采用多光束耦合纳秒激光对SiC陶瓷进行抛光试验研究，研究了耦合激光的双向光斑重叠率（δ）和能量密度（E_D）对抛光表面质量的影响。使用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪以及拉曼光谱仪等仪器观测表征了SiC陶瓷抛光前后的表面形貌、表面粗糙度、元素分布以及物相变化等。结果表明：随着δ和E_D的增加，激光抛光表面出现重铸层，重铸层的拉曼光谱曲线含有Si的特征峰；当耦合激光的δ为75%、E_D为4.254 J/cm²、扫描次数为2时，抛光表面粗糙度（R_a）降至0.73 μm；当δ和E_D过大时，抛光表面易在孔隙附近出现微裂纹，并向周围延伸。

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征，基于扫描电镜和电子背散射衍射仪，分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明：重铸层表面的Fe元素少量蒸发，从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变，厚度逐渐增大，组织呈现为分层的针状晶形态；对于晶体取向，切缝顶部晶粒的外延生长比例低于底部，前者生长方向的随机分布由熔体紊流引起，后者的外延生长由熔体层流引起；母材中的γ相为等轴晶形态，δ相呈带状分布；重铸层中γ相的晶粒形态不规则，粗化至母材的2倍左右，而δ相则弥散分布，细化至母材中δ相尺寸的1/6~1/2；组织转变的原因是激光切割过程中极大的温度梯度大幅缩短了δ相形成温度的持续时间，同时，熔体扰动促使δ相弥散分布。

为了探究激光加工高体积分数碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料厚板的成孔特征, 采用激光旋切法对厚度为4mm的SiCp/Al复合材料进行直径为1mm的制孔实验, 分析紫外皮秒激光制孔中重铸层及其表面裂纹的形成机理, 获得了关键激光加工参数(激光功率百分比和扫描速率)对孔重铸层的影响规律。结果表明, SiCp/Al复合材料厚板皮秒激光加工中存在百微米级别的重铸层, 重铸层厚度不随激光功率的增加而单调变化, 在100%的激光功率下厚度最小,其值为99.5μm; 而随激光扫描速率的增加而增加, 在100mm/s的扫描速率下厚度最小, 其值为71.2μm;厚板紫外皮秒激光加工SiCp/Al复合材料的重铸层呈现“月牙型”的弧状形貌特征, 同时重铸层表面显著存在横向和纵向等多种裂纹。该研究为实现SiCp/Al复合材料皮秒激光低损伤微小孔加工提供了一定的理论指导。

采用高功率光纤激光对20 mm厚Q345碳钢进行激光切割的工艺探究并观察切割后的重铸层和热影响区的微观组织。采用多组单因素实验, 对比研究了激光功率、切割速度、辅助气体压力、离焦量对切割质量的影响规律, 最佳工艺参数为激光功率8 kW、切割速度0.6 m/min、离焦量+10 mm、氧气辅助压力140 kPa、喷嘴直径1.4 mm、切割高度0.5 mm。通过SEM观察了切割后碳钢样品横截面的微观形貌, 发现了重铸层及热影响区与基材之间微观组织形态与尺寸的差异, 并分析了重铸层及热影响区微观组织的形成机理。研究成果有助于超高功率光纤激光切割技术在中厚钢板切割领域应用的推广。

为了探究光纤微秒激光加工中关键工艺参量对心血管支架重铸层和热影响区的形成机理及变化趋势, 采用了基于不同单因素参量下光纤微秒激光切割316L医用不锈钢的实验方法。通过进行理论分析和实验验证, 得到了单因素参量下316L心血管支架的实物模型及其热影响区及重铸层的检测数据。结果表明, 重铸层厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响, 随脉冲宽度和脉冲功率的增大而增大, 当脉宽为20μs时, 最小重铸层厚度为3.0μm; 热影响区厚度与脉冲宽度、脉冲频率、激光功率、切割速率有关, 即随脉冲宽度及脉冲频率的增大而增大,随功率的增大先增大后减小,随切割速率的增大先减小后增大, 当脉冲频率为5000Hz时,最小热影响区厚度为0.2μm。通过研究316L心血管支架重铸层及热影响区的形成机理及变化趋势, 为后续的正交实验及抛光实验奠定了基础。

Ti6Al4V合金在毫秒激光打孔过程中，沿孔壁会形成严重影响成品性能的重铸层。考虑熔体受到的热学和力学等方面的影响，基于修改的流体力学方程和改进的水平集法，建立了激光打孔的固/液/气三相二维数值计算模型，在单脉冲能量为3 J的条件下,对不同脉宽参数的激光打孔进行数值研究。运用后处理技术提取了打孔过程中重铸层的温度场、流场和厚度分布情况。结果表明，蒸发和喷溅是熔体排除的主要方式，重铸层是在热-力耦合作用下形成的。重铸层的厚度随激光脉宽的增大而增加，并呈现从孔口到孔底逐渐变薄的特征。

针对燃气轮机叶片气膜孔传统加工方法存在的缺陷, 采用飞秒激光旋切带热障涂层的高温合金加工气膜孔, 获得了无裂纹、无附着残渣及无重铸层的锥孔。结合飞秒激光加工过程中材料的去除机理, 分析得出：等角速度旋切造成的孔锥度较大; 材料的去除过程为绝热冷却过程, 即与周边材料几乎没有热交换, 未发生基体材料熔化后重新凝固形成重铸层的过程。然而, 在孔的入口发现黑色附着物, 随着加工次数的增加, 逐步覆盖整个入口边缘的部分。试验过程中可收集到含有镍、锆、氧等元素的纳米颗粒, 证明被去除的材料通过液相爆破的方式以纳米颗粒的形式快速离开基体, 从而解释了加工后在孔壁未发现大量附着残渣粘连的原因。相对于低速单层旋切, 高速多层旋切加工效率更高。