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第一章 激光先进制造技术基础 金玉名言 1.1 激光束特性 1.1.1 激光束的形状与发散 激光模式对加工的影响 发散与准直系统 1.1.2 激光束的亮度 1.1.3 激光束的聚焦特性 1.1.3 激光束的聚焦特性 1.1.3 激光束的聚焦特性 1.1.4 激光窗口和透镜材料 热畸变品质因素与表面吸收率的关系 热畸变品质因素与表面吸收率的关系 1.1.5 激光束质量因子M2 1.2 激光与固体材料的相互作用 1.2 激光与固体材料的相互作用 1.2 激光与固体材料的相互作用 1.2 激光与固体材料的相互作用 1.2 激光与固体材料的相互作用 1.2 激光与固体材料的相互作用 材料的电阻率及随温度的变化系数 1.2 激光与固体材料的相互作用 1.2 激光与固体材料的相互作用 1.2 激光与固体材料的相互作用 1.2 激光与固体材料的相互作用 3 非金属材料对激光的吸收 1.4 激光加工的热源模型 1．4．1 热物理常数 2）几种常用材料的热物理参数 3）求解热传导方程的假定条件 1．4．2 几种典型激光加工的热源模型 1．4．4 激光焊接的热量传递 例合金钢室温时，吸收率为多少？1500℃？ 0.089 0.040 0.0032 0.000012 中碳钢 0.108 0.046 0.0036 0.0000162 低碳钢 0.075 0.043 0.0015 0.000015 合金 0.097 0.037 0.005 0.0000098 Fe - 0.020 0.0036 0Al 1500℃吸收率 室温℃时吸收率 电阻率变化系数 20℃电阻率 　 吸收率计算（对CO2激光器） 3) 表面状况对材料吸收率的影响 室温下金属表面对可见光的吸收率比对10.6微米波长红外光的吸收率几乎大一个数量级。表中的吸收率是采用光洁的金属表面测得的。而在激光加热的实际应用中，由于氧化和表面污染，实际金属表面对红外激光的吸收率大 4) 光致等离子体对材料吸收率的影响 光致等离子体的形成:由激光辐照材料所产生的等离子体为光致等离子体。激光加工过程中形成光致等离子体的前提是材料被加热至汽化。 B、 激光加工过程中的光致等离子体一般为材料蒸汽的等离子体，因为材料蒸汽温度高，常用金属材料的电离能又比较，低于保护气体的电离能，因而材料蒸汽较周围气体易于电离。但在激光功率密度很高及周围气体流动不畅时，也可能发生周围气体击穿而产生气体等离子体。 等离子体对激光的吸收系数与电子密度和蒸汽密度成正比，随激光功率密度和作用时间的增长而增加。吸收系数还与波长的平方成正比。 A、 C、 ne电子密度 Nm蒸汽密度 D、 激光加工功率的近似估算 聚焦光斑中心的温度： 持续加热时，光斑中心温度： 由光强： 非金属和金属不同，一般地说，其对激光的反射率比较低、吸收率较高，且其吸收对波长有强烈的选择性，这是非金属结构特征所决定的。 原理： 绝缘体和半导体在不受激发时仅存在束缚电子，束缚电子具有一定的固有频率。其值由电子跃迁的能量变化决定。当入射光波频率等于或接近于材料内束缚电子的固有频率时，束缚电子发生谐振，辐射出次波，形成较弱的反射波和较强的透射波。在这个谐振频率附近，材料的吸收系数和反射率增加，山现反射和吸收峰值。而在其他频率下，均质的绝缘体和半导体按其本性应该是透明的，只有低的反射率，吸收系数也小。 4 材料的反射率 1）反射率与波长的关系 材料的反射率随入射波长的变化而改变，在短波长区域，反射率较低；而在长波区域，特别是激光波长大于2微米时，反射率均在80％以上，其中CO2激光的反射率均在90％以上。从激光与材料相互作用的耦合效率角度来看，希望采用短波长激光器。 2）反射率与偏振状态和入射角的关系 激光辐照材料时，其光能被材料的一定区域(通常是表层)所吸收，并转换为热。热量通过热传导在材料内扩散，造成一定的温度场．导致在一定范围内材料性状的变比。因而热传导分析计算对于把握激光加工效果具有十分重要的意义。 1．4．1 热物理常数 1．4．2 几种典型激光加工的热源模型 1．4．3 激光打孔中热源模型的解 1．4．4 激光焊接的热量传递 1．4．5 激光切割的热量传递 1．4．6 激光表面热处理中的热量传递 1）热传导方程（温度随时间和空间的变化关系） 对于各向同性的均质材料，热传导偏微分方程的一般形式是： ρ为材料密度，c为(定压)比热容，T为温度， t为时间，K为材料导热系数，A为材料单位时间单位体积的发热量。 A、参数意义： B、一般处理： 激光加工中激光在材料表面被吸收，是表面热源，一般不存在体积热源A＝0。激