为了改善钢/铝熔钎焊中钎焊缝与钢一侧接合界面上冶金反应的不均匀性，进而提高接头的拉伸强度，采用仿真模拟及实验相结合的方法研究了V型坡口对钢/铝激光对接熔钎焊性能的影响。利用ANSYS软件对钢/铝激光对接熔钎焊温度场进行仿真，在镀锌钢板上开设V型坡口时，接合界面靠近上表面与靠近下表面的温度梯度（为241℃）较不开坡口时的温度梯度（为588℃）明显减小；分别在镀锌钢板上开设V型坡口与不开设坡口的钢/铝异种金属进行激光对接熔钎焊试验，并对试样进行拉伸测试。结果表明，在镀锌钢板上开设V型坡口的情况下，接合界面上金属间化合物层的厚度分布较不开坡口均匀；V型坡口的存在使得断裂位置远离接合界面，接头的机械性能明显改善。

为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的"三明治"方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。

为了研究高功率光纤激光焊接工艺参量对底部驼峰倾向的影响,采用单一变量方法研究了激光功率、焊接速度、离焦量、下表面保护气体流量及焊接方位的变化对底部驼峰的影响。结果表明,随激光功率的增加,底部驼峰倾向先加大后减小;焊接速率提高时,底部驼峰高度先增加后减小,驼峰间距明显减小;离焦量在0mm附近时,底部驼峰倾向较大;适当的下表面保护气体流量有助于减小底部驼峰倾向,最佳流量为15L/min;焊接方位为60时,一定程度上可减小底部驼峰倾向。优化后的工艺参量合理, 可有效地消除底部驼峰。

为了找到一种适用于激光修锐砂轮工艺参量预测和优化的方法,采用神经网络和粒子群算法,建立了激光修锐砂轮工艺参量优化模型。首先构建了工艺参量与工件表面粗糙度之间映射关系的神经网络模型,然后基于预测模型采用粒子群算法实现工艺参量优化,最后采用粒子群算法优化获取的5组工艺参量进行了激光修锐试验。结果表明,样本值与神经网络仿真输出值的相对误差小于3%,试验值与期望值的相对误差控制在6%以内。综合说明该优化模型具备良好的优化能力。

为了解决高功率光纤激光非熔透焊接5A06铝合金过程中,焊接熔深的控制、合金元素的烧损、焊缝表面质量的改善等方面难以兼顾的问题,采用固定激光功率和正面焊接保护气的方法,通过改变单一焊接参量,研究了焊接速率、离焦量、搭接板间间隙的变化对焊缝表面质量的影响,并对焊缝内部镁元素的分布规律进行了理论分析和实验验证。结果表明,焊缝的硬度与镁元素的分布相一致;由于熔合线附近晶粒细化和母材镁元素扩散的共同作用,使熔合线附近的硬度高于其它部位;优化参量后的非熔透激光焊接头强度大于电弧铆焊接头,间隙为0.2mm的时候,激光焊接头强度最大,为母材抗拉强度的68.1%。这一结果对指导工业中的铝合金非熔透激光焊接是有帮助的。

为了使光纤激光在线选择整形金刚石砂轮达到理想的整形精度，采用计算机、CCD传感器、PCIe-6361型数据采集卡为主要硬件，LabVIEW作为上位机软件开发工具搭建了一套光纤激光在线整形金刚石砂轮系统。该系统不仅可以实现金刚石砂轮的激光在线整形，而且可以在短时间内实现对砂轮表面轮廓的高精度测量和数据存储。结果表明，通过对砂轮的轮廓测量，设定金刚石砂轮的整形阈值为38.23m，采用功率35W、重复频率50kHz的光纤激光整形金刚石砂轮，整形后砂轮高点的高度值基本上控制在38m以下。该系统设计能满足金刚石砂轮的整形要求。

为了解决6061铝合金在激光焊接过程中出现的易变形、变形大的问题，采用施加超声波以辅助焊接的方法，以1mm厚的6061铝合金薄板为研究对象展开超声波辅助激光焊接试验，探究超声波对6061铝合金焊接变形的抑制作用；利用单因素试验方法分析了超声波功率对焊接变形的影响规律，设计包括超声波功率、激光功率、焊接速率、离焦量、保护气流量在内的五因素五水平正交试验，分析了超声波功率以及常规焊接参量分别对焊接变形的影响程度，并获得了能够得到最小变形的工艺参量组合。结果表明，焊接变形会随着超声波功率的增加而减小，超声波功率800W时较无超声情况下试件的挠曲变形及角变形分别减小了51.27%和51.46%；同时，当激光功率为1000W、焊接速率为5m/min、离焦量为+1mm、保护气流量为15L/min、超声波功率为800W时, 可以获得变形最小的试件，所得到的试件挠曲变形量为0.42mm，角变形量为0.26mm。此研究为超声波辅助焊接在控制薄板焊接变形方面的应用提供了一定的工艺和理论参考。

为了研究100W皮秒激光对碳纤维复合材料（CFRP）切割工艺，采用单因素实验方法，进行了理论分析和实验验证，得到了平均功率、重复频率、扫描速率、扫描次数对热影响区及扫描深度的影响规律，并对1.5mm厚碳纤维复合材料板进行了切割实验。结果表明，选取平均功率为60W、重复频率为0.4MHz、扫描速率为10m/s、轨迹重复扫描20次、切缝上表面宽为350μm等适当参量时，得到的直线切缝和圆形切孔的热影响区极小。这为皮秒激光切割CFRP的进一步研究与工业应用提供了参考。

为了获得成形良好、气孔少的玻璃焊接焊缝, 采用在中间层添加对激光波长不透明玻璃料的方法, 对玻璃与玻璃激光焊接中出现的气孔问题进行了研究。以半导体激光作为热源, 搭建了用于玻璃与玻璃激光焊接的成套焊接设备, 对玻璃与玻璃激光焊接工艺进行了实验研究。通过分析气孔分布特征, 统计焊缝气孔率, 测量气孔尺寸, 对比焊缝正、反面形貌差异, 研究了激光平均功率、焊接速率等工艺参量对焊缝气孔产生的规律及表面形貌的影响。结果表明, 当激光功率过小、焊接速率过慢时, 不利于抑制焊缝中气孔的产生, 并且出现未焊上的情况; 随着激光功率、焊接速率的增加, 焊缝当中的气孔率显著上升; 在激光功率P=35W、焊接速率v＝0.1m/min、离焦量d=-15mm时, 可获得成形良好、气孔直径在3.696μm以下且分布均匀的焊缝, 连接强度高。此研究可为玻璃的激光封接制造提供理论依据, 具有广泛的工业应用前景。

为了根据实验规律获得更多激光修整青铜金刚石砂轮的工艺参数, 采用反向传播(BP)神经网络和粒子群遗传混合优化算法(PSO&GA), 建立了激光修整青铜金刚石砂轮的预测模型。首先通过分析激光修整的原理得出砂轮型面角度、激光偏转角度、入射角度和光斑重叠率为主要影响参数, 并以砂轮型面角度误差和峰谷(PV)值为评价指标修整了192组工艺实验数据; 建立了4×9×2的3层BP神经网络预测模型, 通过PSO&GA混合优化算法对预测模型进行训练优化; 最后选取16组实验数据测试BP神经网络预测模型, 预测结果比较准确; 并对比了梯度下降法(GD)、粒子群优化算法(PSO)和遗传算法(GA)的BP神经网络的训练效果。结果表明, 经PSO&GA-BP预测模型角度误差预测偏差在0.2°以内, PV值预测偏差在1.6 μm以内, 相较于其它优化算法, 收敛速度更快、精度更高。该研究为激光修整青铜金刚石砂轮提供了良好的预测模型。