激光焊接基础知识

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1、WORD格式.可编辑米亚奇公司Nd（钕）:YAG激光器激光焊接指南米亚奇公司2003年版此处包含的材料，未经米亚奇公司书面同意，严禁复制或用于任何用途联系方式：米亚奇公司Myrtle大道1820号蒙罗维亚CA,91017-7133专业知识.整理分享WORD格式.可编辑Tel.:6263035676Fax:6265999636www.unitekmiyachi.com目录1.激光基础1.1介绍1.2激光产生的原理1.3Nd:YAG激光的介质1.4泵浦源1.5谐振器1.6激光安全2.激光焊接基本原理2.1脉冲激光焊接2.1.1实时功率反馈2.1.2输出功率斜波2.1.3脉冲的

2、成形2.1.4时间的分配2.1.5能量分配2.1.6光束的传输2.1.7聚焦头2.2激光是怎么实现焊接的2.3主要焊接参数2.3.1接缝设计与配合2.3.2部分聚焦2.3.3材料的选择和其表面镀层2.4激光的参数2.4.1名词术语2.4.2光学系统2.4.3聚焦镜片2.4.4峰值功率和脉冲宽度2.4.5接缝的焊接2.4.6保护气体2.5焊接举例专业知识.整理分享WORD格式.可编辑1.激光基础1.1介绍“激光”一词是LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation（受激辐射而放大的光）的缩写，激光器的要素有：1.激光介质2

3、.输入泵浦3全反射镜4.前端反射镜5.共振器Nd:YAG激光器有两种类型，连续波的和脉冲波的，正如它们的名字所指，连续激光的波形要么是开，要么是关，但脉冲激光只用部分脉冲完成焊接。脉冲激光利用峰值功率进行焊接，反之连续激光使用的是平均功率，这使得脉冲激光只用很小的能量就能实现焊接，并形成了更小的热影响区，脉冲激光焊提供了无与伦比的点焊性能和极低的焊接热输入，米亚奇的就是脉冲激光焊机。1.2激光产生的原理激光本质上是分三步产生的，发生几乎是瞬间的。1.泵浦源给介质提供能量，将介质内部原子激活，使得带电原子暂时被激发到高能级，处在此活跃级的带电原子是不稳定的，于是跃迁到低能级

4、，在这个过程中，从泵浦源吸收能量的电子释放多余的能量并辐射出一个光子，这个过程叫做自发辐射，通过这种方式产生的光子是激光的种子。2.光子自发传播并最终撞击到别的处于高能级的电子，由于光速极快，处在激发态的原子的密度很大，所以这个过程是极其短暂的，入射光子将电子从高专业知识.整理分享WORD格式.可编辑能级激发到低能级并产生另一个光子，这两个光子是相干的，这意味着它们相位相同，波长相同，传播方向相同，这个过程叫做受激辐射。1.光子传播方向是不定的，然而一些沿着介质传播的光子撞击共振器的反射镜，又通过介质反射回来，共振反射镜决定了受激辐射的优先扩大方向，为了使这个扩大发生，那

5、处在活跃态能级的原子数量必须远大于处在低能级原子的数量，这种大量处在活跃能级的“粒子数反转“是产生激光的必需条件。谐振器泵浦能量电子两个激光光子基态活跃态泵浦能量电子激光光子基态活跃态图B:激光产生的三个阶段的简化图示，包括：（1）自发辐射（2）受激辐射（3）放大1.1Nd:YAG激光介质Nd：YAG激光焊接者所用的激光棒是一种合成的钇铝石榴石晶体，主体材料是含有一小部分钕的YAG材料，一种活性元素，在钇离子中加入钕离子叫做掺杂，通常的掺杂比例约为1，1.5%，选择最佳的激光效果和防止过度应变的晶体为掺杂时机，因为Nd3+离子体积大于Y3+离子，YAG晶体是激光材料Nd3

6、+的理想主体材料，硬度高，稳定，光性均匀的，并具有良好的导热性，允许激光在高平均功率水平专业知识.整理分享WORD格式.可编辑工作，钕是一种很好的激光材料，因为它能产生比任何其他掺杂元素都要高的功率，激光棒的功率和光学性能决定了它的尺寸，由于晶体质量和热管理，激光棒的最大尺寸限制在了长度200mm和直径15mm。1.1泵浦源使活跃的介质产生激光，需要输入外部能量或泵浦源，泵浦源的选择取决于激光介质的类型和激光的类型，Nd：YAG晶体是一种固态激光器，即介质是固态晶体，并用光的能量作为泵浦源，光能是由脉冲激光焊机闪光灯提供的。1.2谐振器谐振腔的设计对激光束的发射质量和空间

7、功率分布有着重要的影响，最常用的谐振器设计成由两个球形或平面反射镜面对面，光束的传播特性是由反射镜的曲率和它们之间的距离决定的，光镜的曲率和间距的优化需要复杂的分析，这是因为激光棒中产生激光的过程中的热效应将其更加复杂化了，当激光吸收泵浦能量时，激光棒就被加热。如果泵浦能量的频率超过晶体的热弛豫时间，晶体的温度就会升高，这导致在激光棒晶体温度梯度引起的热透镜效应，使晶体作为透镜的衍射的激光功率的降低，这个过程在晶体激光棒中引起温差，并通过晶体棒像透镜一样衍射激光而导致热透镜效应。脉冲激光焊接的泵浦腔给闪光灯和激光棒提供房间，它