参数的影响规律进行了实验研究。结果表明：在卸载方式下，随保护气体压力逐渐增大，粉末聚焦焦距逐渐增大，粉末聚焦直径变小，发散角减小，粉末汇聚效果变好；在载气方式下，随保护气体压力逐渐增大，粉末聚焦焦距先增大后减小，聚焦直径逐渐变小，发散角逐渐降低。因此，在载气方式下应选择保护气压力与载气压力大小接近为宜。研究结果对光内送粉激光金属直接成形工艺优化具有指导意义。

为了研究激光尘埃粒子计数器计数信号幅度概率分布,对激光尘埃粒子计数器计数信号幅度概率分布与传感器光敏区光强分布、采样气流中的粒子数密度、气体层流速度分布之间的关系进行了理论分析。采用自行设计的带保护气套的光电传感器测定粒子计数信号幅度概率分布,给出的分布模型与理论分析相吻合。结果表明,尘埃粒子计数器计数信号幅度概率分布由传感器光敏区光强分布和粒子数密度空间分布共同决定,这为尘埃粒子计数器的设计提供了理论依据。

为了研究侧吹辅助气体对CO₂激光焊接过程的影响及其机理,在不锈钢薄板CO₂激光焊接过程中,用高速数字摄像机拍摄了不同侧吹工艺参数下等离子体的动态变化过程.对比分析了侧吹工艺变化对等离子体行为和焊缝形貌的影响.结果表明:顶吹气流和侧吹气流的合流角约为40°时焊缝背面熔宽最大,喷嘴高度和流速变化对薄板激光焊接过程有显著的影响;薄板CO₂激光焊过程中工件表面上方的等离子体云团有两种典型的形态,即焊透时出现体积较小的等离子体云团和未焊透时出现的体积较大的等离子体云团.