激光焊接的工作原理及其主要工藝參數(shù)

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1、轉(zhuǎn)自論文部落論文范文發(fā)表論文發(fā)表激光焊接的工作原理及其主要工藝參數(shù)作者：許文濤李彬坡于平坤摘要：焊接技術(shù)主要應(yīng)用在金屬母材熱加工上，常用的有電弧焊，電阻焊，釬焊，電子束焊，激光焊等多種，本文詳細(xì)介紹了激光焊接的工作原理與工藝參數(shù)，還討論了激光焊接技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用，并與其他焊接方法進(jìn)行對比。研究表明激光焊接技術(shù)將逐步得到廣泛應(yīng)用。　　關(guān)鍵詞：焊接技術(shù)；激光焊接；工作原理；工藝參數(shù)?！　?.引言　　目前常用的焊接工藝有電弧焊、電阻焊、釬焊、電子束焊等。電弧焊是目前應(yīng)用最廣泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)電弧焊、等離子弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等。但上述

2、各種焊接方法都有各自的缺點(diǎn)，比如空間限制，對于精細(xì)器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺點(diǎn)，而且能進(jìn)行精確的能量控制，可以實(shí)現(xiàn)精密微型器件的焊接。并且它能應(yīng)用于很多金屬，特別是能解決一些難焊金屬及異種金屬的焊接?！　〖す庵冈谀芰肯鄳?yīng)與兩個(gè)能級能量差的光子作用下，誘導(dǎo)高能態(tài)的原子向低能態(tài)躍遷，并同時(shí)發(fā)射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、單色性好、光脈沖窄等優(yōu)點(diǎn)。激光焊接是利用大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束為熱源進(jìn)行的焊接，這種焊接通常有連續(xù)功率激光焊和脈沖功率激光焊。激光焊接從上世紀(jì)60年代激光器誕生不久就開始了研究，從開始的薄小零器件的焊接到目

3、前大功率激光焊接在工業(yè)生產(chǎn)中的大量的應(yīng)用，經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展。由于激光焊接具有能量密度高、變形小、熱影響區(qū)窄、焊接速度高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、無后續(xù)加工的優(yōu)點(diǎn)，近年來正成為金屬材料加工與制造的重要手段，越來越廣泛地應(yīng)用在汽車、航空航天、造船等領(lǐng)域。雖然與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接尚存在設(shè)備昂貴、一次性投資大、技術(shù)要求高的問題，但激光焊接生產(chǎn)效率高和易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的特點(diǎn)使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線?！　?.激光焊接原理　　2.1激光產(chǎn)生的基本原理和方法　　光與物質(zhì)的相互作用，實(shí)質(zhì)上是組成物質(zhì)的微觀粒子吸收或輻射光子。微觀粒子都具有一套特定的能級，任一時(shí)刻粒子只能處在與某

4、一能級相對應(yīng)的狀態(tài)，物質(zhì)與光子相互作用時(shí)，粒子從一個(gè)能級躍遷到另一個(gè)能級，并相應(yīng)地吸收或輻射光子。光子的能量值為此兩能級的能量差△E，頻率為ν=△E/h。愛因斯坦認(rèn)為光和原子的相互作用過程包含原子的自發(fā)輻射躍遷、受激輻射躍遷和受激吸收躍遷三種過程。我們考慮原子的兩個(gè)能級E1和E2，處于兩個(gè)能級的原子數(shù)密度分別為N1和N2。構(gòu)成黑體物質(zhì)原子中的輻射場能量密度為ρ，并有E2-E1=hν?！　?.1.自發(fā)輻射　　處于激發(fā)態(tài)的原子如果存在可以接納粒子的較低能級，即使沒有外界作用，粒子也有一定的概率自發(fā)地從高能級激發(fā)態(tài)（E2）向低能級基態(tài)（E1）躍遷，同時(shí)輻射出能量為（E2-

5、E1）的光子，光子頻率ν=（E2-E1）/h。這種輻射過程稱為自發(fā)輻射。自發(fā)輻射發(fā)出的光，不具有相位、偏振態(tài)上的一致，是非相干光?！　?.2.受激輻射　　除自發(fā)輻射外，處于高能級E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級。當(dāng)頻率為ν=（E2-E1）/h的光子入射時(shí)，也會(huì)引發(fā)粒子以一定的概率，迅速地從能級E2躍遷到能級E1，同時(shí)輻射一個(gè)與外來光子頻率、相位、偏振態(tài)以及傳播方向都相同的光子，這個(gè)過程稱為受激輻射。轉(zhuǎn)自論文部落論文范文發(fā)表論文發(fā)表　　2.3.受激吸收　　受激輻射的反過程就是受激吸收。處于低能級E1的一個(gè)原子，在頻率為的輻射場作用下吸收一個(gè)能量為hν的光子，并

6、躍遷至高能級E2，這種過程稱為受激吸收。自發(fā)輻射是不相干的，受激輻射是相干的?！　∮墒芗ぽ椛浜妥园l(fā)輻射的相干性可知，相干輻射的光子簡并度很大。普通光源在紅外和可見光波段實(shí)際上是非相干光源。如果能夠創(chuàng)造這樣一種情況：使得腔內(nèi)某一特定模式的ρ很大，而其他所有模式的都很小，就能夠在這一特定模式內(nèi)形成很高的光子簡并度，使相干的受激輻射光子集中在某一特定模式內(nèi)，而不是平均分配在所有模式中。激光器就是采用各種技術(shù)措施減少腔內(nèi)光場的模式數(shù)、使介質(zhì)的受激輻射恒大于受激吸收來提高光子簡并度，從而達(dá)到產(chǎn)生激光的目的?！　‘a(chǎn)生激光的基本條件：一是能在外界激勵(lì)能源的作用下形成粒子數(shù)密度反轉(zhuǎn)

7、分布狀態(tài)的增益介質(zhì)；二是要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過受激吸收，必須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)N2/G2-N1/G1>0；三是要使受激發(fā)射光強(qiáng)超過自發(fā)發(fā)射，必須提高光子簡并度?！　?.2.激光焊接原理　　激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實(shí)現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104～105W/cm2為熱傳導(dǎo)焊接，此時(shí)熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于105～107W/cm2時(shí)，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點(diǎn)[1]。其中熱傳導(dǎo)型激光焊接原理為：激光輻射加熱待加工表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的