多道激光熔覆层的表面平整度和搭接率的大小密切相关。为研究搭接率对倾斜基体激光熔覆层表面平整度的影响规律并获得平整表面的临界搭接率, 用椭圆模型拟合倾斜基体熔覆层的横截面, 并通过试验验证椭圆模型拟合的可行性。建立了倾斜基体的搭接模型, 得出倾斜基体上获得最佳平整度的临界搭接率的计算方法, 在基体30°倾角下研究不同搭接率对熔覆层平整度的影响。结果表明, 较小的搭接率会导致熔覆层的平整度降低, 较大的搭接率会使熔覆层不断堆积导致熔覆层高度增加, 在临界搭接率下, 可以在几乎不改变熔覆层高度的情况下获得平整的熔覆层。

采用纳秒脉冲光纤激光器对2A12铝合金基材表面丙烯酸聚氨酯复合漆层进行了激光清洗实验，研究了不同y向搭接率（η_y）对除漆效果的影响。结果表明，当η_y为0和20%时，面漆全部去除，底漆部分去除；当η_y=40%时，仅少量底漆残留，大部分氧化膜被破坏，基材显露；当η_y=60%时，复合漆层全部去除，基材烧损。研究发现，随着η_y值逐渐增大，清洗表面烧蚀现象明显增加，漆层烧蚀气化将导致面漆着色剂和功能氧化粒子脱漆沉积于烧蚀凹坑表面；清洗表面残余漆层形成了凹坑-间隔-凹坑的清洗特征，表明清洗过程中烧蚀-等离子冲击（屏蔽）-烧蚀交替进行，烧蚀与等离子冲击作用均会对清洗表面产生热影响，导致残余漆层丙烯酸树脂链段自由基发生位置重排，同时诱发残余漆层产生热应力除漆机制；激光等离子冲击和热应力破坏是导致清洗表面残余漆层碎裂分层或物理剥离的主要原因。

采用波长1064 nm的脉冲光纤激光器对KMN钢表面环氧有机硅漆进行清洗，以搭接率和能量密度作为变量，使用单次清洗和二次清洗两种工艺，探究了激光清洗参数对基体表面粗糙度和重新涂覆漆层附着力的影响，并分析了清洗后基体表面维氏硬度随清洗参数变化的规律和原因。研究结果表明，在能量密度为4.73 J/cm²和搭接率为0.4~0.7参数下，单次清洗漆层难以完全清除干净，需进行二次清洗以去除残余漆块。当第二次清洗搭接率小于0.5且能量密度小于4.25 J/cm²时，基体表层金属熔化导致表面粗糙度小幅下降，但在基体粗糙度高于0.6时，不会影响重新涂覆漆层的附着力。当第二次清洗搭接率大于0.5且能量密度大于4.25 J/cm²时，基材表面熔化和重新凝固引入拉应力，并发生相变和晶粒长大，导致清洗后试样表面硬度低于基材硬度。

为减少熔覆层加工余量,提高熔覆层质量,仿真研究影响熔覆层残余应力的因素和其影响规律的有限元。利用Ansys软件分别建立了具有30%,40%,50%,60%,70%搭接率的1 mm厚度的多道熔覆模型,探索搭接率对残余应力的影响规律。利用激光熔凝温升模型和粉末吸收率模型建立激光熔覆温升模型,通过与仿真温度比较来验证模型的准确性,并进行了相应的实验来观察熔覆层的物理性能。激光熔覆温升模型温度与有限元仿真模型温度较吻合。有限元仿真结果表明:30%搭接率下最小残余应力为160 MPa,50%搭接率下最小残余应力为95 MPa,70%搭接率下最小残余应力为108 MPa;最小残余应力出现在距离熔覆层顶部0.2 mm的位置,最大残余应力出现的位置逐渐向基体方向移动;随着搭接率的增加,熔覆层显微硬度逐渐增大,熔覆层的摩擦系数先增加后减小。随着搭接率的增加,熔覆层平均温度逐渐增加,等效残余应力平均值和最小值逐渐减小,实验结果表明具有50%搭接率的熔覆层与基体结合良好,抗磨效果显著,最适合后续加工。

曲面激光熔覆由于搭接率变化,易导致熔覆层厚薄不均。提出了一种自由曲面激光熔覆等搭接率熔道的轨迹生成算法。采用深度相机采集曲面的点云数据,确定一条点云束,对其拟合后作为初始熔道轨迹并根据等距离步长法得到加工点集。采用求交切片法获得垂直熔覆方向的曲面轮廓,在轮廓上搜寻加工点集的等距点。由等距点集拟合出后一道熔覆轨迹,从而保证搭接率相等。重复上述步骤直到轨迹遍历曲面。按加工点的法矢量方向确定熔覆喷头的运动姿态,使喷头轴线始终垂直加工表面。对半球形封头表面进行熔覆实验,结果表明:等间距轨迹规划算法结合喷头的变姿态适配,可获得搭接率一致的曲面熔道;得到的自由曲面激光熔覆层厚度均匀,硬度较高,无明显的道间隆起或凹陷等缺陷。

在施以超声振动的条件下进行熔覆实验的变搭接率实验,以弥补现有超声振动下激光熔覆实验搭接率选取较为单一的缺陷,并针对低搭接率的熔覆层进行进一步的性能探究。初始搭接率分别设定为33%,50%,66%,观察并比较33%低搭接率熔覆层与其他搭接率熔覆层的宏观样貌,随后在33%低搭接率下进一步进行不施加超声振动的对比实验。将对比实验样件用电火花切割后进行处理,观察2个切割试件的显微金相组织,并测评试件的硬度和耐磨性。结果表明,33%低搭接率下施加超声振动样件的熔覆道宏观样貌会出现波浪状条纹,而50%和66%搭接率下施加超声振动熔覆层宏观形貌平整无波纹。在33%低搭接率下对比添加超声振动与不添加超声振动试件的熔覆层质量,发现不施加超声振动的熔覆效果相对较好。该研究结果对超声振动下熔覆实验的搭接率选取具有一定参考意义。

准分子激光线形光束在多晶硅薄膜的工业生产中有重要应用。基于自行研制的激光退火设备输出的线形XeCl 准分子激光对等离子体增强化学气相沉积制备的大尺寸非晶硅薄膜进行退火处理。研究了线形光束的能量密度、辐照数量对薄膜晶化程度的影响,讨论了制备的大尺寸多晶硅薄膜的晶化体积分数及均匀性。实验结果表明,薄膜晶化的阈值为194 mJ·cm-2; 薄膜的晶化体积分数随能量密度先线性增大,再缓慢减小,线性增长因子约为0.3, 当能量密度为432 mJ·cm-2时,晶化程度最优;当辐照数量超过20次时,薄膜的晶化体积分数维持稳定;当光斑搭接率为93.7% 时,制备的大尺寸多晶硅薄膜右侧区域的晶化体积分数为92.26%,相对标准差为1.56%,略好于左侧区域。该工作为线形光束晶化非晶硅薄膜的研究及准分子激光线形光束退火设备的国产化及提供了参考。

应用有限元软件ABAQUS, 研究对试件表面进行大范围激光冲击强化后的残余应力场, 讨论了不同排列方式中心距对残余压应力的分布规律以及不同搭接率对残余应力场的影响。结果表明, 正方形排列和正六边形排列的冲击区域的表面残余压应力分布不同; 搭接率越大, 表面残余压应力也越大, 但残余应力分布并不是越来越均匀; 不同的约束条件使模型底面产生不同的残余应力; 双面激光依次冲击可消除模型底面产生的残余拉应力。

利用选区激光熔化(SLM)技术对S136模具钢粉末进行较优成形工艺参数下的块体成形试验, 试验测定了成形件相对致密度, 分析激光能量密度和熔道搭接率对成型致密度的影响规律。实验结果表明, 在激光功率140 W, 扫描速度550 mm/s, 扫描间距0.08 mm时, 相对致密度超过99%; 在最优相对致密度条件下, S136钢SLM成形线能量密度范围为0.255～0.26 J/mm, 熔道搭接率范围为25.77%～27.93%, 相对致密度与体能量密度之间满足关系式d＝-0.001 76×ψ2＋0.559 87ψ＋53.421 92, 并且体能量密度为159.05 J/mm3, 试件相对致密度到达最大值。