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《激光加工工艺手册(第2版)》汇集了我国自“六五”计划以来的重点科技攻关成果，同时收集了大量国外先进资料。全书共分8篇，全面、系统地介绍了激光加工的基本原理、激光器、激光机床和激光在打孔、切割、焊接、硬化、熔覆、毛化、表面强化等方面的应用，以及激光加工质量检测和激光加工技术在新领域中的应用等。激光加工技术是一门综合性高技术。《激光加工工艺手册(第2版)》重视理论联系实际，配备了大量图表，具有很强的实用性和可操作性。
《激光加工工艺手册(第2版)》适合于从事激光技术应用研究和工业生产的工程技术人员、大专院校师生以及实际操作人员阅读和参考。
现代精密制造的基石：高能束流技术应用与发展 本书聚焦于当代工业领域中，以高能束流为核心的精密加工技术，深入剖析了其背后的物理学原理、工程实现路径及其在各行业中的前沿应用。 第一章：高能束流的产生、调控与表征 本章系统阐述了现代精密加工中常用高能束流的基础理论与技术。内容涵盖了激光、电子束、离子束以及等离子束流的生成机理。重点解析了不同束流在产生过程中，如何通过光束整形、聚焦系统、磁/电偏转技术实现能量密度、光斑尺寸、脉冲宽度及重复频率的精确控制。 1.1 激光束流：从光纤到皮秒脉冲 详细介绍了固态激光器、光纤激光器和二氧化碳激光器的能级跃迁原理，并着重分析了超快激光（皮秒、飞秒）在实现“冷加工”中扮演的关键角色。讨论了光束质量M²值的物理意义及其对加工精度的影响，并提供了波前整形技术在复杂表面加工中的应用案例。 1.2 电子束与离子束：真空环境下的精确引导 系统介绍了电子枪（如热阴极、场致发射枪）的电子发射机制，以及如何利用静电透镜和磁聚焦系统来精确控制电子束的几何参数。针对离子束，则深入探讨了离子源（如德拜源、麦吉尔源）的工作原理，并阐述了离子束刻蚀（IBE）中离子能量与刻蚀选择比的关系。 1.3 束流诊断与表征技术 本章的实践部分，侧重于束流特性的实时监测与评估。包括但不限于：光束分析仪（Beam Profilers）的工作原理、能量谱仪的设计、束流密度分布的测量方法（如扫描法、积分法），以及高频脉冲的示波捕获技术。这些诊断手段是保证加工稳定性和可重复性的前提。 --- 第二章：高能束流与材料的相互作用机理 理解能量是如何从束流传递到工件材料内部，是优化加工过程的核心。本章深入探讨了束流与物质在不同能量密度下的耦合物理过程。 2.1 热力学效应：熔化、汽化与热影响区（HAZ） 分析了连续波（CW）或长脉冲激光作用下，材料吸收能量后的瞬态热传导模型。建立了能量输入速率与熔池深度、宽度之间的经验关系式。重点讨论了热扩散对材料微观结构和机械性能（如硬度、残余应力）的影响，并介绍了热模型在预测焊接变形中的应用。 2.2 非线性吸收与等离子体生成 针对高功率密度下的超快加工，详细阐述了多光子吸收、隧穿电离等非线性吸收机制。描述了激光诱导等离子体（LIP）的形成、膨胀动力学及其对后续能量耦合效率的影响。阐明了如何通过控制激光参数来抑制或利用等离子体屏蔽效应。 2.3 固态相变与亚表面损伤的控制 在材料去除过程中，特别是对半导体和脆性材料，如何避免微裂纹、分层和亚表面损伤至关重要。本章分析了束流作用下材料的固态相变过程（如晶体结构重构），并介绍了通过控制脉冲宽度和重复频率来最小化缺陷的策略。 --- 第三章：基于高能束流的先进制造工艺 本章从工程应用的角度，详细介绍了当前工业界最前沿的几种高能束流加工技术。 3.1 精密材料去除与表面改性 微孔加工与打孔技术： 针对航空航天叶片、燃料喷嘴等复杂结构中的微孔阵列制造，分析了激光钻孔中的“再沉积”问题及解决方案。讨论了电火花加工（EDM）与电子束加工在深孔加工中的优势互补。 表面改性： 详述了激光熔覆（Laser Cladding）技术，包括送粉方式（同轴、侧向）的选择，以及如何通过优化扫描策略来控制熔池的流变行为，实现高结合强度和低稀释率的涂层制备。 3.2 高精度连接技术：焊接与钎焊 探讨了高能束流在厚大截面材料焊接中的应用，对比了电子束焊接的真空要求与激光焊接的灵活性。重点分析了激光深熔焊中的“键合区”形成机制，以及如何利用焊缝截面形态的实时监测（如光谱分析）来控制焊接缺陷（如气孔、未焊透）。 3.3 增材制造中的束流角色：选区激光熔化（SLM）与电子束熔化（EBM） 深入剖析了选择性激光熔化（SLM）过程中的粉末床铺展、光斑扫描策略（如旋转扫描、跳跃扫描）与粉末熔池的稳定性关系。针对电子束熔化（EBM），解析了高真空环境对粉末预热和残余应力的影响，并比较了两种技术在制造高比重金属部件时的性能差异。 --- 第四章：过程监测、质量控制与智能化集成 现代高端制造强调“可追溯性”和“零缺陷”。本章着重介绍如何将传感、数据采集与人工智能技术集成到束流加工系统中。 4.1 在线过程监测技术 系统介绍了基于光电倍增管（PMT）、快速CCD相机和光谱仪（Raman/LIBS）的在线信号采集系统。详细阐述了如何通过监测熔池的亮度、温度分布和等离子体光谱特征，实时判断加工状态是否偏离“最佳窗口”。 4.2 闭环反馈控制系统的构建 本章提供了建立自适应控制系统的工程框架。讨论了如何将在线监测到的关键参数（如熔深、孔隙率指标）通过数字信号处理器（DSP）进行快速运算，并反向调节激光功率、扫描速度或送丝速度，以实现加工参数的动态修正。 4.3 机器学习在工艺优化中的应用 探讨了如何利用历史加工数据，结合机器学习算法（如支持向量机、神经网络）来构建“工艺参数-性能指标”的预测模型。这使得在首次加工前，即可快速确定最优的加工窗口，极大缩短了新材料或新结构的调试周期。 --- 结语 本书旨在为从事高能束流技术研究、开发与应用的工程师和科研人员提供一份详实、全面的参考指南。通过对物理基础、工程实现和智能化集成的深入探讨，读者将能掌握驾驭这些尖端加工工具，应对未来精密制造挑战的核心能力。
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