1、高能束焊接復習總結激光焊接：1.激光的基本特性？（1）激光的單色性好。激光的單色性比一般光要高出很多（106倍以上）。（2）方向性好、亮度高。激光輸出的光束發散角度很小（小于10-3弧度），光源表面的亮度高，被照射地方的照度大。（3）相干性好。激光的相位在時間上是保持不變的，合成后能形成相位整齊、規則有序的大振幅光波。2.如何評價激光光束的質量？（1）光束傳播系數k、光束衍射極限倍數M。通常K的取值為01，K或M2為1， 光束質量實際達到衍射極限。（2）光束參數積（BBP）。決定激光加工使用范圍。光束參數積與激光功率決定加工范圍。3.激光產生相關名次解釋？（1）輻射躍遷：粒子從外界吸收能量時從

2、低能級躍遷到高能級；從高能級躍遷到低能級時向外界釋放能量。如果吸收或釋放的能量是光能，則稱此躍遷為輻射躍遷。（2）激發：實現粒子從低能級向高能級的躍遷過程成為激發，方式主要以：加熱激發、輻射激發、碰撞激發。（3）自發輻射：處于高能級的粒子自發地向低能級躍遷并釋放光子的過程。（4）受激輻射：處于高能級的粒子受到一個能量為hv=E2-E1光子的作用，從E2能級躍遷到E1能級并同時輻射出與入射光子完全一樣（頻率、相位、傳播方向、偏振方向）的光子的過程。（5）受激吸收：處于低能級的粒子受到一個能量hv=E2-E1光子的作用，從E1能級躍遷到E2能級的過程。PS：自發輻射與受激輻射的區別：一個是自由輻射

3、的過程，光波之間沒有固定的關系；另一個則是入射與輻射的光完全一致。（6）粒子數反轉：熱平衡狀態下，處于高能級的粒子遠遠少于處于基態的粒子數，如果在外界作用下打破平衡，使亞穩態能級的粒子數大于處于低能級的粒子數，這種狀態稱為粒子數反轉。（7）激光工作物質：凡是可通過激勵實現粒子數反轉的物質都稱激光工作物質。（8）泵浦：使工作物質在某兩個能級之間實現粒子數反轉的過程稱為泵浦或抽運。4.激光產生的基本條件？產生激光三個基本條件，必要條件；激光器的三個基本條件：（1）合適的工作物質。具有亞穩態能級，能實現粒子反轉，使受激輻射多于受激吸收。（2）外界泵浦。作為外界激勵，使工作物質產生受激輻射。（3）光學

4、諧振腔。篩選工作物質輻射出的光的頻率，使光只能沿著軸線方向往返運動，增加光強度，實現光放大。5.常見工業激光器的性能特性？激光器類型CO2YAG半導體光纖工作物質CO2、N2、He混合氣體紅寶石、固態的Nd砷化鎵（GaAs）、硫化鎘（CdS）、硫化鋅（ZnS）激勵方式直流激勵、交流高頻激勵、射流激勵、微博激勵光泵浦（光激勵）、激光激勵電注入、電子束激勵和光泵浦光泵浦分類封閉管式、漫流式、橫流式、軸流式、擴散冷卻式燈泵浦、半導體泵浦同質結、單異質結、雙異質結晶體光纖、非線性光學型光纖、稀土類摻雜光纖、塑料光纖輸出功率(kW)0.5450.152.5602050傳輸方式光學鏡片（飛行光路）光纖光纖

5、光纖光電轉換效率3-10%10-30%2040%2530%光斑直徑（mm）0.150.60.150.200.15光束質量（mm.mrad）3.758124光束波長（um）10.61.060.9左右1.07應用特點體積大、結構復雜、功率大，根據功率的不同廣泛應用于從電力電力到軍事、加工等各領域可作大能量和高功率相干光源，在軍事、加工、醫療和科學研究領域有廣泛應用制作簡單、成本低、易于大量生產，體積小、重量輕、壽命長，最主要應用與局域網系統成本低、光電轉換效率高、功率大，適用于光纖通訊、激光雕刻、激光打標、激光切割6.影響材料對激光能量吸收率的因素？（1）激光的波長：波長，吸收率，反射率；（2）材

6、料的溫度：溫度，吸收率，這與材料的直流電阻率有關。 （3）材料的導電性：導電性（Al、Cu、Au、Ag），吸收率； （4）材料表面狀況：氧化膜（有）、表面粗糙度、涂層（有），吸收率。7.激光焊接中激光與材料的相互作用。l 光致等離子體形成：金屬汽化，金屬蒸汽以及保護氣體一部分起始自由電子被加速，碰撞蒸汽粒子和保護氣體使其電離，電子密度便雪崩式增長形成致密等離子體。能量傳輸：等離子體位于熔池上方的激光傳輸通道上，它對激光會產生反射、散射以及吸收（逆韌致吸收），還會對激光產生負透鏡效應。光致等離子體行為：致密等離子體吸收和散射熱射激光，減少了到達工件的激光能量密度，使熔深變淺有害工件表面、匙孔中的

7、等離子體與工件表面熱傳導、增強工件對激光的吸收有利金屬蒸汽在等離子體壓力下返回工件有利l 匙孔效應形成：材料吸收激光后，劇烈汽化膨脹產生的蒸汽壓力，克服其他阻力將熔融金屬拋出，形成匙孔。能量傳輸：激光在匙孔內進行多重反射的吸收行為，即匙孔壁對激光的吸收機制菲涅耳吸收。匙孔效應行為：進入小孔的激光束通過孔壁的多次反射大部分被完全吸收有利另一部分由小孔壁反射后重新會聚，形成壁聚焦效應，使激光在小孔內部維持較高的功率密度，產生一定的汽化壓力，維持小孔深度，并增大熔深有利l 等離子體的抑制方法1、激光擺動法：激光加工頭沿焊接方向來回擺動，在匙孔出現后等離子體形成以前，將光斑瞬時移至熔池的后緣；2、脈沖

8、激光焊接法：調整激光的脈沖和頻率，使激光的輻照時間小于等離子體的形成時間；3、低氣壓焊接：采用減壓焊接，當氣壓低于某一程度時，材料表面及匙孔內金屬蒸氣密度較小，等離子體減弱；4、側吹輔助氣體：一種是采用輔助氣體吹散等離子體；另一種是用導熱性好、電離能高的氣體抑制環境氣體的電離和壓縮金屬離子蒸氣。8.激光焊接的機理？按激光聚焦后光斑上功率密度（熱輸入）的不同，分為熱導焊和深熔焊。（1）激光熱導焊激光光斑功率密度106W，金屬在激光的照射下被迅速加熱，其表面溫度在極短的時間內升高到沸點，是金屬熔化或汽化。當金屬汽化時，所產生的金屬蒸汽以一定的速度離開熔池，金屬蒸汽的逸出對熔化的液態金屬產生一個附加

9、壓力，使熔池金屬表面向下凹陷，并將液態金屬擠向熔池四周。這個過程持續下去，便在液態金屬中形成一個細長的孔洞。9.激光深熔焊接的特點與局限性？優點：（1）能量密度高、熱影響區小、焊接變形小，是精密焊接方法；（2）焊接能量可精確控制，對不同材料、結構具有較高的適應性；（3）自動化容易實現，因為光束很容易傳輸到任何位置；（4）同電子束焊接相比，不需要真空環境、不存在X-射線污染；（5）焊縫深寬比大，可達12:1；局限性：（1）焊接時，要求裝配精度高；（2）大功率焊接時，等離子體密度高，對激光能量的損耗大。10.激光焊接氣孔缺陷形成原因？焊接過程中，熔池中氣泡的逸出速度低于熔池金屬的凝固速度，則產生氣

10、孔。以低碳鋼激光深熔焊過程為例，氣孔的產生有兩種途徑：一個冶金型氣孔，是由于高溫情況下的冶金反應所生成的CO氣孔；另一個工藝型氣孔，由于焊接過程中匙孔的不穩定塌陷被金屬熔池卷入所形成。11.討論激光焊接高反射率金屬（鋁合金）和易氧化性金屬（鈦合金）存在哪些問題，并提出解決措施？l 高反射率金屬鋁合金困難：（1）鋁合金的對激光的反射率高、導熱系數高。（2）許多鋁合金中含有易揮發的元素（硅、鎂等），焊縫中存在較多氣孔； （3）金屬表面的氧化膜在焊接過程中也會溶解到熔池中，導致氣孔的產生和焊縫的脆化；（4）焊縫金屬蒸汽壓低，對N2O2親和力高，易造成焊縫不規則（焊道粗糙，咬邊，根部不規則）。措施：（

11、1）采用大功率的激光束來獲得較高的能量密度；（2）焊前通過機械、化學方法去除表面氧化膜；（3）使用Ar、He作保護氣體可減少焊縫不規則；（4）采用填充金屬的方法可有效避免熱裂紋、咬邊；（5）采用等離子電弧-激光復合焊接可減少裂紋；l 易氧化性金屬鈦合金困難：（1）鈦合金焊接時氣孔問題嚴重。（1）鈦對由O2、H2、N2和C所引起的間隙脆化很敏感。（2）焊接時會在接頭的熱影響區出現延遲裂紋。措施：（1）特別注意接頭的清潔和氣體保護問題，減少氣體的來源。a) 用高純度的氬氣進行焊接；b) 焊前清洗；c) 合適焊接規范。（2）真空退火可以減少焊接接頭的含氫量，減少延遲傾向。（3）采用高溫余熱，焊后緩冷

12、，或采用特殊的焊后熱處理工藝，減少延遲裂紋與間隙脆化傾向。12.簡述激光-電弧復合熱源焊接的特點、分類，不同復合焊接方法的能量作用機制，主要解決什么問題，典型應用。激光-電弧復合熱源焊接的特點：（1）高效、節能、經濟。（2）增加熔深。（3）減少焊接缺陷、改善微觀組織。（4）改善焊縫成形。（5）提高焊接適應性。（6）減少焊接變形。激光-電弧復合熱源焊接的分類：根據激光種類：CO2激光-電弧復合、YAG激光-電弧復合、半導體激光-電弧復合。根據電弧種類：激光-TIG，激光-MIG，激光-等離子弧復合，激光-雙電弧復合。根據復合方式：旁軸復合、同軸復合電弧對激光的作用：（1）稀釋光致等離子體被稀釋，減少等離子體對激光的吸收與散失，提高激光能量傳輸效率；（2）電弧加熱母材使其溫度升高，母材對激光的吸收率提高，焊接熔深增加；（3）電弧對激光有一定的擴散所用，擴大了熱作用范圍，使得熱影響區擴大，溫度梯度減小，冷卻速度降低，熔池凝固過程變得緩慢，焊接鋁合金等金屬時可減少或消除氣孔和裂紋的生成。激光對電弧的作用：（1）激光使金屬汽化，為電弧提供自由電子，降低了電弧通道的電阻，提高了電弧的能