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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