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第1章 激光加工导论1

1.1 激光产生的物理基础1

1.1.1 能级上的粒子数分布1

1.1.2 自发辐射、受激吸收和受激辐射1

1.2 激光产生的机理3

1.3 激光器的基本构成4

1.3.1 工作物质4

1.3.2 泵浦源6

1.3.3 光学谐振腔6

1.4 激光的特点8

1.4.1 单色性8

1.4.2 方向性8

1.4.3 相干性9

1.4.4 高亮度9

1.5 激光加工中普遍涉及的激光输出参数9

1.5.1 激光模式9

1.5.2 激光输出功率10

1.5.3 激光偏振特性10

1.6 激光加工的特点10

参考文献11

第2章 激光切割12

2.1 激光切割技术概述12

2.1.1 激光切割技术的国内外现状12

2.1.2 激光切割的特点14

2.2 激光切割机理15

2.2.1 激光切割时切口的形成15

2.2.2 激光切割主要方式17

2.2.3 激光切割过程中能量的分析18

2.2.4 激光切割过程温度场的数学模型20

2.3 激光切割的工艺分析23

2.3.1 打孔点位置的确定23

2.3.2 辅助切割路径的设置23

2.3.3 激光束半径补偿和空行程处理24

2.3.4 优化排样及其算法25

2.3.5 结合零件套排问题的路径选取25

2.3.6 考虑热效应对路径的影响25

2.4 激光切割的质量评价26

2.4.1 激光切割零件的尺寸精度26

2.4.2 激光切割的切口质量26

2.5 影响激光切割质量的因素27

2.5.1 激光功率对切割能力和质量的影响28

2.5.2 激光束的质量30

2.5.3 辅助气体和喷嘴的影响33

2.5.4 切割速度的影响37

2.5.5 焦点位置的影响37

2.6 常用工程材料的激光切割39

2.6.1 金属材料的激光切割39

2.6.2 非金属材料的激光切割43

2.6.3 复合材料的切割44

2.7 激光切割安全45

2.7.1 激光对人体的危害45

2.7.2 激光切割的安全防护45

2.8 激光切割技术的发展46

参考文献47

第3章 激光焊接49

3.1 激光焊接技术的兴起及发展49

3.2 激光焊接的原理及过程51

3.2.1 金属与激光的相互作用51

3.2.2 激光焊接原理53

3.2.3 激光焊接的特点55

3.3 激光焊接的分类及其实现方式56

3.3.1 脉冲激光焊56

3.3.2 热传导焊接57

3.3.3 激光深熔焊59

3.4 激光焊接设备62

3.4.1 激光焊接设备的组成62

3.4.2 激光焊接设备现状64

3.4.3 典型的激光加工设备66

3.5 激光焊接工艺68

3.5.1 脉冲激光焊工艺参数68

3.5.2 连续激光焊工艺参数69

3.5.3 激光焊接工艺参数的选择76

3.6 激光焊接的影响因素及其焊接中常出现的问题77

3.6.1 影响激光焊接的因素77

3.6.2 激光焊接中常出现的问题80

3.6.3 激光焊接过程中的热分析83

3.6.4 激光焊接时常见的几种效应87

3.7 典型材料的激光焊接90

3.7.1 材料激光焊接的焊接性90

3.7.2 金属材料的激光焊接90

3.7.3 非金属材料的激光焊接95

3.8 激光焊接在工业中的应用95

3.8.1 激光焊接在汽车工业中的应用96

3.8.2 激光焊接在钢铁行业中的应用97

3.8.3 脉冲激光焊接的应用98

3.9 激光焊接技术的发展及其前景100

3.9.1 激光-电弧复合焊接及激光加丝焊100

3.9.2 激光-高频焊管与激光焊管101

3.9.3 激光焊接缺陷诊断102

参考文献105

第4章 激光淬火106

4.1 激光淬火的概述106

4.1.1 激光淬火的原理106

4.1.2 激光淬火的特点106

4.1.3 激光淬火的应用和研究现状106

4.2 激光淬火的理论基础108

4.2.1 激光对金属材料的热作用108

4.2.2 激光淬火的材料强化机理110

4.2.3 激光淬火加热的数学模型及其求解方法111

4.3 激光淬火工艺113

4.3.1 工件的预处理113

4.3.2 激光淬火工艺参数的选择114

4.3.3 激光淬火后组织性能116

4.4 激光淬火设备116

4.4.1 光学系统116

4.4.2 加工机床117

4.4.3 辅助系统118

4.5 典型零件的激光淬火118

4.5.1 齿轮的激光淬火118

4.5.2 发动机气缸体(套)内壁的激光淬火120

4.6 激光淬火的应用和研究展望121

参考文献122

第5章 激光抛光与激光修整金刚石砂轮123

5.1 CVD金刚石表面的激光抛光123

5.1.1 概述123

5.1.2 激光抛光金刚石膜124

5.2 激光抛光光学玻璃133

5.2.1 实验研究133

5.2.2 激光驱动热处理的控制134

5.2.3 激光抛光玻璃和玻璃-陶瓷表面的机理与方法136

5.3 激光修整金刚石砂轮137

5.3.1 概述137

5.3.2 激光修整砂轮的理论139

参考文献145

第6章 激光微细加工147

6.1 激光微细加工概述147

6.1.1 微细加工技术147

6.1.2 激光微细加工的方法及应用149

6.1.3 激光微细加工的特点151

6.2 激光微细加工原理及分类152

6.2.1 热化学、光化学和反应速率152

6.2.2 物质对光的吸收与热扩散过程153

6.2.3 激光微细加工的机理154

6.2.4 常用的激光微细加工技术155

6.3 激光辅助淀积158

6.3.1 激光辅助淀积的分类159

6.3.2 气相激光辅助淀积161

6.3.3 固相激光辅助淀积162

6.3.4 液相激光辅助淀积165

6.4 激光诱导扩散166

6.4.1 扩散的理论分析166

6.4.2 激光诱导扩散概述167

6.4.3 激光诱导扩散的实验工艺167

6.5 激光辅助掺杂168

6.5.1 激光辅助掺杂概述168

6.5.2 Si衬底中磷的气相激光掺杂170

6.5.3 固态激光扩散172

6.6 准分子激光微细加工技术174

6.6.1 准分子激光微细加工174

6.6.2 准分子激光器的泵浦方式和特点175

6.6.3 用于微细加工的准分子激光器177

6.7 激光微细加工的应用178

6.7.1 光学材料的激光微细加工178

6.7.2 硅的激光微细加工181

6.7.3 激光微细加工技术在MEMS中的应用183

6.7.4 激光微细加工技术在MOS器件制作中的应用186

6.7.5 激光微细加工技术在半导体材料加工中的应用188

6.8 激光微细加工的现状及其发展前景191

参考文献192

第7章 激光熔覆与激光合金化193

7.1 激光熔覆193

7.1.1 激光熔覆技术基础193

7.1.2 激光熔覆材料203

7.1.3 激光熔覆工艺方法205

7.1.4 激光熔覆防开裂对策208

7.1.5 激光熔覆技术的应用211

7.1.6 激光熔覆的前景214

7.2 激光合金化215

7.2.1 激光合金化技术基础215

7.2.2 激光合金化工艺218

7.2.3 合金化层质量的控制226

7.2.4 激光合金化技术防开裂对策228

7.2.5 激光合金化技术的应用230

参考文献232

第8章 激光板料成形234

8.1 概述234

8.2 激光热应力成形234

8.2.1 激光热应力成形设备236

8.2.2 激光热应力成形机理237

8.2.3 主要影响因素239

8.2.4 激光热应力成形的分析模型243

8.2.5 存在的问题及发展245

8.3 激光冲击成形246

8.3.1 技术特点247

8.3.2 工艺过程247

8.3.3 主要影响因素248

8.3.4 应用前景与展望255

参考文献256

第9章 激光冲击强化259

9.1 概述259

9.2 激光冲击过程理论分析259

9.2.1 激光的吸收及能量的传输260

9.2.2 材料在激光冲击下的传热262

9.2.3 金属在激光冲击下的汽化263

9.2.4 激光冲击产生冲击波265

9.3 激光冲击的两种模型267

9.3.1 非约束模型下冲击波的压力267

9.3.2 约束模型下冲击波的压力268

9.4 涂层和约束层技术270

9.4.1 能量吸收涂层270

9.4.2 约束层273

9.5 激光冲击设备278

9.5.1 红宝石激光器278

9.5.2 钕玻璃激光器279

9.5.3 掺钕钇铝石榴石(ND3+∶YAG)激光器279

9.6 典型材料激光冲击强化效果280

9.6.1 QT700-2球墨铸铁281

9.6.2 45钢材料282

9.6.3 2024铝合金284

9.7 激光冲击强化技术的应用与发展288

参考文献290