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激光焊接过程的激光工作原理

激光焊接加工是采用高能量的激光束聚焦在工件表面,使待焊接的表面快速融化而焊接起来.而其中的激光的工作方式以下做简要的叙述：
激光焊接加工程中存在着两种气体动力学机制不同的吸收波。一种是激光维持燃烧波，其前面运动的冲击波对激光是透明的，后面的等离子体区才是激光吸收区，以亚音速度传播，典型速度是每秒几十米，依靠热传导、热辐射和扩散等输运机制使其前方冷气体加热和电离，维持激光吸收波及其前方冲击波的传播，波后是等离子体区，其等离子体温度为1～3eV。另一种是激光维持爆发波，这里冲击波阵面就是激光吸收区，被吸收的激光能量支持冲击波前进，激光维持爆发波相对于波前介质超声速运动，其速度可达每秒几十米至上百千米，等离子体温度为10eV至几十电子伏。发生激光维持燃烧波或激光维持爆发波现象，与激光功率密度范围相对应。发生加热和电离，形成激光维持燃烧波，这是仍有部分激光通过等离子体区入射到工件表面，工件附近等离子体的辐射有助于增强激光与材料的热耦合，随着等离子体逆着光束方向离去，这种耦合受到削弱，逐渐形成对材料的屏蔽。光强继续增大，激光维持燃烧波吸收区运动加快，直至与前方冲击波汇合，形成激光维持爆发波，构成对入射激光的完全吸收。选择适当的环境气体及光束聚焦透镜，可以缩短激光维持爆发波的寿命，提高激光与材料之间的耦合效率。
激光的基本物理特性激光显著的特性是：单色性好，方向性好、亮度高，相干性好。
1)单色性激光中单色性好的是气体激光器产生的激光。如He-Ne激光器产生的632.8nm谱线，线宽只有10-9nm。相比而言，在普通光源中单色性好的用来作为长度基准器的氪灯(Kr86)，其谱线宽度为4.7×10-3nm。显然，激光的单色性比一般光要高出106~107倍以上。
2)方向性好、亮度高从光源发出的激光平行传播的程度称为方向性。由于谐振腔对光束方向的选择作用，激光器输出的光束发散角度很小，可以小于或等于10-3~10- 5rad。考虑到光的波动性，即使是理想的平面波，在通过直径为D的孔径时，由于激光衍射也会产生一定的发散。对于相同的光束直径，波长越小其方向性越好。
激光的方向性带来两个结果，即光源表面的亮度高，被照射的地方光的照度大。一个具有10mw功率的He-Ne激光器可产生比太阳高几千倍的亮度，这样亮的光源可在屏幕上形成面积很小但照度极大的光斑。
3)相干性好以适当的方法将同一光源发出的光分成两束，再使两束光重合便产生明暗相间的条纹，这就是光的干涉。无论是激光还是电波，或是白炽灯光和太阳光，从本质上来说，它们都是电磁波。然而，激光与白炽灯光和太阳光有较大不同，其中之一就是激光具有很好相干性。白炽灯光(或太阳光)的光波是由无数的原子或分子发射的，故产生波长各不相同的杂乱光。即使将这些光合成后也会产生不规则的振动，所以不能形成整齐有序的大振幅的光波。

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