激光焊是利用激光能(可見光或紫外線)作為熱源熔化并連接工件的焊接方法。激光焊能得以實(shí)現(xiàn)，不僅是因?yàn)榧す獗旧砭哂袠O高的能量，更重要的是因?yàn)榧す饽芰勘桓叨染劢褂谝稽c(diǎn)，使其能量密度很大。

激光焊接時，激光照射到被焊接材料的表面，與其發(fā)生作用，-部分被反射，-部分被吸收，進(jìn)入材料內(nèi)部。對于不透明材料，透射光被吸收，金屬的線性吸收系數(shù)為10⁷ ~10⁸m^-1。對于金屬，激光在金屬表面0.01~0. 1μm的厚度中被吸收轉(zhuǎn)變成熱能，導(dǎo)致金屬表面溫度急劇升高，再傳向金屬內(nèi)部。

二氧化碳激光器的工作原理示意如圖3. 1所示。反射鏡和透鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)將激光聚焦并傳遞到被焊工件上。大多數(shù)激光焊接是在計算機(jī)控制下完成的，被焊接的工件可以通過二維或三維計算機(jī)驅(qū)動的平臺移動(如數(shù)控機(jī)床);也可以固定工件，通過改變激光束的位置來完成焊接過程。

激光焊接的原理是光子轟擊金屬表面形成蒸氣，蒸發(fā)的金屬可防止剩余能量被金屬反射掉。如果被焊金屬有良好的導(dǎo)熱性能，則會得到較大的熔深。激光在材料表面的反射、透射和吸收，本質(zhì)上是光波的電磁場與材料相互作用的結(jié)果。激光光波人射材料時，材料中的帶電粒子依著光波電矢量的步調(diào)振動，使光子的輻射能變成了電子的動能。物質(zhì)吸收激光后，首先產(chǎn)生的是某些質(zhì)點(diǎn)的過量能量，如自由電子的動能、束縛電子的激發(fā)能或者還有過量的聲子，這些原始激發(fā)能經(jīng)過一定過程再轉(zhuǎn)化為熱能。

激光除了與其他光源一樣是一種電磁波外，還具有其他光源不具備的特性，如高方向性、高亮度(光子強(qiáng)度)、高單色性和高相干性。激光焊接加工時，材料吸收的光能向熱能的轉(zhuǎn)換是在極短的時間(約為10^-9s)內(nèi)完成的。在這個時間內(nèi)，熱能僅僅局限于材料的激光輻照區(qū)，而后通過熱傳導(dǎo)，熱量由高溫區(qū)傳向低溫區(qū)。

金屬對激光的吸收，主要與激光波長、材料的性質(zhì)、溫度、表面狀況以及激光功率密度等因素有關(guān)。般來說，金屬對激光的吸收率隨著溫度的上升而增大，隨電阻率的增加而增大。

激光焊接機(jī)的激光器分類

用于激光焊接的激光器包括CO2激光器、YAG激光器、半導(dǎo)體激光器和光纖激光器。焊接領(lǐng)域目前主要采用以下幾種激光器: YAG固體激光器(含Nd3+ 的Yttrium- Alumin-ium-Garnet,簡稱YAG); CO2 氣體激光器;光纖激光器。

這幾種激光器的特點(diǎn)見表，它們可以互相彌補(bǔ)彼此的不足。

影響金屬激光焊接的因素

影響金屬激光焊接性的因索有材質(zhì)的化學(xué)和力學(xué)性能、表面條件、工藝參數(shù)等。高反射率的表面條件不利于獲得良好的激光焊接質(zhì)量。激光能使不透明的材料汽化或熔成孔洞，而且激光能自由地穿過透明材料而又不會損傷它，這一特點(diǎn)使激光焊能夠焊接預(yù)先放置在電子管內(nèi)的金屬。

脈沖YAG和連續(xù)CO,激光焊接應(yīng)用示例見表