激光焊接基本原理.doc

一、激光基本原理 　　1、LASER是什么意思 　　Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(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???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 　　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 激光焊接技术应用 引言 　　激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 　　一、激光焊接的