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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