机械百科：激光焊接基本原理

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一、激光基本原理

1、LASER是什么意思

LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation(通过诱导放出实现光能增幅)的英语开头字母

2、激光产生的原理

激光——“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质，使介质内部原子的电子获得能量，受激而使电子运动轨道发生迁移，由低能态变为高能态。处于激发态的原子，受外界辐射感应，使处于激发态的原子跃迁到低能态，同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此时的光为受激辐射光。

为了得到高能量密度、高指向性的激光，必须要有封闭光线的谐振腔，使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡，进而提高光强，同时提高光的方向性。含有钕(ND)的YAG结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为1.064um的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下，也能实现连续发振。YAG晶体是宝石钇铝石榴石的简称，具有优异的光学特性，是最佳的激光发振用结晶体。

3、激光的主要特长

a、单色性——激光不是已许多不同的光混一合而成的，它是最纯的单色光(波长、频率)

b、方向性——激光传播时基本不向外扩散。

c、相干性——激光的位相(波峰和波谷)很有规律，相干性好。

d、高输出功率——用透镜聚焦激光后，所得到的能量密度是太阳光的几百倍。

二、YAG激光焊接

激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。

常用的激光焊接方式有两种：脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。

l、激光焊接加工方法的特征

A、非接触加工，不需对工件加压和进行表面处理。

B、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。

C、短时间焊接，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合加工高熔点、高硬度、特种材料。

D、不需要填充金属、不需要真空环境(可在空气中直接进行)、不会像电子束那样在空气中产生X射线的危险。

E、与接触焊工艺相比.无电极、工具等的磨损消耗。

F、无加工噪音，对环境无污染。

G、微小工件也可加工。此外，还可通过透明材料的壁进行焊接。

H、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。

I、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。

J、很容易搭载到自动机、机器人装置上。

K、对带绝缘层的导体可直接进行焊接，对性能相差较大的异种金属也可焊接。

2、脉冲激光焊接的机理

脉冲激光焊接可分为传热溶化焊接和深穿入熔化焊接

传热溶化焊接是指当激光束照射到材料的表面上时，材料吸收光能而加热熔化。材料表面层的热以传导方式继续向材料深处传递，直至将两个待焊件的接触面互溶并焊接在一起。

深穿入熔化焊接是指当更大功率密度的激光束照射到材料上时，材料被加工熔化以至气化，产生较大的蒸汽压，在蒸汽的压力的作用下，溶化金属被挤在周围使照射处(熔池)呈现出一个凹坑，随着激光束的继续照射，凹坑越来越深，并穿入到另一个工件中。激光停止照射后，被排挤在凹坑周围的溶化金属重新流回到凹坑里，凝固后将工件焊接在一起。

这两种激光焊接机理，与功率密度、照射时间、材料性质、焊接方式等因素有关。当功率密度较低、照射时间较长而焊件较薄时，通常以传热溶化机理为主进行。反之，则是以深穿入熔化机理为主进行。