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第1章 激光加工导论 1

1.1 激光产生的物理基础 1

1.1.1 能级上的粒子数分布 1

1.1.2 自发辐射、受激吸收和受激辐射 1

1.2 激光产生的机理 3

1.3 激光器的基本构成 4

1.3.1 工作物质 4

1.3.2 泵浦源 6

1.3.3 光学谐振腔 6

1.4 激光的特点 8

1.4.1 单色性 8

1.4.2 方向性 8

1.4.3 相干性 9

1.4.4 高亮度 9

1.5 激光加工中普遍涉及的激光输出参数 9

1.5.1 激光模式 9

1.5.2 激光输出功率 10

1.5.3 激光偏振特性 10

1.6 激光加工的特点 10

参考文献 11

第2章 激光切割 12

2.1 激光切割技术概述 12

2.1.1 激光切割技术的国内外现状 12

2.1.2 激光切割的特点 14

2.2 激光切割机理 15

2.2.1 激光切割时切口的形成 15

2.2.2 激光切割主要方式 17

2.2.3 激光切割过程中能量的分析 18

2.2.4 激光切割过程温度场的数学模型 20

2.3 激光切割的工艺分析 23

2.3.1 打孔点位置的确定 23

2.3.2 辅助切割路径的设置 23

2.3.3 激光束半径补偿和空行程处理 24

2.3.4 优化排样及其算法 25

2.3.5 结合零件套排问题的路径选取 25

2.3.6 考虑热效应对路径的影响 25

2.4 激光切割的质量评价 26

2.4.1 激光切割零件的尺寸精度 26

2.4.2 激光切割的切口质量 26

2.5 影响激光切割质量的因素 27

2.5.1 激光功率对切割能力和质量的影响 28

2.5.2 激光束的质量 30

2.5.3 辅助气体和喷嘴的影响 33

2.5.4 切割速度的影响 37

2.5.5 焦点位置的影响 37

2.6 常用工程材料的激光切割 39

2.6.1 金属材料的激光切割 39

2.6.2 非金属材料的激光切割 43

2.6.3 复合材料的切割 44

2.7 激光切割安全 45

2.7.1 激光对人体的危害 45

2.7.2 激光切割的安全防护 45

2.8 激光切割技术的发展 46

参考文献 47

第3章 激光焊接 49

3.1 激光焊接技术的兴起及发展 49

3.2 激光焊接的原理及过程 51

3.2.1 金属与激光的相互作用 51

3.2.2 激光焊接原理 53

3.2.3 激光焊接的特点 55

3.3 激光焊接的分类及其实现方式 56

3.3.1 脉冲激光焊 56

3.3.2 热传导焊接 57

3.3.3 激光深熔焊 59

3.4 激光焊接设备 62

3.4.1 激光焊接设备的组成 62

3.4.2 激光焊接设备现状 64

3.4.3 典型的激光加工设备 66

3.5 激光焊接工艺 68

3.5.1 脉冲激光焊工艺参数 68

3.5.2 连续激光焊工艺参数 69

3.5.3 激光焊接工艺参数的选择 76

3.6 激光焊接的影响因素及其焊接中常出现的问题 77

3.6.1 影响激光焊接的因素 77

3.6.2 激光焊接中常出现的问题 80

3.6.3 激光焊接过程中的热分析 83

3.6.4 激光焊接时常见的几种效应 87

3.7 典型材料的激光焊接 90

3.7.1 材料激光焊接的焊接性 90

3.7.2 金属材料的激光焊接 90

3.7.3 非金属材料的激光焊接 95

3.8 激光焊接在工业中的应用 95

3.8.1 激光焊接在汽车工业中的应用 96

3.8.2 激光焊接在钢铁行业中的应用 97

3.8.3 脉冲激光焊接的应用 98

3.9 激光焊接技术的发展及其前景 100

3.9.1 激光-电弧复合焊接及激光加丝焊 100

3.9.2 激光-高频焊管与激光焊管 101

3.9.3 激光焊接缺陷诊断 102

参考文献 105

第4章 激光淬火 106

4.1 激光淬火的概述 106

4.1.1 激光淬火的原理 106

4.1.2 激光淬火的特点 106

4.1.3 激光淬火的应用和研究现状 106

4.2 激光淬火的理论基础 108

4.2.1 激光对金属材料的热作用 108

4.2.2 激光淬火的材料强化机理 110

4.2.3 激光淬火加热的数学模型及其求解方法 111

4.3 激光淬火工艺 113

4.3.1 工件的预处理 113

4.3.2 激光淬火工艺参数的选择 114

4.3.3 激光淬火后组织性能 116

4.4 激光淬火设备 116

4.4.1 光学系统 116

4.4.2 加工机床 117

4.4.3 辅助系统 118

4.5 典型零件的激光淬火 118

4.5.1 齿轮的激光淬火 118

4.5.2 发动机气缸体(套)内壁的激光淬火 120

4.6 激光淬火的应用和研究展望 121

参考文献 122

第5章 激光抛光与激光修整金刚石砂轮 123

5.1 CVD金刚石表面的激光抛光 123

5.1.1 概述 123

5.1.2 激光抛光金刚石膜 124

5.2 激光抛光光学玻璃 133

5.2.1 实验研究 133

5.2.2 激光驱动热处理的控制 134

5.2.3 激光抛光玻璃和玻璃-陶瓷表面的机理与方法 136

5.3 激光修整金刚石砂轮 137

5.3.1 概述 137

5.3.2 激光修整砂轮的理论 139

参考文献 145

第6章 激光微细加工 147

6.1 激光微细加工概述 147

6.1.1 微细加工技术 147

6.1.2 激光微细加工的方法及应用 149

6.1.3 激光微细加工的特点 151

6.2 激光微细加工原理及分类 152

6.2.1 热化学、光化学和反应速率 152

6.2.2 物质对光的吸收与热扩散过程 153

6.2.3 激光微细加工的机理 154

6.2.4 常用的激光微细加工技术 155

6.3 激光辅助淀积 158

6.3.1 激光辅助淀积的分类 159

6.3.2 气相激光辅助淀积 161

6.3.3 固相激光辅助淀积 162

6.3.4 液相激光辅助淀积 165

6.4 激光诱导扩散 166

6.4.1 扩散的理论分析 166

6.4.2 激光诱导扩散概述 167

6.4.3 激光诱导扩散的实验工艺 167

6.5 激光辅助掺杂 168

6.5.1 激光辅助掺杂概述 168

6.5.2 Si衬底中磷的气相激光掺杂 170

6.5.3 固态激光扩散 172

6.6 准分子激光微细加工技术 174

6.6.1 准分子激光微细加工 174

6.6.2 准分子激光器的泵浦方式和特点 175

6.6.3 用于微细加工的准分子激光器 177

6.7 激光微细加工的应用 178

6.7.1 光学材料的激光微细加工 178

6.7.2 硅的激光微细加工 181

6.7.3 激光微细加工技术在MEMS中的应用 183

6.7.4 激光微细加工技术在MOS器件制作中的应用 186

6.7.5 激光微细加工技术在半导体材料加工中的应用 188

6.8 激光微细加工的现状及其发展前景 191

参考文献 192

第7章 激光熔覆与激光合金化 193

7.1 激光熔覆 193

7.1.1 激光熔覆技术基础 193

7.1.2 激光熔覆材料 203

7.1.3 激光熔覆工艺方法 205

7.1.4 激光熔覆防开裂对策 208

7.1.5 激光熔覆技术的应用 211

7.1.6 激光熔覆的前景 214

7.2 激光合金化 215

7.2.1 激光合金化技术基础 215

7.2.2 激光合金化工艺 218

7.2.3 合金化层质量的控制 226

7.2.4 激光合金化技术防开裂对策 228

7.2.5 激光合金化技术的应用 230

参考文献 232

第8章 激光板料成形 234

8.1 概述 234

8.2 激光热应力成形 234

8.2.1 激光热应力成形设备 236

8.2.2 激光热应力成形机理 237

8.2.3 主要影响因素 239

8.2.4 激光热应力成形的分析模型 243

8.2.5 存在的问题及发展 245

8.3 激光冲击成形 246

8.3.1 技术特点 247

8.3.2 工艺过程 247

8.3.3 主要影响因素 248

8.3.4 应用前景与展望 255

参考文献 256

第9章 激光冲击强化 259

9.1 概述 259

9.2 激光冲击过程理论分析 259

9.2.1 激光的吸收及能量的传输 260

9.2.2 材料在激光冲击下的传热 262

9.2.3 金属在激光冲击下的汽化 263

9.2.4 激光冲击产生冲击波 265

9.3 激光冲击的两种模型 267

9.3.1 非约束模型下冲击波的压力 267

9.3.2 约束模型下冲击波的压力 268

9.4 涂层和约束层技术 270

9.4.1 能量吸收涂层 270

9.4.2 约束层 273

9.5 激光冲击设备 278

9.5.1 红宝石激光器 278

9.5.2 钕玻璃激光器 279

9.5.3 掺钕钇铝石榴石(ND3+∶YAG)激光器 279

9.6 典型材料激光冲击强化效果 280

9.6.1 QT700-2球墨铸铁 281

9.6.2 45钢材料 282

9.6.3 2024铝合金 284

9.7 激光冲击强化技术的应用与发展 288

参考文献 290