PAGEPAGE9《材料激光加工》課程教學(xué)大綱一、課程名稱（中英文）中文名稱：材料激光加工英文名稱：LaserProcessingofMaterials二、課程代碼及性質(zhì)課程代碼:0801422課程性質(zhì):專業(yè)選修課,選修課三、學(xué)時與學(xué)分總學(xué)時：24（理論學(xué)時：24學(xué)時；實踐學(xué)時：0學(xué)時）學(xué)分：1.5四、先修課程材料科學(xué)基礎(chǔ)、金屬學(xué)與熱處理、大學(xué)物理、金屬材料學(xué)五、授課對象本課程面向材料科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)六、課程教學(xué)目的（對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的貢獻(xiàn)和作用）本課程的教學(xué)目的:1.系統(tǒng)全面掌握材料激光加工方向的專業(yè)知識，具備應(yīng)用這些知識分析、解決材料科學(xué)與工程專業(yè)中的材料激光加工技術(shù)復(fù)雜問題的能力；2.掌握各種激光加工技術(shù)的原理、特點及應(yīng)用范圍，具備獨立分析解決各類激光加工工藝缺陷，優(yōu)化加工質(zhì)量，以及開拓激光加工應(yīng)用領(lǐng)域的知識儲備和能力；3．了解材料激光加工的發(fā)展前沿，掌握其發(fā)展特點與動向，具備研發(fā)應(yīng)用高端激光加工技術(shù)及設(shè)備的基礎(chǔ)與能力。表1課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求及其指標(biāo)點本課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點畢業(yè)要求1：工程知識能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決復(fù)雜工程問題。1.1掌握了用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識。1.2掌握了用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題的物理、化學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)知識。1.3掌握了用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題的工程力學(xué)基礎(chǔ)知識。1.4掌握了用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題的工程檢測與控制基礎(chǔ)知識。1.5系統(tǒng)掌握了專業(yè)知識，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識用于解決材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3畢業(yè)要求2：問題分析能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。2.1能夠應(yīng)用工程數(shù)學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。如：激光與材料之間的能量傳輸。2.2能夠應(yīng)用物理、化學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：物理綜合實驗。2.3能夠應(yīng)用力學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。如：工程力學(xué)綜合實驗。2.4能夠應(yīng)用工程科學(xué)基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求3：設(shè)計/開發(fā)解決方案能夠設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等因素。3.1了解機(jī)械工程、材料科學(xué)與工程問題特征，掌握解決復(fù)雜工程問題的設(shè)計方法。3.2在考慮法律、健康、安全、文化、社會以及環(huán)境等制約因素的前提下，能夠設(shè)計（開發(fā)）針對復(fù)雜材料科學(xué)與工程問題的解決方案，具備設(shè)計（開發(fā)）滿足特定材料科學(xué)與工程需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程的能力。課程目標(biāo)33.3在設(shè)計（開發(fā)）過程中，具有追求材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題創(chuàng)新解決的態(tài)度和意識，掌握了基本的創(chuàng)新方法，清楚創(chuàng)新方向及領(lǐng)域。畢業(yè)要求4：研究能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4.1掌握材料科學(xué)原理及特點，能夠采用科學(xué)方法，具備合理設(shè)計材料科學(xué)與工程復(fù)雜實驗、開展科學(xué)研究的能力。4.2掌握材料科學(xué)與工程原理及主要工藝，能夠采用科學(xué)方法，正確構(gòu)建并實施材料科學(xué)與工程綜合實驗，得出正確結(jié)果的能力。4.3能正確使用和處理實驗數(shù)據(jù)，通過信息綜合處理，具備對復(fù)雜的材料科學(xué)與工程實驗結(jié)果進(jìn)行正確分析能力。4.4了解常見的材料科學(xué)與工程常用設(shè)備、實驗儀器及實驗方法，具備調(diào)控設(shè)備及儀器參數(shù)，進(jìn)行測控和維護(hù)的能力。課程目標(biāo)2畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具能夠針對復(fù)雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，包括對復(fù)雜工程問題的預(yù)測與模擬，并能夠理解其局限性。5.1掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)搜索工具的使用方法。5.2了解材料科學(xué)與工程專業(yè)重要資料來源及獲取方法。5.3具備應(yīng)用各類文獻(xiàn)、信息及資料進(jìn)行復(fù)雜材料科學(xué)與工程實踐的能力。5.4掌握復(fù)雜材料科學(xué)與工程問題的預(yù)測與模擬方法，理解其局限性。畢業(yè)要求6：工程與社會能夠基于工程相關(guān)背景知識進(jìn)行合理分析，評價專業(yè)工程實踐和復(fù)雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。6.1了解與工程相關(guān)的國家方針、政策與法律法規(guī)，能夠評價工程實踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。6.2了解材料科學(xué)與工程專業(yè)特點及其對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，能夠正確評價復(fù)雜材料科學(xué)與工程問題解決方案的優(yōu)劣。6.3能正確認(rèn)識材料科學(xué)與工程各種復(fù)雜工藝對于客觀世界和社會的影響，理解并能夠承擔(dān)的相應(yīng)工程和社會責(zé)任。畢業(yè)要求7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展能夠理解和評價針對復(fù)雜工程問題的工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。7.1了解材料科學(xué)與工程的專業(yè)特征、學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢，正確認(rèn)識本專業(yè)對于社會發(fā)展的重要性。課程目標(biāo)37.2能正確理解和評價材料科學(xué)與工程復(fù)雜問題實施對環(huán)境保護(hù)及社會可持續(xù)發(fā)展等的影響。7.3在解決復(fù)雜的材料科學(xué)與工程的實際問題中，能夠正確理解并考慮工程實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)、社會責(zé)任感，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。8.1具有人文社會科學(xué)素養(yǎng)，理解世界觀、人生觀的基本意義及其影響。8.2了解中國國情，理解中國可持續(xù)科學(xué)發(fā)展道路以及個人的做人規(guī)范，具有較高的社會責(zé)任感。8.3在工程實踐中，理解工程師的職業(yè)性質(zhì)、職業(yè)責(zé)任,具備工程師的職業(yè)道德8.4具有健康的體質(zhì)和良好的心理素質(zhì)，能較好地履行責(zé)任。畢業(yè)要求9：個人和團(tuán)隊能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊中承擔(dān)個體、團(tuán)隊成員以及負(fù)責(zé)人的角色。9.1具備較寬廣的本學(xué)科基礎(chǔ)知識和較高的個人素質(zhì)，能夠在多學(xué)科背景下，承擔(dān)個人及團(tuán)隊成員的作用。9.2具備良好的團(tuán)隊協(xié)作精神，善于和團(tuán)隊其它成員協(xié)作、互補(bǔ)、交往。9.3能夠承擔(dān)團(tuán)隊負(fù)責(zé)人角色，具備綜合團(tuán)隊成員意見和建議，進(jìn)行合理決策之領(lǐng)導(dǎo)能力。畢業(yè)要求10：溝通能夠就復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。10.1較好地掌握了一門外語，了解不同文化的差異，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本專業(yè)領(lǐng)域及其相關(guān)行業(yè)的國內(nèi)外的技術(shù)現(xiàn)狀，具有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)溝通能力與競爭能力。10.3能夠應(yīng)用現(xiàn)代工具撰寫報告、設(shè)計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令，就復(fù)雜的專業(yè)工程問題進(jìn)行有效溝通和交流。畢業(yè)要求11：項目管理理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。11.1了解材料科學(xué)工程管理和經(jīng)濟(jì)決策的基本知識，理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法。11.2具備應(yīng)用工程管理和經(jīng)濟(jì)決策知識實踐的工作能力，具有一定的組織、管理及領(lǐng)導(dǎo)能力，能夠較好地通過口頭或書面方式表達(dá)自己的想法。11.3具有較強(qiáng)的綜合歸納能力，能在多學(xué)科環(huán)境中加于應(yīng)用。畢業(yè)要求12：終身學(xué)習(xí)具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。12.1對終身學(xué)習(xí)的重要性，有自覺的意識和正確的認(rèn)識。12.2能夠采用合適的方法，自我學(xué)習(xí)、提高的能力。12.3能夠適應(yīng)社會進(jìn)步與發(fā)展，與時代同步。七、教學(xué)重點與難點：教學(xué)重點：激光焊接、切割和表面處理三種典型激光加工技術(shù)及設(shè)備的基本原理、特點及應(yīng)用情況和發(fā)展方向。教學(xué)難點：激光與材料的作用原理、工藝缺陷形成機(jī)理。八、教學(xué)方法與手段：教學(xué)方法：(1)以課堂講授為主,闡述該課程的基本內(nèi)容,保證主要教學(xué)內(nèi)容的完成;(2)安排適量的課堂討論環(huán)節(jié),使學(xué)生通過課下的資料查閱而掌握基本的專業(yè)資料獲取方法、途徑、整理歸納和表達(dá)能力。教學(xué)手段：(1)運用現(xiàn)代教學(xué)工具,在課堂上通過PPT講授方式,實現(xiàn)圖文并茂,形象直觀;(2)在課堂上展示一些典型的激光加工產(chǎn)品,以實物進(jìn)行針對性講授。九、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排（1）總體安排教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時的總體安排，如表2所示。表2基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時安排序號課程內(nèi)容課堂（學(xué)習(xí)、討論）學(xué)時課外（準(zhǔn)備、復(fù)試、實踐）學(xué)時1材料激光加工概論222激光的基本原理223工業(yè)激光器及激光加工系統(tǒng)444激光與材料相互作用原理225激光焊接666激光切割447激光表面處理44（2）具體內(nèi)容各章節(jié)的具體內(nèi)容如下：第一章材料激光加工概論(2學(xué)時)1.1激光產(chǎn)生的歷史1.2激光的特性1.3激光技術(shù)的廣泛使用1.4激光加工發(fā)展現(xiàn)狀與展望第二章激光的基本原理(2學(xué)時)2.1激光的產(chǎn)生過程2.1.1原子(粒子)發(fā)光原理2.1.2自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收2.1.3激光產(chǎn)生的條件2.2光學(xué)諧振腔和激光模式2.2.1諧振腔的作用2.2.2諧振腔的結(jié)構(gòu)和分類2.2.3激光模式2.3高斯光束2.3.1基膜高斯光束及其傳播2.3.2高斯光束的反射及聚焦第三章工業(yè)激光器及激光加工系統(tǒng)(4學(xué)時)3.1激光器的組成3.2工業(yè)激光器3.2.1氣體激光器3.2.2固體激光器3.2.3半導(dǎo)體激光器3.3激光加工光學(xué)系統(tǒng)3.3.1光學(xué)材料3.3.2聚焦光學(xué)系統(tǒng)3.3.3勻光系統(tǒng)3.3.4導(dǎo)光系統(tǒng)3.4激光加工設(shè)備第四章激光焊接(2學(xué)時)4.1工業(yè)激光與材料作用基礎(chǔ)4.2超短激光與材料作用簡介第五章激光與材料相互作用原理(6學(xué)時)5.1焊接模式、材料焊接性及工藝機(jī)理5.1.1材料的焊接模式5.1.2材料激光焊接性5.1.3影響材料焊接的5.1.4典型工藝缺陷及形成機(jī)理5.2激光焊接工藝新進(jìn)展5.2.1激光填充材料焊接5.2.2雙光束激光焊接5.2.3激光電弧符合焊接5.2.4激光釬焊5.2.5激光點焊5.3激光焊接質(zhì)量監(jiān)測第六章激光切割(4學(xué)時)6.1激光切割原理與工藝6.1.1激光切割概述6.1.2激光切割工藝的分類6.1.3激光切割的工藝因素6.1.4常見材料的激光切割6.2激光切割典型缺陷形成機(jī)理6.2.1切割常見缺陷6.2.2缺陷形成機(jī)理研究進(jìn)展第七章激光表面處理(4學(xué)時)7.1概述及基本原理7.2激光表面相變硬化7.3激光沖擊硬化7.4激光熔凝7.5激光合金化7.6激光熔敷（3）各章節(jié)的課后思考題（作業(yè)）及討論要求思考題（課后作業(yè)）：第1章思考題：1.激光加工的分類有哪些?2.激光加工技術(shù)有哪些優(yōu)勢?3.目前激光加工技術(shù)有哪些重要應(yīng)用?第2章思考題：1．簡述受激輻射過程以及見光產(chǎn)生的條件。2．簡述諧振腔的作用。3．諧振腔有哪些類型？4．激光的模式有哪些？簡單畫出每種模式的能量分布特點。第3章思考題：1．激光器有哪些部分組成？2.工業(yè)激光器主要有哪些類型，簡述其工作原理？3.各類激光器的特點和優(yōu)勢分別有哪些？4．激光加工的光學(xué)系統(tǒng)主要由哪些部分構(gòu)成，主要作用分別是什么？5．簡述激光加工設(shè)備的構(gòu)成以及應(yīng)用實例。第4章思考題：1．激光與材料之間的宏觀現(xiàn)象主要有哪些？2．簡述布格定律的數(shù)學(xué)形成及物理意義。3．材料在激光的作用下可能有哪些物態(tài)變化？4．影響材料對激光吸收的因素有哪些？5．簡述光致等離子體對激光與材料之間能量傳播的影響。6.等離子體的抑制方法有哪些？7.簡述匙孔對激光能量傳輸?shù)挠绊憽?.簡述一個超短激光技術(shù)在微納加工方面的應(yīng)用實例。第5章思考題：1．激光焊接模式有哪些，其形成條件、特點和優(yōu)勢分別是什么？2．簡述各種常見合金(鋼、銅合金、鋁合金、鈦合金等)的激光焊接性。3．影響激光焊接的工藝因素主要有哪些？4．簡述激光填絲焊接的優(yōu)點及應(yīng)用。5．簡述雙光束激光焊接的類型及對焊接質(zhì)量的影響。6．雙光束激光拼焊板的優(yōu)點及主要拼焊板材料有哪些？7.激光電弧復(fù)合焊接的優(yōu)點有哪些？8.簡述激光-Tig、激光-Mig復(fù)合焊接特點及應(yīng)用范圍。9.簡述激光-Mig焊接熔滴過渡的形式及對焊接過程的影響。10.舉例說明激光釬焊的特點和優(yōu)勢。11.簡述激光點焊的焊接缺陷及解決方案。12.激光焊接質(zhì)量監(jiān)測有哪些類型和方法？13.激光焊接過程主要有哪些可接受的信號？14.常見的激光焊接質(zhì)量在線監(jiān)測手段有哪些？試詳細(xì)列舉三種。第6章思考題：1．簡述激光切割的過程及特點。2．激光切割過程中輔助氣體的作用有哪些？3．激光切割工藝主要分為哪幾類，各類型的特點和應(yīng)用切割材料主要有哪些？4．激光切割對氣流有哪些基本要求？5．激光切割有哪些常見的工藝缺陷？高質(zhì)量的切割零件主要有哪些指標(biāo)？6．簡述氧氣輔助激光切割條紋的形成機(jī)理。第7章思考題：1．簡述激光表面相變硬化無需冷卻介質(zhì)產(chǎn)生自淬火的原因。2．簡述激光相變硬化前需進(jìn)行黑化處理的原因。3.黑化處理的原則有哪些？4．簡述見光熔敷過程中氣孔形成的原因及控制措施。討論（思考題及作業(yè)）要求：1、每章節(jié)學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生都要按上課教師的具體要求以書面的形式做一定數(shù)量的思考題，作為平時的作業(yè)成績（按約15%計入課程總成績）。十、教學(xué)參考書及文獻(xiàn)教學(xué)參考書：1.激光制造技術(shù)，華中科技大學(xué)出版社出版，2011,劉順洪主編；課外文獻(xiàn)閱讀：查閱”中國激光”和“JournalofLaserapplication”等雜志。瀏覽激光制造官方網(wǎng)站(/)瀏覽亞洲激光論壇官方網(wǎng)站(/)十一、課程成績評定與記載課程考核及評價細(xì)則課程考核及評價細(xì)則，詳見表3。表