选择内燃机用Ti2AlNb锻造试样作为测试材料，对其实施送粉激光增材处理并测试不同激光能量密度下的熔覆组织特性，分析试样结合区的力学特性变化。研究结果表明：线能量密度为100 J/mm时，下部基材区形成与锻态基材同样的组织结构；顶部区域中存在对沉积层形成穿透的β柱状晶。下部区域存在等轴形态与片层状两种α相；中部包含了等轴与片层状α相，β相内还存在次生α相，该相数量随线能量密度提高而增长；上部结合区中形成魏氏组织，在β晶粒中存在α片层组织。提高线能量密度后，试样拉伸强度与屈服强度减小，而延伸率变大。线能量密度为100 J/mm时，形成力学性能最优的结合区组织，获得最大拉伸与屈服强度。试样拉伸断口存在剪切唇以及韧窝形貌，发生了韧性断裂。

选区激光熔化中逐行逐层扫描粉末成形的熔道以及熔结表面在很大程度上影响制件质量。从选区激光熔化的工艺原理出发, 得到单行扫描优化的线能量密度范围, 进一步结合平均重熔率对多行扫描熔道搭接的介观表面形貌进行分析, 结果表明, 线能量密度在0.070~0.217 J/mm时, 熔道相对连续、线宽相对均匀; 多行扫描的平均重熔率过小会造成较大表面高度差, 过大会产生裂纹, 平均重熔率为18%~50%时能得到较为平整的熔结表面。

采用激光选区熔化技术（SLM），通过改变工艺参数对比线、体能量密度对TC4钛合金成形质量的影响，结果表明：随着线能量密度的增大，熔道宽度增加，但增加趋势逐渐减小，最后收敛于最大值（122 μm），熔道高度差则从27 μm先减小至18 μm后增大至28 μm。在设定铺粉厚度为30 μm的基础上，考虑松装密度及成形密度，推导出实际铺粉厚度为55 μm，进而修正了体能量密度。通过对比线、体能量密度与成形件表面粗糙度、致密度的关系，发现体能量密度可以作为评估成形品质的工艺参数。

选区激光熔化(SLM)成形过程中, 快速熔化凝固导致复杂的瞬态温度分布, 熔池温度分布和冷却速率大小影响最终的凝固组织, 从而影响零件成形性能。建立三维瞬态有限元模型, 数值模拟GH4169合金单道多层SLM成形过程, 研究瞬态的温度分布、熔池尺寸和冷却速率及不同线能量密度对单道多层SLM成形的影响。结果表明: 线能量密度为170 J/m时, 随着层数的升高, 熔池最高温度、熔池尺寸和热影响区逐渐变大, 上层对下层具有重熔作用; 除第一层冷却速率较低外, 冷却速率随层数的增加而略微升高; 随着线能量密度的增加, 熔池最高温度升高, 熔池尺寸和热影响区变大; 冷却速率随线能量密度的增加而升高。通过成形不同线能量密度的薄壁墙试样, 结合模拟结果进行对比分析, 获得较好的一致性。

选区激光熔化是通过激光扫描粉末使其熔化并重新凝固、以逐层叠加的方式来完成零件直接制造的技术。从Ti6Al4V粉末单层烧结试验出发, 基于工艺参数优化, 得到了Ti6Al4V粉末选区激光熔化的线能量密度指导性区间；以此为基础进行多层烧结, 通过试样断面SEM图像得到了其内部结构, 并结合金相、力学性能测试进行了综合分析。结果表明, 线能量密度为0.35~0.55 J/mm时试样具有较好的力学性能, 弯曲强度为1 111~1 179 MPa, 硬度为220~305 HBW；最后, 在优化的工艺参数下实现了三维成形烧结。

采用MTS疲劳试验机对DP980钢激光焊接接头进行了低周疲劳试验,分析了应变-疲劳寿命数据,并利用金相显微镜和扫描电镜进行了组织分析和断裂分析。结果表明,母材表现出最好的抗疲劳性能。当应变幅Δε_t/2≤0.4%时,线能量为80 J/mm的试样表现出较好的抗疲劳性能;当Δε_t/2=0.5%时,三个激光焊接接头的疲劳寿命接近。当Δε_t/2≥0.3%时,母材和DP980钢激光焊接接头经历循环软化阶段、循环饱和阶段和循环软化阶段;当Δε_t/2=0.25%时,母材和DP980钢激光焊接接头依次经历了循环硬化阶段、循环软化阶段、循环饱和阶段和循环软化阶段。DP980钢激光焊接接头的亚临界热影响区是裂纹萌生的主要区域,不同应变幅下的疲劳裂纹扩展区均有疲劳条带,疲劳断裂的方式是穿晶断裂。

研究了激光填丝焊接工艺参数对哈氏合金薄板纵向挠曲变形的影响,结合样件弯曲刚度和等效载荷分析了焊接工艺参数对纵向挠曲变形的影响。结果表明:激光填丝焊接过程的线能量和相对送丝量通过影响弯曲刚度和等效载荷,进而影响纵向挠曲变形;随着线能量的逐渐增大,等效载荷也逐渐增大,样件的弯曲刚度呈减小—增大—减小的变化趋势。在一定范围内增大线能量会使等效载荷和弯曲刚度同时增大,从而导致挠曲变形的变化幅度相对较小。相对送丝量增大使弯曲刚度在等效载荷不变的情况下明显增大,从而导致焊接变形减小。在合理的参数范围内尽量选择小线能量和大相对送丝量有利于抑制变形。

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了316L不锈钢,分析了激光功率、扫描速度和扫描间距与成形件裂纹的变化规律,研究了裂纹形貌、化学成分、析出相种类和晶粒尺寸,获得了不同位置处裂纹的组织结构和形成机理。结果表明,裂纹主要为微孔聚集形裂纹、气泡聚集形裂纹和热裂纹。随着线能量密度的增大,微孔聚集形裂纹和气泡聚集形裂纹数目先增加后减少,热裂纹单向逐渐增多。优化工艺参数(线能量密度为222.2 J/m, 激光功率为200 W, 激光扫描速率为900 mm/s)下,获得了无裂纹、无气泡、少量孔隙的成形件。

在拥有自主知识产权的TB-100选区激光熔化设备上制备316L不锈钢。通过金相显微镜对比研究了不同工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)下, 成形件的低倍缺陷, 主要为气泡、孔隙、微裂纹和宏观裂纹; 借助扫描电子显微镜和能谱仪, 研究了缺陷微观形貌特征和成分, 分析了各类缺陷形成机理。结果表明, 孔隙主要为圆气泡性孔隙、不规则形状工艺性孔隙和氧化物夹杂, 气泡主要为氢气泡和氮气泡, 而微裂纹主要为贯穿性孔隙以及内应力过大导致的热裂纹, 宏观裂纹主要为由于残余应力过大导致的层状裂纹, 属于冷裂纹。引入线能量密度(E＝P/v)为综合参数, 随着线能量密度的增大, 孔隙逐渐减少, 但是当线能量密度达到400 J/m时, 出现裂纹, 且大量出现气泡缺陷, 随着线能量密度的继续增大, 裂纹逐渐增多; 当线能量密度达到583 J/m时, 主要为裂纹缺陷, 气泡减少; 当线能量密度达到875 J/m时, 裂纹呈条状且尺寸明显增大, 裂纹与裂纹之间已相互连接。经分析测试验证, 316L不锈钢较优的工艺参数为激光功率190～210 kW, 激光扫描速度800～1 000 mm/s, 扫描间距0.90～0.11 mm, 此区间线能量密度200 J/m左右, 无裂纹, 基本无气泡, 存在少量孔隙, 产品致密度达99.7%。

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了CoCrMo合金。研究了激光线能量密度对SLM成型试样过程中飞溅行为的影响。在合理激光线能量密度区间,采用不同的激光能量和扫描速度进行块体成型试验,以高度方向尺寸精度为标准,选择最优工艺参数。在尺寸精度最高的前提下,研究了SLM成型CoCrMo合金试样的显微组织和力学性能。通过热处理工艺提高了试样的机械性能。研究结果表明,在激光线能量密度0.21 J/mm,激光功率115 W,扫描速度550 mm/s时,成型试样尺寸精确度可以达到0.03 mm。成型试样表面光滑,粗糙度Ra为6.149 μm,致密度可达99.7%,近乎全致密。在细晶强化作用下,成型试样的抗拉强度为1 057 MPa,延伸率为6.7%; T4热处理后,在固溶强化作用下,抗拉强度提升至1 153 MPa,延伸率提升至17.8%。