機(jī)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(通過誘導(dǎo)放出實現(xiàn)光能增幅)的英語開頭字母
2、激光產(chǎn)生的原理
激光——“受激輻射放大”是通過強(qiáng)光照射激光發(fā)生介質(zhì)，使介質(zhì)內(nèi)部原子的電子獲得能量，受激而使電子運動軌道發(fā)生遷移，由低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子，受外界輻射感應(yīng)，使處于激發(fā)態(tài)的原子躍遷到低能態(tài)，同時發(fā)出一束光;這束光在頻率、相位、傳播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此時的光為受激輻射光。
為了得到高能量密度、高指向性的激光，必須要有封閉光線的諧振腔，使觀光束在置于激光發(fā)生介質(zhì)兩側(cè)的反射鏡之間往復(fù)振蕩，進(jìn)而提高光強(qiáng)，同時提高光的方向性。含有釹(ND)的YAG結(jié)晶體發(fā)生的激光是一種人眼看不見的波長為1.064um的近紅外光。這種光束在微弱的受激發(fā)情況下，也能實現(xiàn)連續(xù)發(fā)振。YAG晶體是寶石釔鋁石榴石的簡稱，具有優(yōu)異的光學(xué)特性，是最佳的激光發(fā)振用結(jié)晶體。
3、激光的主要特長
a、單色性——激光不是已許多不同的光混一合而成的，它是最純的單色光(波長、頻率)
b、方向性——激光傳播時基本不向外擴(kuò)散。
c、相干性——激光的位相(波峰和波谷)很有規(guī)律，相干性好。
d、高輸出功率——用透鏡聚焦激光后，所得到的能量密度是太陽光的幾百倍。
二、YAG激光焊接
激光焊接是利用激光束優(yōu)異的方向性和高功么密度等特點進(jìn)行工作。通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時間內(nèi)使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區(qū)，從而使被焊物熔化并形成牢固的焊點和焊縫。
常用的激光焊接方式有兩種：脈沖激光焊和連續(xù)激光焊。前者主要用于單點固定連續(xù)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、非接觸加工，不需對工件加壓和進(jìn)行表面處理。
B、焊點小、能量密度高、適合于高速加工。
C、短時間焊接，既對外界無熱影響，又對材料本身的熱變形及熱影響區(qū)小，尤其適合加工高熔點、高硬度、特種材料。
D、不需要填充金屬、不需要真空環(huán)境(可在空氣中直接進(jìn)行)、不會像電子束那樣在空氣中產(chǎn)生X射線的危險。
E、與接觸焊工藝相比.無電極、工具等的磨損消耗。
F、無加工噪音，對環(huán)境無污染。
G、微小工件也可加工。此外，還可通過透明材料的壁進(jìn)行焊接。
H、可通過光纖實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、普通方法難以達(dá)到的部位、多路同時或分時焊接。
I、很容易改變激光輸出焦距及焊點位置。
J、很容易搭載到自動機(jī)、機(jī)器人裝置上。
K、對帶絕緣層的導(dǎo)體可直接進(jìn)行焊接，對性能相差較大的異種金屬也可焊接。
2、脈沖激光焊接的機(jī)理
脈沖激光焊接可分為傳熱溶化焊接和深穿入熔化焊接
傳熱溶化焊接是指當(dāng)激光束照射到材料的表面上時，材料吸收光能而加熱熔化。材料表面層的熱以傳導(dǎo)方式繼續(xù)向材料深處傳遞，直至將兩個待焊件的接觸面互溶并焊接在一起。
深穿入熔化焊接是指當(dāng)更大功率密度的激光束照射到材料上時，材料被加工熔化以至氣化，產(chǎn)生較大的蒸汽壓，在蒸汽的壓力的作用下，溶化金屬被擠在周圍使照射處(熔池)呈現(xiàn)出一個凹坑，隨著激光束的繼續(xù)照射，凹坑越來越深，并穿入到另一個工件中。激光停止照射后，被排擠在凹坑周圍的溶化金屬重新流回到凹坑里，凝固后將工件焊接在一起。
這兩種激光焊接機(jī)理，與功率密度、照射時間、材料性質(zhì)、焊接方式等因素有關(guān)。當(dāng)功率密度較低、照射時間較長而焊件較薄時，通常以傳熱溶化機(jī)理為主進(jìn)行。反之，則是以深穿入熔化機(jī)理為主進(jìn)行。