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第1章 绪论1

第2章 激光的物理特性5

2.1 激光的基本物理特性5

2.2 光束特征描述及光束传播定义6

2.2.1 光束的模式6

2.2.2 发散角8

2.2.3 光束传播因子和光束衍射极限因子9

2.2.4 光束参数积10

2.2.5 光束的聚焦11

参考文献12

第3章 工业激光器及其加工系统13

3.1 激光产生的基本原理13

3.2 CO2气体激光器14

3.2.1 横流式CO2激光器15

3.2.2 轴流式CO2激光器17

3.2.3 扩散冷却CO2激光器18

3.3 Nd：YAG固体激光器20

3.3.1 灯泵浦Nd：YAG激光器21

3.3.2 二极管泵浦Nd：YAG激光器22

3.4 半导体激光器24

3.5 激光器的选择27

3.6 光学材料28

3.6.1 高反射率材料29

3.6.2 透射材料29

3.6.3 热透镜效应30

3.7 光束传输系统31

3.7.1 光束的扩束31

3.7.2 光束的转向32

3.7.3 光束的能量分配32

3.7.4 反射镜传输32

3.7.5 光纤传输33

3.8 光束聚焦系统36

3.9 保护气体与喷嘴结构37

3.10 激光焊接加工系统38

3.10.1 加工系统38

3.10.2 控制系统和检测系统40

参考文献41

第4章 激光与材料之间的相互作用42

4.1 激光与材料作用引起的物态变化42

4.2 激光与材料作用的能量平衡43

4.3 金属材料对激光的吸收44

4.3.1 波长的影响45

4.3.2 温度的影响46

4.3.3 表面状况的影响47

4.3.4 偏振的影响48

4.4 光致等离子体行为49

4.4.1 光致等离子体的形成49

4.4.2 等离子体的周期性50

4.4.3 激光维持吸收波51

4.4.4 等离子体在能量传输中的作用52

4.4.5 光致等离子体的控制58

4.5 匙孔效应59

4.5.1 匙孔内的能量吸收59

4.5.2 匙孔内的压力平衡60

参考文献61

第5章 激光焊接特性64

5.1 激光焊接基本原理64

5.2 激光焊接的熔池、匙孔及等离子体行为65

5.3 激光焊接的主要影响因素69

5.3.1 激光能量70

5.3.2 光束特性73

5.3.3 焊接特性74

5.3.4 保护气体79

5.3.5 工件的准备与装夹82

5.3.6 焊接飞溅及其防止84

5.4 金属材料的激光焊接特性85

5.4.1 碳钢86

5.4.2 不锈钢87

5.4.3 铜、铝及其合金88

5.4.4 钛及钛合金90

参考文献90

第6章 现代激光焊接技术92

6.1 激光填丝焊92

6.1.1 激光填丝焊特点92

6.1.2 激光填丝焊的送丝特性93

6.1.3 激光束与填充金属之间的相互作用95

6.1.4 激光填丝焊技术的应用97

6.2 激光-电弧复合热源焊接99

6.2.1 激光-电弧复合热源焊接特点100

6.2.2 激光与电弧的复合方式101

6.2.3 激光与电弧之间的相互作用105

6.2.4 激光-电弧复合热源焊接技术的应用107

6.3 双光束激光焊接111

6.3.1 双光束激光焊接原理111

6.3.2 双束激光的实现113

6.3.3 双光束激光焊接技术的应用115

6.4 激光钎焊119

6.4.1 激光钎焊原理119

6.4.2 激光钎焊技术的分类120

6.4.3 激光钎焊工艺特点125

6.4.4 激光钎焊系统127

6.4.5 激光钎焊技术的应用128

6.5 激光点焊130

6.5.1 激光点焊特点130

6.5.2 激光点焊的缺陷分析132

6.5.3 激光点焊技术的应用134

参考文献136

第7章 激光焊接过程质量监测139

7.1 声发射信号传感140

7.1.1 结构负载声信号140

7.1.2 空气负载声信号142

7.2 光辐射信号传感144

7.2.1 基于光电二极管的光辐射信号144

7.2.2 基于视觉传感的光辐射信号149

7.3 电信号传感160

7.4 超声传感161

7.4.1 电磁声学转换162

7.4.2 激光超声163

7.5 X射线传感166

7.6 激光焊接过程的融合传感171

7.6.1 声发射与光辐射的融合171

7.6.2 多波段光辐射的融合173

参考文献176

第8章 激光焊接过程的数值计算181

8.1 激光焊接传热基础182

8.2 激光热导焊接温度场的解析计算184

8.2.1 点热源模型184

8.2.2 表面热源模型186

8.3 激光深熔焊接的解析计算187

8.3.1 静止线状热源187

8.3.2 移动线状热源188

8.3.3 移动点-线热源190

8.3.4 匙孔热力学分析190

8.4 激光焊接的数值解模型197

8.4.1 控制方程及边界条件和初始条件198

8.4.2 热源模型200

8.4.3 材料性能参数202

8.4.4 有限差分模型204

8.4.5 有限元模型206

参考文献207