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2023-06-26
激光焊时激光与材料的相互作用探究
【摘要】：激光进行焊接和切割时激光束辐照在工件上，通过与工件材料的相互作用，使工件受热、熔化甚至进而蒸发，金属蒸气可在激光束的进一步辐照下产生电离。根据激光束的辐照强度，激光与材料的相互作用过程可以分为无热光学作用、固体加热、表面熔化、气化与光致等离子体四个过程，如图4-1-14所示。在激光能量密度很低时，与普通光相同，激光束辐射到材料表面时将被材料反射、透射和吸收。图4-1-14 激光与材料的相互作用过程
激光进行焊接和切割时激光束辐照在工件上，通过与工件材料的相互作用，使工件受热、熔化甚至进而蒸发，金属蒸气可在激光束的进一步辐照下产生电离。激光在与工件材料这样的相互作用下实现对工件的焊接或切割。根据激光束的辐照强度，激光与材料的相互作用过程可以分为无热光学作用、固体加热、表面熔化、气化与光致等离子体四个过程，如图4-1-14所示。
在激光能量密度很低时，与普通光相同，激光束辐射到材料表面时将被材料反射、透射和吸收。但由于能量密度低，吸收形成的热量很低，材料未发生明显的温度变化。当激光束功率密度在103W/cm2数量级时，材料表面将通过大量光子的碰撞而吸收足够多的能量，晶格产生强烈振动，材料由此得到有效加热，材料温度上升，通过热传导方式材料的受热区域进一步扩大。当激光功率密度达到104～105W/cm2时，材料受热温度升高达到了其熔点，辐照区域材料表面熔化，形成熔池。当激光功率密度增加到106W/cm2数量级时，熔化的材料被加热到汽化点后，继续升温并形成蒸气，蒸气进一步吸收激光能量而导致电离。在蒸发反作用力下，熔池表面下凹，激光束在凹陷处的吸收大大增加，由此材料蒸发也进一步增强，熔池表面继续下凹，最后达到平衡后，在熔池形成了一个稳定的一定深度的“匙孔”。当激光功率密度达到107W/cm2数量级或以上时，光致等离子体将逆着激光束的入射方向传输，形成等离子体云团，出现等离子体对激光的屏蔽现象。
图4-1-14 激光与材料的相互作用过程
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2023-06-26
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2023-06-26
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