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第一章 概论1

参考文献3

第二章 激光材料加工理论基础5

2．1引言5

2．2材料对激光吸收的一般规律7

吸收系数与穿透深度7

激光垂直入射时的反射率和吸收率8

吸收率与激光束的偏振和入射角的依赖关系8

2．3金属对激光的吸收9

理论模型9

实际金属表面对激光的吸收14

金属吸收率随温度的变化16

反常吸收效应18

2．4金属的激光加热19

2．5激光辐射下金属的蒸发及小孔效应21

2．6激光诱导等离子体24

激光诱导气体击穿24

激光支持的吸收波27

激光与等离子体的相互作用30

参考文献35

第三章 高强铝合金的激光焊接性37

3．1引言37

3．2铝合金CO2激光深熔焊的阈值及其影响因素38

材料成分的影响41

材料表面状态的影响42

气体的影响43

光致等离子体屏蔽46

3．3焊缝气孔47

铝合金激光焊接气孔的形成特点47

防止和减少焊缝气孔的途径50

3．4焊接热裂纹53

焊接热裂纹的产生机理53

铝合金激光焊接热裂纹的特点及类型57

防止焊接热裂纹的途径62

3．5焊缝成型63

背面成型63

咬边65

3．6接头强度67

铝合金的强化方式67

焊接接头的等强性69

3．7焊接结构件的应力变形75

参考文献80

第四章 采用填充焊丝的高强铝合金激光焊接82

4．1采用填充材料的必要性82

4．2采用填充材料的激光焊接方法83

采用填充焊丝的激光焊接83

预置填充材料的激光焊接87

4．3填充焊丝加热过程的数学物理模型89

模型的边界条件89

熔化能量的确定90

最小送丝速度的模拟92

最大送丝速度的模拟94

模拟计算结果95

模拟结果的检验97

模型的评价98

4．4填充焊丝的加热机制100

激光直接加热101

金属蒸汽和等离子体加热101

熔池热辐射加热102

熔池热传导加热102

4．5填充焊丝对铝合金CO2激光深熔焊接过程的影响103

填充焊丝对深熔焊临界功率密度的影响103

填充焊丝对深熔焊接过程稳定性的影响106

参考文献113

第五章 铝合金的填充粉末激光焊接114

5．1引言114

5．2激光填充粉末焊接用粉末材料和送粉系统116

铝合金材料116

铝合金粉末材料117

送粉系统117

5．3激光与粉末材料、母材的相互作用120

粉末颗粒在激光束中的运动120

粉末颗粒对激光的反射与吸收121

填充粉末对熔池形成的影响121

5．4铝合金激光填充粉末焊接工艺121

保护气的作用与影响122

填充粉末的影响123

离焦量的影响124

焊接速度的影响125

填粉激光对接焊可允许的间隙宽度126

铝合金激光焊接的能量阈值126

5．5铝合金激光焊接接头的组织与性能127

焊接接头的强度和塑性127

焊接接头的弯曲实验129

焊接接头的断口分析129

硬度130

焊接接头的金相组织131

参考文献131

第六章 铝合金的激光压力焊133

6．1激光压力焊原理及装置133

6．2铝合金激光压力焊的接头分析137

铝带激光压力焊表面状态及工艺参数137

铝合金压力焊熔核机理分析137

铝带压力焊接头硬度140

参考文献140

第七章 铝合金的激光表面强化141

7．1铝合金激光表面强化技术的特点及分类141

7．2铝合金激光表面熔凝硬化144

铝合金激光表面熔凝硬化的适用性144

铝合金激光表面熔凝硬化的组织特点144

铝合金激光表面熔凝硬化工艺146

铝合金激光表面熔凝硬化应用举例148

7．3铝合金的激光合金化149

合金化元素149

合金元素的引入151

激光合金化成分的均匀性及其控制152

合金化实例154

7．4铝合金的激光熔覆155

激光熔覆原理及方法155

激光熔覆过共晶铝硅合金工艺158

激光熔覆AlSiCuNi合金工艺164

铝合金激光熔覆应用举例169

参考文献170

第八章 高强铝合金加工用激光器171

8．1引言171

激光器的光束质量参数171

激光器光束聚焦特征参数对加工质量的影响175

高强铝合金加工对激光器的要求178

8．2高强铝合金加工用CO2激光器179

CO2激光器基础179

Kf≥90 μm·rad的CO2激光器184

17 μm·rad＜Kf＜90μm·rad的CO2激光器186

Kf＜17μm·rad的CO2激光器187

8．3高强铝合金加工用Nd：YAG激光器189

Nd：YAG激光器基础189

Kf≥45 μm·rad的Nd：YAG激光器198

Kf≤15μm·rad的Nd：YAG激光器200

8．4高强铝合金加工用激光器比较201

高强铝合金加工用激光器性能比较201

高强铝合金加工用激光器经济性比较203

参考文献204

第九章 大功率激光光束传输与聚焦205

9．1引言205

9．2大功率激光束的描述及光束质量206

大功率激光束的分类207

光束质量207

基模激光束210

相干混合模激光束211

非相干混合模激光束212

Gauss-Schnell激光束213

9．3相干混合模激光束的传输与聚焦213

相干混合模激光束的传输214

奇数模对光束横截面强度分布的影响214

混合模激光束的聚焦特性217

最小光强起伏的激光加工光学系统的设计224

光束横截面强度分布对激光焊接的影响225

焊接结果与分析226

9．4基于光束质量的大功率多模激光束的传输、变换与聚焦229

多模激光束的传输229

多模激光束的聚焦与焦点偏移230

多模激光束变换原理231

大范围多模激光束的聚焦233

焦点偏移对激光加工的影响235

激光束的加工范围236

9．5大功率激光束诱导的热效应239

反射镜冷却性能对光束传输的影响239

激光固体热透镜效应239

空气热透镜效应240

参考文献245

第十章 激光加工过程及加工质量监测247

10．1引言247

高强铝合金激光加工过程及质量监测的意义247

监测对象和方法249

技术网络图250

10．2大功率激光束光斑的监测251

功率／能量的测量251

时间参数测量252

光束空间参数测量253

大功率光束诊断技术254

空心探针测量光束质量256

几种测量仪器的比较277

10．3激光与材料作用过程的监测277

高速摄影法监测作用体系278

采样信号对光致等离子体监测282

对工件物理参数和加工质量指标实时监测290

10．4跟踪监测291

10．5小结296

参考文献296