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目 录1

1引论1

1.1概述1

1.2激光功率密度分布对热处理结果的影响2

1.3激光光束的优化变换6

1.4光束扫描速度对激光淬火结果的影响8

1.5工件边界对热作用的影响及作用光束的8

实时变换8

1.6激光热处理实时控制系统探析10

参考文献11

2激光热处理优化控制的数学模型13

2.1激光热处理优化控制的简易模型13

2.1.1 具有表面热源的半无限大材料热传14

导方程的解及其快速计算14

2.1.2 激光热处理工艺优化的数学原则15

2.1.3 数值计算实例16

2.1.4 以Acl为界的相变模型19

2.1.5 常规热处理和激光热处理的区别20

2.1.6 激光热处理优化的简易模型21

2.2碳钢球化体的激光相变硬化数学模拟24

2.2.1数学模型25

2.2.2数值分析29

2.2.3 温度场计算及潜热校正问题31

2.3碳钢球化体激光相变硬化模型的实验验证32

2.3.1 实验方法与输入参数33

2.3.2 实验结果与分析34

2.4片状珠光体碳钢的激光相变硬化的理论计39

算及实验验证39

2.4.1理论分析39

2.4.2 数值计算与实验结果的比较40

2.4.3 实验结果分析42

参考文献45

3红外大功率激光的测量47

3.1 直边衍射条纹的间距公式及其在激光测量中47

的应用47

3.1.1 平面波菲涅耳直边衍射条纹的间距公式47

3.1.2 球面波菲涅耳直边衍射条纹的间距公式52

3.1.3 菲涅耳直边衍射条纹的间距公式在光学52

测量中的应用52

3.2.1 “LBA”检测仪的测量原理57

3.2激光功率密度实时测量系统LBA的研究57

3.2.2 直接来自LBA探测仪的测试信号特征分析58

3.2.3 测量信息处理实例65

3.3 红外大功率激光功率密度分布的简易测试66

3.3.1 测量方法简介68

3.3.2理论证明69

3.3.3 减小测量误差的简单讨论及测试实例72

3.4二氧化碳激光功率密度分布测量的数据处理74

3.4.1 热敏纸及常用复印白纸的热敏特性74

3.4.2 图像取样及数据处理75

3.4.3测试数据的定标78

3.4.4对衍射影响的补偿79

3.5 图像叠加法测量大功率激光功率密度分布79

3.5.1 图像叠加法测量原理80

3.5.2激光束功率密度的实际测量82

3.5.3 图像叠加法的测量误差84

3.6大功率红外激光功率密度分布的实时检测85

3.6.1 实时采样装置简介85

3.6.2理论研究86

3.6.3讨论90

参考文献92

4.1简单分割叠加变换系统93

4激光变换光学系统93

4.1.1 高斯光带变换系统94

4.1.2 矩形光斑变换装置104

4.1.3 简单分割叠加变换系统小结106

4.2分束叠像光学变换系统108

4.2.1分束叠像变换与简单叠加变换的理论比较108

4.2.2反射式方形激光斑叠像器118

4.2.3衍射计算在光学设计中的应用130

4.3.1 光学系统结构简介134

4.3激光热处理实时变换系统134

4.3.2理论研究135

4.3.3理论研究与实验结果的比较140

参考文献141

5金属非熔凝激光热处理中的热作用及相变硬化143

带计算143

5.1热传导方程及激光热作用分析方法143

5.1.1 热传导方程144

5.1.2金属非熔凝激光热处理的热作用求解方法145

5.1.3热传导方程的解析解146

5.2.1 利用“像光源”处理简单边界问题149

5.2热传导方程解析解的讨论149

5.2.2 热传导方程的解析解与数值计算的比较150

5.2.3 几个常用的温度场计算公式155

5.3相变硬化带的理论计算160

5.3.1 利用温度场解析公式及Acl为界的相变160

模型直接计算160

5.3.2相变硬化带的快速估计164

参考文献168

的热作用研究169

6几种光学变换系统的热作用研究169

6.1非熔凝激光热处理中光的干涉和衍射结构169

6.2矩形光斑叠像器的热作用研究174

6.2.1 光斑功率密度分布的几何光学描述174

6.2.2温度场计算公式的建立177

6.2.3数值计算和实验测量的比较178

6.3激光宽带聚焦系统及其热作用研究182

6.3.1 光学系统简介182

6.3.2 光学系统的几何光学讨论182

6.3.3 温度场计算公式及实验研究184

6.4激光热处理光束实时变换系统的热作用185

6.4.1 实时变换系统的几何光学讨论185

6.4.2光学系统热作用公式的建立及热作用的实187

时模拟187

参考文献190

7激光热处理热应力研究191

7.1铁基材料热处理后表面的残余热应力194

形成分析194

7.2激光热处理热应力计算194

7.2.1 热弹性理论的基本方程195

7.2.2 半无限大介质表面有移动面热源时的准定常热应力208

7.2.3 激光热处理中的热冲击问题208

7.3利用X射线衍射法测量残余应力212

7.3.1 晶体X射线衍射的布拉格方程213

7.3.2 残余应力的X射线衍射测量214

参考文献220

8激光热处理实验与应用实例221

8.1简单聚焦光束热处理221

8.1.1 实验装置及材料221

8.1.2 热处理参数的选择原则224

8.1.3实验结论与应用实例225

8.2矩形光斑叠像器对硬化带形貌的控制研究228

8.2.1 实验装置及材料228

8.2.2热处理工艺参数的设计228

8.2.3实验结论及讨论229

8.3矩形光斑叠像器用于沟槽表面相变硬化232

8.3.1实验装置及材料232

8.3.2热处理工艺参数的设计232

8.3.3实验结论236

参考文献240

附录A光波衍射的菲涅耳近似241

A.1基尔霍夫积分定律241

A.2平面衍射物的基尔霍夫衍射公式及瑞利－244

索末菲公式244

A.3衍射计算的菲涅耳近似248

附录B二维傅里叶变换252

B.1定义和存在条件252

B.2.5卷积定理253

B.2.4 帕色伏定理253

B.2.3相移定理253

B.2.2相似性定理253

B.2傅里叶变换定理253

B.2.1线性定理253

B.2.6 自相关定理254

B.2.7傅里叶积分定理254

附录C几个常用函数255

C.1矩形函数255

C.2 sinc函数255

C.4阶跃函数256

C.5三角函数256

C.3符号函数256

C.6园域函数257

C.7狄拉克δ函数257

C.7.1 δ函数的定义257

C.7.2 δ函数的主要性质259

C.8梳状函数260

附录D常用函数的傅里叶变换对261

附录E 热物性系数为常量的无限大连续介质中热262

传导方程的解262

作者后记266