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激光焊接中的激光工作原理介绍
激光焊接( Laser welding )使用高能激光束聚焦在工件表面,使待焊接的表面能够快速熔化并焊接在一起。激光的工作模式简述如下:

激光焊接过程中有两种不同气体动力学机理的吸收波。一是激光保持燃烧波。在激光器前面移动的冲击波对激光器是透明的。它后面的等离子体区域是激光吸收区域。它以亚音速传播。典型的速度是每秒几十米。它依靠热传导、热辐射和扩散来加热和电离激光器前面的冷气,以维持激光器吸收波和其前面冲击波的传播。在子区域,等离子体温度在1至3eV的范围内。另一种是激光维持爆发波,吸收的激光能量支持冲击波向前。激光维持爆发波相对于波前介质的超音速运动。它的速度可以达到每秒几十米到几百公里,等离子体温度是10电子伏到几十电子伏。出现激光持续燃烧波或激光持续爆发波现象,这与激光功率密度的范围相对应。发生加热和电离以形成激光维持的燃烧波,燃烧波仍然是通过等离子体区域入射到工件表面的激光的一部分。工件附近等离子体的辐射有助于增强激光器和材料之间的热耦合。随着等离子体远离射束方向,耦合减弱,对材料的屏蔽逐渐形成。随着光强继续增加,激光器保持燃烧波吸收区的运动加速,直到它与前冲击波会聚,形成激光器保持爆发波,这构成了入射激光的完全吸收。选择合适的环境气体和光束聚焦透镜可以缩短激光器维持爆发波的寿命,提高激光器与材料的耦合效率。

激光的基本物理特性是:单色性好、方向性好、亮度高、相干性好。

1 )气体激光器产生的激光在单色激光中具有良好的单色性。例如,氦氖激光器产生的632.8纳米线宽只有10 - 9纳米。相反,在普通光源中具有良好单色性的Kr86被用作长度基准。其谱线宽度为4.7×10 - 3纳米。显然,激光的单色性比普通光高106到107倍。

2 )从具有良好方向性和高亮度的光源发射的激光的平行传播程度被称为方向性。由于谐振腔对光束方向的选择性影响,激光输出光束的发散角非常小,可以小于或等于10 - 3 - 10 - 5弧度。考虑到光的波动,当理想的平面波通过孔径为d时,由于激光衍射甚至会发散。对于相同的光束直径,波长越小,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,并且被照射的局部光的照度高。10 MW功率的氦-氖激光器可以产生比太阳高几千倍的亮度,因此明亮的光源可以在屏幕上形成一个非常小但亮度很高的光点。

3)连贯性好。同一光源发出的光通过适当的方法分成两束,然后两束重合产生亮条纹和暗条纹。这是光的干涉。无论是激光还是无线电波,白炽灯还是阳光,它们本质上都是电磁波。然而,激光与白炽灯和太阳光有很大不同,其中之一是激光具有良好的相干性。白炽灯(或阳光)光波由无数原子或分子发射,所以它们产生不同波长的杂乱光线。即使这些光合作用会产生不规则的振动,所以它也不能形成有序的大振幅光波。
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