先进激光加工技术上
飞秒激光技术在工业制造中的应用
飞秒激光技术在工业制造中的应用飞秒激光技术是高科技生产加工领域的一项先进技术，其应用范围涉及晶体、半导体、玻璃、陶瓷等物质的切割、钻孔、雕刻等工艺过程。
飞秒激光技术具有精度高、速度快、热影响区小、光谱范围宽等特点，可以大幅提高生产效率和产品品质。
一、飞秒激光技术基础飞秒激光技术是利用飞秒激光脉冲对材料进行微观切割、改性处理等加工工艺的技术。
所谓飞秒脉冲，就是一种纳秒级极短的激光脉冲，其能量密度极高，可以在极短时间内对物质进行切割和加工。
飞秒激光脉冲的宽度一般在飞秒级别（1fs=10^-15秒）左右，不同于传统的毫秒级或纳秒级激光，具有极强的穿透能力并且几乎没有热补偿效应。
二、飞秒激光技术的应用1. 飞秒激光切割和钻孔在钣金、半导体、玻璃等领域，飞秒激光可以精确、高效地实现各种形状的孔洞，满足产品制造和生产的需求。
因其能量集中，且热影响区极小，下料精度高，成品质量好，大大提高了生产效率。
2. 飞秒激光雕刻和刻蚀在电子领域，飞秒激光技术可以实现不同形状、不同深度的微纳米结构的制备，例如电路板和芯片的生产也可以应用飞秒激光技术实现更细小的电路结构，有利于提高信号传输速率及稳定性。
3. 飞秒激光打标飞秒激光技术可以实现各种材料的打标，如金属刻字、刻模图案，玻璃印标、陶瓷打标等。
由于飞秒激光技术具有极高的效率和精度，可以实现更加复杂的图案和设计，因此在定制化制造等领域应用广泛。
4. 飞秒激光制备微纳米结构材料配合其他先进加工技术，如等离子体技术、双光子聚合技术等，飞秒激光制备出的微纳米结构材料具有优异的性能，具有广泛应用前景。
例如，在太阳能电池、生物传感、化学催化、微纳米器件等领域都受到了广泛的关注。
三、飞秒激光技术的应用瓶颈飞秒激光技术的应用实际已经非常成熟，但由于高昂的设备成本、技术门槛较高等原因，其应用范围相对较狭窄，且其复杂性也需要高技能的操作人员才能实现。
随着激光技术的不断发展，相信飞秒激光技术将会在未来的工业制造领域中发挥更为广泛的作用。
激光超精密加工技术在航空航天领域中的应用
激光超精密加工技术在航空航天领域中的应用随着航空航天技术的不断提升，对于材料加工精度和效率的要求也越来越高。
激光超精密加工技术作为一种先进的材料加工方法，已经在航空航天领域中得到广泛应用。
本文将从激光超精密加工技术的原理和特点出发，探讨其在航空航天领域中的应用和发展前景。
一、激光超精密加工技术的原理和特点激光超精密加工技术是利用高能量激光束对材料进行加工的一种方法。
其原理是通过控制激光束的聚焦度、功率密度和作用时间，将激光能量集中到微小的加工区域，通过瞬间高温和高能量的作用，使材料发生蒸发、熔化和气化等变化，从而实现对材料的加工和形变。
与传统机械加工方法相比，激光超精密加工技术具有以下几个特点：首先，激光超精密加工技术具有极高的加工精度。
激光束的直径可以达到微米甚至纳米级别，可以实现对微小细节的加工和控制。
这对于航空航天领域来说尤为重要，因为航空航天工程中涉及到许多微小部件的加工和组装，需要具备高精度加工的能力。
其次，激光超精密加工技术具有非接触性加工特性。
激光束可以在与材料无接触的情况下进行加工，避免了机械接触带来的划痕、变形等问题，能够更好地保持材料的原始性能和形态。
再次，激光超精密加工技术具有高效率和灵活性。
激光加工速度快，可以实现对复杂形状的加工，同时可以根据需要在不同材料上进行加工，非常灵活。
二、激光超精密加工技术在航空航天领域中的应用1. 航空发动机制造与维修航空发动机是航空领域中最核心的部件之一，其制造和维修过程需要极高的精度和安全性。
激光超精密加工技术可以应用于航空发动机的叶片修整、烧孔处理、修复和刻字等工艺中。
利用激光超精密加工技术，可以实现发动机叶片的精确修整，提高叶片的流体力学性能和燃烧效率。
2. 航空航天器结构加工航空航天器的结构加工对于其安全性和可靠性至关重要。
激光超精密加工技术可以应用于航空航天器结构的切割、焊接和打孔等工艺中。
与传统的机械加工方法相比，激光超精密加工技术可以减少材料的应力和变形，提高航空航天器的强度和稳定性。
激光技术在金属材料加工工艺中的应用
激光技术在金属材料加工工艺中的应用1. 引言1.1 激光技术在金属材料加工工艺中的重要性激光技术是一种高精度、高效率的加工方法，在金属材料加工领域发挥着重要作用。
激光加工具有非接触性、高能量密度、高速度和高精度等优点，可以实现对金属材料的精密加工和微细加工。
在金属材料加工中，激光技术可以实现各种加工工艺，如切割、焊接、打印、表面处理和热处理等，为金属制造业提供了多种解决方案。
激光技术在金属材料加工工艺中的重要性体现在以下几个方面：激光加工具有高能量密度和可控性，可以实现对金属材料的高精度加工，提高加工质量和加工效率；激光加工具有非接触性，可以减少材料损失和减少工具磨损，有利于提高金属材料利用率和延长设备寿命；激光加工具有高速度和高效率，可以节约成本和减少能源消耗，提高金属加工的经济效益和环保效益。
激光技术在金属材料加工工艺中的重要性不言而喻，已经成为当今金属加工行业不可或缺的重要技术之一。
随着激光技术的不断发展和创新，相信其在金属材料加工中的应用前景将更加广阔。
1.2 激光技术的发展历史激光技术的发展历史可以追溯到上世纪50年代。
1958年，美国的肯尼斯·荣特根发明了世界上第一台激光器，标志着激光技术的诞生。
随后，激光技术经过不断的发展和完善，逐渐应用于各个领域，包括金属材料加工工艺。
在激光技术发展的过程中，人们逐渐发现了激光在金属材料加工中的巨大潜力。
激光技术能够实现高精度、高效率的金属材料加工，不仅可以减少加工时间和成本，还可以提高产品的质量和精密度。
激光技术在金属材料加工工艺中扮演着非常重要的角色。
随着科技的不断进步和激光技术的不断完善，激光在金属材料加工中的应用范围也在不断扩大。
从最初的激光切割技术到目前的激光焊接、激光打印、激光表面处理以及激光热处理技术，激光技术已经成为金属材料加工中不可或缺的重要工具。
激光技术的发展历史为金属材料加工工艺的进步提供了重要的技术支持，同时也为未来激光技术在金属加工领域的应用打下了坚实的基础。
飞秒激光加工技术的原理与应用
飞秒激光加工技术的原理与应用飞秒激光加工技术是一种先进的加工技术，由于其所具有的优越性能，已经被广泛应用于各种领域，包括材料加工、生物医学、光电子等领域。
本文将从单位时间、激光的应用、影响加工效率的因素等方面，介绍飞秒激光加工技术的原理与应用。
一、这种激光的单位时间飞秒激光是指脉冲宽度在飞秒量级（1/fs，10^-15秒）的激光束，它具有光强高、脉冲宽度短、准直性好等特点。
由于飞秒激光的能量密度非常高，能够瞬间将物体表面的原子或分子挪开，形成微小孔洞，从而实现对材料的精密刻蚀。
二、激光的应用飞秒激光加工技术可以被广泛应用于各种材料的加工过程中，包括半导体、生物材料、金属、玻璃、陶瓷等等。
常见的应用包括：微加工、激光粘接、表面处理、微纳加工、微型器件加工等。
例如，在半导体领域，飞秒激光加工技术可以替代传统的化学蚀刻法，实现对半导体芯片的加工。
在光学领域，它可以用于脉冲激光器的制造和反射镜镀膜，使用飞秒激光加工技术可以实现非常高的精度和清晰度，适用于制造高精度光学仪器和元器件。
实验表明，飞秒激光加工技术比传统的加工技术更加精密、更加高效，可以提高生产效率，减少问题，并且可以加工出精准且具有复杂形状的产品。
三、影响加工效率的因素虽然飞秒激光加工技术比其他加工技术更快、更有效，但仍存在一些因素会影响其加工效率。
下文将从以下几个方面进行阐述：1. 材料性质：材料的特性是决定加工效率的关键因素。
不同材料具有不同的光学和物理特性，例如折射率、散射系数、吸收系数等，会直接影响激光对材料的相互作用，从而影响加工效果和速度。
2. 激光参数：激光参数是影响飞秒激光加工效率的另一重要因素。
激光参数包括脉冲能量、波长、脉冲宽度等，这些参数会影响加工表现、结构和材料粗糙度。
3. 加工表面处理：加工表面的处理可以影响加工效率，通过预处理表面，可以提高加工表面的质量级别，从而减少加工过程中的错误率。
4. 加工气体：在加工过程中，加工气体是至关重要的。
激光精密加工技术研究
激光精密加工技术研究激光精密加工技术是利用激光束对物体进行加工和加工控制的一种技术。
激光是由同步激光器产生的具有高单色性、方向性和相干性的特殊光束。
激光在精密加工中具有无可比拟的优点，如加工速度快、加工精度高、加工质量好、可加工复杂形状等。
下面具体探讨激光精密加工技术。
一. 激光精密加工技术的发展激光精密加工技术是近年来新兴的一种现代化、高科技加工方法。
自 1960 年美国的泰德·梅曼发明了激光器以来，激光技术就一直得到了广泛的关注和发展，到 1970 年代中期，激光技术逐步应用于工业领域。
20 世纪 80 年代以来，随着计算机、光电及材料科学的迅猛发展和激光器性能的不断改善，激光对纳米、微米尺度的加工技术越来越发挥重要的作用。
二. 激光精密加工技术的分类激光精密加工技术可以分为几类，其中主要包括:1.激光切割技术：使用强激光束将材料切割成所需形状。
2.激光钻孔技术：利用激光束温度高且焦点集中的特点，在材料上钻孔。
3.激光焊接技术：将两个材料通过高温区域的融合达到焊接目的。
4.激光表面处理技术：利用激光束对物体表面进行处理，如去异物、除污、增强表面硬度等。
5.激光刻蚀技术：使用强激光束对物体进行刻蚀。
三. 激光精密加工技术的应用激光精密加工技术在航空、制造、电子、光电、医疗等领域得到了广泛的应用。
例如，在高科技产品的制造加工过程中，精密焊接技术采用高功率激光器器件控制系统，可使焊接点产生胶结力增强、几乎没有变形，从而更彻底地解决了微型制造技术中的难题。
在地质勘探、制药、食品等领域，激光焊接技术也赋予了这些领域更多的灵活性和效率。
四. 研究现状及未来发展趋势激光技术在制造业、材料处理、微电子、通信系统等多个领域发挥着重要作用，并且未来还将面对新的挑战和发展。
其中，超快激光技术将被广泛应用，因为它具有与传统激光技术相比不可比拟的速度和精度。
超快激光技术在材料加工效率方面将带来重大的突破和改善。
激光在工业加工领域中的应用
激光在工业加工领域中的应用激光作为一种重要的光学技术，在工业加工领域中得到了广泛的应用。
激光具有高能量、高光束质量、高单色性等优点，可以对各种材料进行切割、焊接、打孔等各种精密加工工艺，因此被誉为工业制造的“利剑”。
一、激光技术在工业加工中的应用1. 激光切割技术激光切割技术是利用激光在被切割材料表面产生高温和压力，使材料熔化、汽化并产生裂纹，从而实现对材料的分离。
这种加工方法适用于多种材料，如金属、非金属、塑料、木材等。
激光切割工艺具有精度高、速度快、效率高、加工深度可控等优点，被广泛应用于汽车制造、航空航天、机床制造等工业领域。
2. 激光焊接技术激光焊接技术是利用激光对被焊接材料进行高能量聚焦，将材料表面熔化并产生反应，从而实现材料的粘结。
激光焊接技术适用于各种金属、合金、非金属等材料的焊接。
激光焊接工艺具有高效率、低热影响区、焊接质量高等优点，被广泛应用于汽车制造、机器人制造、电子器件制造等领域。
3. 激光打孔技术激光打孔技术是利用激光在材料表面产生高热和气体压力，使材料表面产生熔融和汽化，从而实现对材料进行小孔的加工。
激光打孔工艺具有精度高、加工速度快、钻孔质量好等优点，被广泛应用于汽车零部件制造、航空航天制造、电子设备制造等工业领域。
4. 激光雕刻技术激光雕刻技术是利用激光在特定材料表面进行局部加热，使其表面产生不同的化学和物理变化，从而形成图案、字母和图像等效果。
激光雕刻工艺具有精度高、加工速度快、制作效果好等优点，被广泛应用于工艺品、礼品、家居装饰等领域。
二、激光技术在未来的应用前景随着先进制造技术的不断发展，激光技术在工业加工领域中的应用前景越来越广阔。
未来，激光技术将成为更多行业的突破口，其应用领域也将更加广泛。
以下是激光技术在未来的应用前景：1. 3D打印技术近年来，3D打印技术在制造业中得到了广泛应用，而激光技术作为其核心技术之一，必将继续发挥重要作用。
基于激光精确加工能力的3D打印机，可以根据客户需求快速生产出所需物品，满足复杂零部件的加工需求。
先进加工技术介绍
激光加工的应用(续)
激光焊接
热导焊：激光功率密度较低，工件吸收激光后，仅达到表面融化， 然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深 浅，深宽比较小。 深熔焊：激光功率密度高，工件吸收激光后迅速熔化乃至汽化，熔 化后的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔 不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平 衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属 绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大，深宽 比也大。
精密和超精密磨削
精密和超精密磨削是利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、脆性 材料等进行加工，得到较高的加工精度和较低的表面粗糙度 加工方式：固结磨料加工 游离磨料加工 加工精度1～0.1um，表面粗糙度Ra0.2-0.025um 磨削机理：靠砂轮的精细修整使磨料具有微刃性和等高性，微刃 的微切削作用、等高切削作用和微刃的滑挤、摩擦、抛光作用， 加上无火花磨削阶段的作用 磨料的种类
金刚石车削技术
金刚石车床与镜面铣床相比，其机械结构更为复杂，技术要求更为严 格。除了必须满足很高的运动平稳性外，还必须具有很高的定位精度 和重复精度。镜面铣削平面时，对主轴只需很高的轴向运动精度，而 对径向运动精度要求较低。金刚石车床则须兼备很高的轴向和径向运 动精度，才能减少对工件的形状精度和表面粗糙度的影响。 超精密金刚石切削的机理：切削深度小，一般在微米级。切削表面一 般由工具的挤光作用形成。 超精密金刚石切削用金刚石刀具：1.刀具刃口的锋利性(刃口半径越小， 被切削表面的弹性恢复量就越小，加工变质层也越小。刃口圆弧半径 小到10nm左右）2.切削刃的粗糙度（决定切削表面的粗糙度，Ry0.10.27）3.刀具与被切削材料的亲和性（会加快刀具的微观磨损）4.刀具 的切削刃强度高、耐磨性 应用范围：有机玻璃、塑料、高强度镍钢、工具钢、陶瓷
激光加工技术在工程机械制造中的应用
激光加工技术在工程机械制造中的应用激光加工技术是一种现代高精密加工技术，利用激光束对工件进行切割、焊接、打孔等加工。
随着工程机械行业的不断发展和技术的进步，激光加工技术在工程机械制造中的应用越来越广泛。
本文将从激光加工技术的优势、在工程机械制造中的应用以及未来发展趋势等方面进行探讨。
一、激光加工技术的优势1. 高精度激光加工技术能够实现微米级甚至纳米级的加工精度，可以满足工程机械制造中对零部件精度要求的提高。
2. 高效率激光加工技术可以实现高速加工，提高了生产效率，缩短了加工周期，符合工程机械制造中对生产效率和产能的要求。
3. 无接触加工激光加工过程中不需要与工件发生接触，可以避免因接触而导致的变形和损伤，适用于对工件表面质量要求高的工程机械零部件加工。
4. 灵活性激光加工技术可以实现对各种材料的加工，涵盖了工程机械制造中常用的金属材料和非金属材料。
5. 可实现复杂几何形状加工激光加工技术可以实现对复杂几何形状的工件进行精密加工，满足了工程机械零部件加工中对复杂零件的加工要求。
1. 材料切割工程机械的制造需要对各种金属材料进行切割，传统的切割方法需要借助锯切、剪切等工具，工艺复杂且效率低。
而激光切割技术可以实现对各种材料的快速精密切割，提高了生产效率和切割质量。
2. 焊接激光焊接技术在工程机械制造中得到了广泛应用，可以对各种金属材料进行高品质的焊接，实现了对工件的精密连接，提高了工程机械的零部件质量和可靠性。
3. 孔加工工程机械零部件中常常需要进行孔加工，传统的孔加工方法需要借助钻、锉等工具，工艺繁琐且加工质量难以保障。
而激光孔加工技术可以实现对各种材料的快速精密孔加工，提高了加工质量和孔位精度。
4. 表面处理工程机械零部件需要经常进行表面处理，传统的表面处理方法存在着磨损大、工艺复杂等问题。
而激光表面处理技术可以实现对工件表面的高温熔化，使表面快速冷却，形成致密的涂层，提高了工件的耐磨性和抗腐蚀性。
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? 金属对激光的吸收与波长、材料特性、温度、 表面情况（有无涂层）及激光的偏振特性有关。 一般情况下吸收比随波长增加减小，随温度升 高增大。
? 非金属对激光的吸收：绝缘体和半导体的结构 特征决定了它对激光波长有强烈的选择性。
? 激光照射区域沿法线 方向的温度剃度为：
制造、金属零件直接成形（3D打印）、打标等—应用于汽车、电子、航 空航天、机械、冶金、铁路、船舶等工业领域。
农业：育种等。 医学：激光眼科、微外科手术、激光美容、口腔。 军事：激光测距、激光制导、激光通信、强激光武器（人眼致盲、光
电探测器失效，摧毁飞机、导弹、卫星）、激光模拟训练。
科学研究等许多方面。
化潜热和蒸发潜热；c(Tc-To)为 温度从熔点升至沸点靶面吸收
热量；Tc表示稳定表面温度；
Ps＝αAPso；vm为质量变化率；
p(Ts)为蒸气压力。
? 假设气化过程中，所有材料在液相和固相时性质相同， 且不随温度变化，则气化厚度为d0的金属所需时间可 由能量守恒定律推得的下式近似估算：
(1? ? R )Psot ? ?d0[cs (Tv ? T0 ) ? (Ln ? Lv )]
? 高功率激光与材料相互作用问题远没有解决， 原因是：
一是研究对象本身的复杂性和多样性
二是激光器本身的快速发展带来的新的问题
三是一些基本问题的观点、模型以及适应范 围等仍没有得到清楚地解释和验证。
? 激光入射到材料表面时：反射、透射、吸收
E0=E 反射＋E吸收＋E透射 1=E 反射/E0＋E吸收/E0＋E透射/E0
1=ρR+αA+τT（反射比，吸收比，透射比） 对于不透明材料： 1=ρR+αA
光强传播：I=I0e-Ax，（A为材料的吸收系数 ） 穿透深度：DT=1/A，（光强降至 I0/e时）
? 吸收系数：与材料和激光波长有关
? 材料的复数折射率： n=n 1+in 2
? 激光垂直入射时吸收比：
? 吸收系数：
? 其实质是：将微分方程中未知函数的导数用温 度场各个节点上的有限差分值的近似关系来代 替，进而得到有限差分方程的解。这样就将有 限差分方程的求解归结于简单的代数运算。
? 当激光致使材料表面的温度达到其熔点时， 前一章讨论的激光加热与热传导方程的解将 不再成立。原因：材料熔化要吸收熔化潜热； 材料的热导率在熔化前后将成倍的变化。
1. 激光功率密度越高，所需气化时间越短。 2. 气化时间比熔化时间高出一个数量级，主要原因是
1. 引言 2. 工业用激光器 3. 激光加工基本物理过程 4. 激光加工典型应用
在宏观制造领域中的应用 微细加工领域的应用 激光增材制造技术（3D打印技术）
? 1960年世界上第一台激光器诞生，随后各种激光器层出不穷， 如气体、液体、固体、化学、准分子、半导体激光器和光纤 激光器等。
? 激光器应用领域 工业：焊接、切割、打孔、表面处理、合金化、熔覆修复、快速原型
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APs
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??t
?T ?n
式中，αA为靶材表面对激光的吸收比；Ps为作用于靶材表 面的激光功率密度；λt为材料热导率。
具体计算分析时做如下简化假设： 1. 被加热的材料是均匀且各向同性的物质。 2. 材料的光学特性和热力学参数与温度无关。 3. 忽略传热过程中的辐射和对流，只考虑材料内热传导。
? 求解激光加热问题的数值解最有效也是最重要 的方法是：有限差分法。它能有效地处理各种 复杂边界条件和非线性问题，能得到较准确地 数值解。
合理调整激光功率密度和脉宽可得到最大融化深度
? 高强度激光脉冲照射金属靶材表面分为以下几个阶段：首 先，靶表面达到熔点温度时，形成熔融层，然后温度继续 上升直到蒸发开始。一部分吸收的激光能量变为蒸发的潜 热、气化质量的动能和喷溅蒸气的热量，其余部分传给靶 材。最后，在强度不是很高的情况下，喷溅蒸气不能形成 强吸收，系统达到一个稳定状态。
? 功率密度对靶材的影响： 103～104 W/cm2，加热 104～106 W/cm2，熔融 106～108 W/cm2，气化 108～1010 W/cm2，等离子体
烧蚀蒸汽
靶
激光束
激光加工：热加工，冷加工
? 激光与材料的相互作用过程十分复杂：靶材 的多样化，作用激光参数的多样化，作用条 件的多样化。
《光机电月刊》，《工业激光解决方案》
? 德国、美国、日本、英国等国家激光产业的发展代表了 世界激光产业最高发展水平。
? 激光产业发展计划 美国：激光核聚变计划； 德国：光学促进计划；国家级激光中心9个 英国：阿维尔计划； 日本：激光研究5年计划。
中国“十二五”规划中增加：高能束与特种能场制造科学
?固体激光器（Nd:YAG激光器） ? 气体激光器（CO2激光器） ?液体激光器 ?化学激光器 ?准分子激光器（KrF激光器） ?半导体激光器 ?光纤激光器 ?超快激光器（皮秒、飞秒、阿秒激光）
v ? dz(t) ?
Ps
dt ? [Lv ? Ln ? c(Tc ? T0 )]
zmax ? v(t ? tn )
? zmax ?
t
Ps (t)dt
tn ? [Lv ? Ln ? c(Tc ? T0 )]
vm
?
dm dt
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N(Ts )Vz
?
?v ?
p(Ts )
2?kTs
M
v为靶面蒸发速度；Ln，Lv为熔
(t ?
tn )
zmax
?
0.16? APso ? Lt
(tb
? tn)
tb
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tn
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4.76Tn
(
Tb Tn
? 1)
zmax
?
1.2? t ? AP so
Tn
(
Tb Tn
? 1)
zmax?
APso
?
1.2?
tTn
(
Tb Tn
? 1)
Pso为光斑中心的功率密度； Lt为材料的熔化潜热； tn激光照射表面至开始熔化时间； tb材料表面加热到Tb所需时间； αA为材料表面对激光的吸收比； Tn为熔化温度；λt为热导率； Tb近似为气化温度
? 对 等 向半温材无面料限 （ 内大 熔 部物 化 传体 波 播， 前 ，当 ） 传表 播T面速=T温度m度取将达决以到于一熔激定点光的功速Tm率度时， 密度和材料的固相、液相的热力学参数。等 温面传播的最大距离称为最大熔化深度。
? 对于大多数金属，熔化波前的穿透深度可简单表示为：
z(t )
?
0.16? APso ? Lt