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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