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目 录 1

1引论 1

1.1概述 1

1.2激光功率密度分布对热处理结果的影响 2

1.3激光光束的优化变换 6

1.4光束扫描速度对激光淬火结果的影响 8

1.5工件边界对热作用的影响及作用光束的 8

实时变换 8

1.6激光热处理实时控制系统探析 10

参考文献 11

2激光热处理优化控制的数学模型 13

2.1激光热处理优化控制的简易模型 13

2.1.1 具有表面热源的半无限大材料热传 14

导方程的解及其快速计算 14

2.1.2 激光热处理工艺优化的数学原则 15

2.1.3 数值计算实例 16

2.1.4 以Acl为界的相变模型 19

2.1.5 常规热处理和激光热处理的区别 20

2.1.6 激光热处理优化的简易模型 21

2.2碳钢球化体的激光相变硬化数学模拟 24

2.2.1数学模型 25

2.2.2数值分析 29

2.2.3 温度场计算及潜热校正问题 31

2.3碳钢球化体激光相变硬化模型的实验验证 32

2.3.1 实验方法与输入参数 33

2.3.2 实验结果与分析 34

2.4片状珠光体碳钢的激光相变硬化的理论计 39

算及实验验证 39

2.4.1理论分析 39

2.4.2 数值计算与实验结果的比较 40

2.4.3 实验结果分析 42

参考文献 45

3红外大功率激光的测量 47

3.1 直边衍射条纹的间距公式及其在激光测量中 47

的应用 47

3.1.1 平面波菲涅耳直边衍射条纹的间距公式 47

3.1.2 球面波菲涅耳直边衍射条纹的间距公式 52

3.1.3 菲涅耳直边衍射条纹的间距公式在光学 52

测量中的应用 52

3.2.1 “LBA”检测仪的测量原理 57

3.2激光功率密度实时测量系统LBA的研究 57

3.2.2 直接来自LBA探测仪的测试信号特征分析 58

3.2.3 测量信息处理实例 65

3.3 红外大功率激光功率密度分布的简易测试 66

3.3.1 测量方法简介 68

3.3.2理论证明 69

3.3.3 减小测量误差的简单讨论及测试实例 72

3.4二氧化碳激光功率密度分布测量的数据处理 74

3.4.1 热敏纸及常用复印白纸的热敏特性 74

3.4.2 图像取样及数据处理 75

3.4.3测试数据的定标 78

3.4.4对衍射影响的补偿 79

3.5 图像叠加法测量大功率激光功率密度分布 79

3.5.1 图像叠加法测量原理 80

3.5.2激光束功率密度的实际测量 82

3.5.3 图像叠加法的测量误差 84

3.6大功率红外激光功率密度分布的实时检测 85

3.6.1 实时采样装置简介 85

3.6.2理论研究 86

3.6.3讨论 90

参考文献 92

4.1简单分割叠加变换系统 93

4激光变换光学系统 93

4.1.1 高斯光带变换系统 94

4.1.2 矩形光斑变换装置 104

4.1.3 简单分割叠加变换系统小结 106

4.2分束叠像光学变换系统 108

4.2.1分束叠像变换与简单叠加变换的理论比较 108

4.2.2反射式方形激光斑叠像器 118

4.2.3衍射计算在光学设计中的应用 130

4.3.1 光学系统结构简介 134

4.3激光热处理实时变换系统 134

4.3.2理论研究 135

4.3.3理论研究与实验结果的比较 140

参考文献 141

5金属非熔凝激光热处理中的热作用及相变硬化 143

带计算 143

5.1热传导方程及激光热作用分析方法 143

5.1.1 热传导方程 144

5.1.2金属非熔凝激光热处理的热作用求解方法 145

5.1.3热传导方程的解析解 146

5.2.1 利用“像光源”处理简单边界问题 149

5.2热传导方程解析解的讨论 149

5.2.2 热传导方程的解析解与数值计算的比较 150

5.2.3 几个常用的温度场计算公式 155

5.3相变硬化带的理论计算 160

5.3.1 利用温度场解析公式及Acl为界的相变 160

模型直接计算 160

5.3.2相变硬化带的快速估计 164

参考文献 168

的热作用研究 169

6几种光学变换系统的热作用研究 169

6.1非熔凝激光热处理中光的干涉和衍射结构 169

6.2矩形光斑叠像器的热作用研究 174

6.2.1 光斑功率密度分布的几何光学描述 174

6.2.2温度场计算公式的建立 177

6.2.3数值计算和实验测量的比较 178

6.3激光宽带聚焦系统及其热作用研究 182

6.3.1 光学系统简介 182

6.3.2 光学系统的几何光学讨论 182

6.3.3 温度场计算公式及实验研究 184

6.4激光热处理光束实时变换系统的热作用 185

6.4.1 实时变换系统的几何光学讨论 185

6.4.2光学系统热作用公式的建立及热作用的实 187

时模拟 187

参考文献 190

7激光热处理热应力研究 191

7.1铁基材料热处理后表面的残余热应力 194

形成分析 194

7.2激光热处理热应力计算 194

7.2.1 热弹性理论的基本方程 195

7.2.2 半无限大介质表面有移动面热源时的准定常热应力 208

7.2.3 激光热处理中的热冲击问题 208

7.3利用X射线衍射法测量残余应力 212

7.3.1 晶体X射线衍射的布拉格方程 213

7.3.2 残余应力的X射线衍射测量 214

参考文献 220

8激光热处理实验与应用实例 221

8.1简单聚焦光束热处理 221

8.1.1 实验装置及材料 221

8.1.2 热处理参数的选择原则 224

8.1.3实验结论与应用实例 225

8.2矩形光斑叠像器对硬化带形貌的控制研究 228

8.2.1 实验装置及材料 228

8.2.2热处理工艺参数的设计 228

8.2.3实验结论及讨论 229

8.3矩形光斑叠像器用于沟槽表面相变硬化 232

8.3.1实验装置及材料 232

8.3.2热处理工艺参数的设计 232

8.3.3实验结论 236

参考文献 240

附录A光波衍射的菲涅耳近似 241

A.1基尔霍夫积分定律 241

A.2平面衍射物的基尔霍夫衍射公式及瑞利－ 244

索末菲公式 244

A.3衍射计算的菲涅耳近似 248

附录B二维傅里叶变换 252

B.1定义和存在条件 252

B.2.5卷积定理 253

B.2.4 帕色伏定理 253

B.2.3相移定理 253

B.2.2相似性定理 253

B.2傅里叶变换定理 253

B.2.1线性定理 253

B.2.6 自相关定理 254

B.2.7傅里叶积分定理 254

附录C几个常用函数 255

C.1矩形函数 255

C.2 sinc函数 255

C.4阶跃函数 256

C.5三角函数 256

C.3符号函数 256

C.6园域函数 257

C.7狄拉克δ函数 257

C.7.1 δ函数的定义 257

C.7.2 δ函数的主要性质 259

C.8梳状函数 260

附录D常用函数的傅里叶变换对 261

附录E 热物性系数为常量的无限大连续介质中热 262

传导方程的解 262

作者后记 266