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第1章 激光材料加工概述 1

1.1 激光产生的基本原理 1

1.1.1 基本概念 1

1.1.2 激光产生的基本条件 2

1.2 激光束的特性 3

1.3 激光材料加工 3

1.3.1 激光材料加工基本原理 3

1.3.2 激光材料加工基本特点 4

1.3.3 激光材料加工分类 4

1.3.4 激光加工技术在航空工业中的应用 5

第2章 激光与材料的相互作用 7

2.1 引言 7

2.2 材料表面对激光的吸收与加热 7

2.2.1 材料宏观光学常量与激光吸收之间的关系 7

2.2.2 激光在材料中的微观吸收机理 8

2.2.3 激光吸收率 9

2.2.4 激光热源模型及其在固体材料中产生温度场 10

2.3 激光作用材料的熔化和汽化 12

2.3.1 激光作用下材料的浅层熔化 12

2.3.2 激光作用下材料的深层熔化 12

2.3.3 激光作用下材料的小孔现象与液态质量迁移 13

2.3.4 激光作用下材料的汽化 13

2.3.5 激光作用下材料的后退速度与气态质量迁移 13

2.4 激光诱导等离子体及其力学效应 14

2.4.1 激光等离子体产生机制 14

2.4.2 等离子体对激光的吸收和激光等离子体屏蔽现象 14

2.4.3 激光支持的吸收波 15

2.4.4 激光与材料表面的冲量耦合 16

2.5 激光作用材料组织相变 17

第3章 材料加工类激光器设备 19

3.1 前言 19

3.1.1 激光器的组成 19

3.1.2 激光器的分类 19

3.2 常用激光器的原理与结构 21

3.2.1 He-Ne激光器 21

3.2.2 CO2激光器 25

3.2.3 Nd：YAG固体激光器 30

3.2.4 光纤激光器 33

3.2.5 碟片激光器 39

第4章 激光材料加工系统组成 42

4.1 引言 42

4.2 激光器 42

4.3 光路整形与传输系统 42

4.3.1 光路整形系统 43

4.3.2 光束传输系统 45

4.4 运动轨迹控制与操作系统 46

4.5 典型激光材料加工系统与设备 47

4.5.1 大功率CO2激光多功能加工设备 48

4.5.2 大功率YAG激光焊接平台 61

4.5.3 双光束激光焊接系统——基于机器人激光双光束填丝焊接系统 61

4.5.4 先进激光切割设备——大型数控五轴联动光纤激光切割机 62

4.5.5 激光制孔设备 63

4.5.6 激光增材制造设备 66

4.5.7 激光冲击强化设备 73

第5章 激光产品危害及材料加工安全防护 77

5.1 激光产品危险等级分类 77

5.1.1 第Ⅰ类激光设备 77

5.1.2 第Ⅱ类激光设备 77

5.1.3 第Ⅲa类激光设备 77

5.1.4 第Ⅲb类激光设备 77

5.1.5 第Ⅳ类激光设备 78

5.2 激光危害 78

5.3 激光安全使用的防护标准和措施 79

5.3.1 激光防护安全标准 79

5.3.2 激光防护措施 80

5.3.3 激光的安全与防护 81

5.4 激光材料加工工程要求 82

第6章 激光焊接技术基础 83

6.1 激光焊接的原理与特点 83

6.2 激光焊接技术基础研究与应用 87

6.2.1 激光焊接熔池行为研究 87

6.2.2 激光深熔焊接过程监测技术 95

6.2.3 激光焊接缺陷形成机理与控制技术研究 97

6.2.4 激光焊接接头形状、组织与性能相关性 103

6.2.5 激光焊接工艺优化与过程稳定性控制技术研究 104

6.3 先进激光焊接技术 105

6.3.1 激光深熔焊接 105

6.3.2 激光热导焊接 112

6.3.3 激光钎焊 113

6.3.4 偏心回旋光束激光焊 115

6.3.5 水下激光焊 115

6.3.6 激光压焊 115

6.3.7 激光—电弧复合焊接技术 116

6.3.8 激光填丝焊技术 117

6.3.9 双光束激光焊接 117

6.3.10 超窄间隙激光焊接 119

6.4 激光焊接自动化及质量控制技术 123

6.5 激光焊接技术应用研究 125

6.6 激光焊接技术发展趋势 130

6.6.1 高功率、低成本、高可靠性的焊接激光器成为未来发展的主流 130

6.6.2 集成化、智能化、柔性化成为未来激光焊接技术发展的重要方向 131

第7章 典型钛合金激光焊接技术及其应用研究 133

7.1 典型钛合金激光深熔焊缺陷形成机理与控制技术 133

7.1.1 钛合金激光焊气孔特征 133

7.1.2 钛合金激光焊气孔形成机理分析 136

7.1.3 钛合金激光焊气孔缺陷控制技术 138

7.1.4 小结 138

7.2 激光深熔焊接焊缝成形与工艺参数优化 139

7.2.1 薄板钛合金激光焊缝成形观察与热作用分析 139

7.2.2 焊接工艺参数对焊缝成形的影响 145

7.2.3 小结 157

7.3 激光深熔焊接焊缝成形与性能相关性 158

7.3.1 钛合金激光焊的焊缝组织特征 160

7.3.2 钛合金激光焊接头的力学性能 177

7.3.3 小结 193

第8章 铝合金激光焊接技术及其应用研究 194

8.1 铝合金激光深熔焊接熔池行为 194

8.1.1 铝合金激光深熔焊接过程金属蒸气/等离子体行为 194

8.1.2 铝合金激光深熔焊接过程小孔行为 195

8.2 铝合金激光深熔焊气孔缺陷形成机理研究 205

8.2.1 铝合金激光深熔焊焊缝气孔特征 205

8.2.2 铝合金激光深熔焊缝气孔缺陷的影响因素 210

8.2.3 小孔行为对激光深熔焊焊缝工艺型气孔的影响 215

8.3 铝合金激光深熔焊焊缝表面下塌缺陷机理研究 217

8.3.1 焊缝表面下塌的影响因素 217

8.3.2 熔池行为对激光深熔焊焊缝表面下塌的影响 219

8.4 铝合金激光深熔焊接焊缝成形与性能相关性 222

8.4.1 试验方法和试验条件 222

8.4.2 试验结果及分析 223

8.4.3 焊缝的断裂机理 227

8.4.4 结论 229

8.5 典型结构激光焊接——铝合金套筒激光电弧复合焊接 229

8.6 铝合金激光焊接应力与变形行为及控制技术研究 230

8.6.1 残余应力测量方法 230

8.6.2 测试试件及工艺 230

8.6.3 测试方法和布点方案 231

8.6.4 残余应力测量结果及其分析 231

第9章 激光表面处理技术 233

9.1 概述 233

9.2 激光表面热处理 233

9.2.1 激光熔覆 234

9.2.2 激光合金化 238

9.2.3 激光相变硬化 243

9.2.4 激光快速熔凝 244

9.2.5 激光非晶化 245

9.3 激光冲击强化 247

9.3.1 激光冲击强化的原理和特点 247

9.3.2 激光冲击强化的应用及进展 248

9.3.3 激光冲击强化整体叶盘 249

9.3.4 激光冲击强化焊接结构 249

9.3.5 孔结构强化 250

9.3.6 激光冲击成形机翼壁板 251

9.3.7 核工业上的应用 251

9.3.8 其他方面的应用 252

9.3.9 最新技术发展 252

9.4激光毛化 253

9.4.1 激光毛化原理 253

9.4.2 激光毛化技术的特点 254

9.4.3 激光毛化技术应用现状 255

9.5 激光喷涂及复合热源喷涂 256

9.5.1 激光喷涂 256

9.5.2 复合热源喷涂 257

9.6 激光表面抛光和清理 258

9.6.1 激光抛光 258

9.6.2 激光清洗 260

9.7 激光表面结构功能一体化制造技术 265

9.7.1 概念内涵 265

9.7.2 发展现状及应用前景 266

第10章 激光增材制造技术 269

10.1 概述 269

10.2 激光直接沉积增材制造技术 271

10.2.1 激光直接沉积技术的工作原理 272

10.2.2 激光直接沉积技术国外研究现状 272

10.2.3 激光直接沉积技术国内研究现状 278

10.2.4 激光直接沉积技术的发展趋势 280

10.3 激光选区熔化增材制造技术 280

第11章 激光切割技术 288

11.1 概述 288

11.2 激光切割的原理 288

11.3 激光切割的特性 289

11.4 激光切割工艺参数控制 290

11.5 CO2激光与光纤激光切割工艺及质量对比 291

11.5.1 切割速度 291

11.5.2 切割质量 291

11.6 常用工程材料的激光切割应用 292

11.6.1 金属材料激光切割应用实例 292

11.6.2 非金属材料的激光切割 294

第12章 激光制孔技术 296

12.1 概述 296

12.2 激光制孔的优点 296

12.3 激光制孔的主要方式 296

12.4 激光制孔存在的主要问题 297

12.5 激光制孔应用发展趋势 298

参考文献 300