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第一章 概论 1

参考文献 4

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

2.2.1 吸收系数与穿透深度 7

2.2.2 激光垂直入射时的反射率和吸收率 8

2.2.3 吸收率与激光束的偏振和入射角的依赖关系 9

2.3 金属对激光的吸收 10

2.3.1 理论模型 10

2.3.2 实际金属表面对激光的吸收 16

2.3.3 金属吸收率随温度的变化 19

2.3.4 反常吸收效应 21

2.4 金属的激光加热 23

2.5 激光辐射下金属的蒸发及小孔效应 25

2.6 激光诱导等离子体 29

2.6.1 激光诱导气体击穿 29

2.6.2 激光支持的吸收波 33

2.6.3 激光与等离子体的相互作用 37

参考文献 44

第三章 高强铝合金的激光焊接性 47

3.1 引言 47

3.2 铝合金 CO2激光深熔焊的阈值及其影响因素 48

3.2.1 材料成分的影响 52

3.2.2 材料表面状态的影响 54

3.2.3 气体的影响 55

3.2.4 光致等离子体屏蔽 57

3.3 焊缝气孔 59

3.3.1 铝合金激光焊接气孔的形成特点 59

3.3.2 防止和减少焊缝气孔的途径 63

3.4 焊接热裂纹 66

3.4.1 焊接热裂纹的产生机理 66

3.4.2 铝合金激光焊接热裂纹的特点及类型 72

3.4.3 防止焊接热裂纹的途径 77

3.5 焊缝成型 80

3.5.1 背面成型 80

3.5.2 咬边 81

3.6 接头强度 83

3.6.1 铝合金的强化方式 83

3.6.2 焊接接头的等强性 87

3.7 焊接结构件的应力变形 94

参考文献 100

第四章 采用填充焊丝的高强铝合金激光焊接 102

4.1 采用填充材料的必要性 102

4.2.1 采用填充焊丝的激光焊接 103

4.2 采用填充材料的激光焊接方法 103

4.2.2 预置填充材料的激光焊接 108

4.3 填充焊丝加热过程的数学物理模型 110

4.3.1 模型的边界条件 111

4.3.2 熔化能量的确定 113

4.3.3 最低送丝速度的模拟 115

4.3.4 最大送丝速度的模拟 118

4.3.5 模拟计算结果 119

4.3.6 模拟结果的检验 121

4.3.7 模型的评价 123

4.4 填充焊丝的加热机制 124

4.4.1 激光直接加热 125

4.4.2 金属蒸气和等离子体加热 126

4.4.3 熔池热辐射加热 127

4.4.4 熔池热传导加热 127

4.5 填充焊丝对铝合金 CO2激光深熔焊接过程的影响 128

4.5.1 填充焊丝对深熔焊临界功率密度的影响 128

4.5.2 填充焊丝对深熔焊接过程稳定性的影响 132

参考文献 141

第五章 铝合金的填充粉末激光焊接 142

5.1 引言 142

5.2.2 铝合金粉末材料 145

5.2.1 铝合金材料 145

5.2 激光填充粉末焊接用粉末材料和送粉系统 145

5.2.3 送粉系统 146

5.3 激光与粉末材料、母材的相互作用 150

5.3.1 粉末颗粒在激光束中的运动 150

5.3.2 粉末颗粒对激光的反射与吸收 151

5.3.3 填充粉末对熔池形成的影响 151

5.4 铝合金激光填充粉末焊接工艺 152

5.4.1 保护气的作用与影响 153

5.4.2 填充粉末的影响 154

5.4.4 焊接速度的影响 156

5.4.3 离焦量的影响 156

5.4.5 填粉激光对接焊可允许的间隙宽度 158

5.4.6 铝合金激光焊接的能量阈值 159

5.5 铝合金激光焊接接头的组织与性能 160

5.5.1 焊接接头的强度和塑性 160

5.5.2 焊接接头的弯曲试验 162

5.5.3 焊接接头的断口分析 162

5.5.4 硬度 164

5.5.5 焊接接头的金相组织 164

参考文献 165

6.1 激光压力焊原理及装置 167

第六章 铝合金的激光压力焊 167

6.2 铝合金激光压力焊的接头分析 172

6.2.1 铝带激光压力焊表面状态及工艺参数 172

6.2.2 铝合金压力焊熔核机理分析 173

6.2.3 铝带压力焊接头硬度 174

参考文献 176

第七章 铝合金的激光表面强化 177

7.1 铝合金激光表面强化技术的特点及分类 177

7.2 铝合金激光表面熔凝硬化 180

7.2.1 铝合金激光表面熔凝硬化的适用性 180

7.2.2 铝合金激光表面熔凝硬化的组织特点 182

7.2.3 铝合金激光表面熔凝硬化工艺 184

7.2.4 铝合金激光表面熔凝硬化应用举例 186

7.3 铝合金的激光合金化 187

7.3.1 合金化元素 187

7.3.2 合金元素的引入 189

7.3.3 激光合金化成分的均匀性及其控制 191

7.3.4 合金化实例 194

7.4 铝合金的激光熔覆 195

7.4.1 激光熔覆原理及方法 195

7.4.2 激光熔覆过共晶铝硅合金工艺 198

7.4.3 激光熔覆 AlSiCuNi 合金工艺 202

7.4.4 铝合金激光熔覆应用举例 208

参考文献 210

第八章 高强铝合金加工用激光器 212

8.1 引言 212

8.1.1 激光器的光束质量参数 212

8.1.2 激光器光束聚焦特征参数对加工质量的影响 217

8.1.3 高强铝合金加工对激光器的要求 221

8.2 高强铝合金加工用 CO2激光器 222

8.2.1 CO2激光器基础 222

8.2.2 Kf≥90μm·rad 的 CO2激光器 229

8.2.3 17μm·rad＜Kf＜90μm·rad 的 CO2激光器 231

8.2.4 Kf＜17μm·rad 的 CO2激光器 233

8.3 高强铝合金加工用 Nd：YAG 激光器 234

8.3.1 Nd：YAG 激光器基础 234

8.3.2 Kf≥45μm·rad 的 Nd：YAG 激光器 247

8.3.3 Kf≤15μm·rad 的 Nd：YAG 激光器 249

8.4 高强铝合金加工用激光器比较 250

8.4.1 高强铝合金加工用激光器性能比较 250

8.4.2 高强铝合金加工用激光器经济性比较 252

参考文献 254

第九章 大功率激光光束传输与聚焦 255

9.1 引言 255

9.2.1 大功率激光束的分类 257

9.2 大功率激光束的描述及光束质量 257

9.2.2 光束质量 258

9.2.3 基模激光束 261

9.2.4 相干混合模激光束 262

9.2.5 非相干混合模激光束 264

9.2.6 Gauss-Schnell 激光束 264

9.3 相干混合模激光束的传输与聚焦 265

9.3.1 相干混合模激光束的传输 265

9.3.2 奇数模对光束横截面强度分布的影响 266

9.3.3 混合模激光束的聚焦特性 269

9.3.4 最小光强起伏的激光加工光学系统的设计 275

9.3.5 光束横截面强度分布对激光焊接的影响 278

9.3.6 焊接结果与分析 280

9.4 基于光束质量的大功率多模激光光束的传输、变换与聚焦 282

9.4.1 多模激光束的传输 283

9.4.2 多模激光束的聚焦与焦点偏移 284

9.4.3 多模激光光束变换原理 285

9.4.4 大范围多模激光光束的聚焦 288

9.4.5 焦点偏移对激光加工的影响 290

9.4.6 激光束的加工范围 292

9.5 大功率激光束诱导的热效应 294

9.5.1 反射镜冷却性能对光束传输的影响 294

9.5.2 激光固体热透镜效应 295

9.5.3 空气热透镜效应 296

参考文献 302

第十章 激光加工过程及加工质量监测 305

10.1 引言 305

10.1.1 高强铝合金激光加工过程及质量监测的意义 305

10.1.2 监测对象和方法 307

10.1.3 技术网络图 309

10.2 大功率激光光束光斑的监测 310

10.2.1 功率/能量的测量 311

10.2.3 光束空间参数测量 312

10.2.2 时间参数测量 312

10.2.4 大功率光束诊断技术 314

10.2.5 空心探针测量光束质量 317

10.2.6 几种测量仪器的比较 339

10.3 激光与材料作用过程的监测 342

10.3.1 高速摄影法监测作用体系 343

10.3.2 采样信号对光致等离子体监测 348

10.3.3 对工件物理参数和加工质量指标实时监测 359

10.4 跟踪监测 360

10.5 小结 367

参考文献 367