激光与材料相互作用的过程分析

2012-04-24 10:21

　　激光加工是继机械加工、力加工、火焰加工和电加工之后一种崭新的加工技术。激光作为极具特色的光源，也称作“光刀”，它可以解决不同材料的加工、成型、制备等各种制造问题。作为神奇的“光刀”，它有许多特点：其空间特性的能量分布，根据需要可“尖”可“钝”，具时间特性，可连续或调制输出，根据被加工材料的吸收系数，其波长覆盖红外到紫外。各种光的参数搭配，被加工材料范围可从金属、复合材料、半导体材料、陶瓷、玻璃、皮革、布料到人造纤维等，以及其他新材料。

　　目前，激光加工用激光多于红外波段。根据材料吸收激光能量而产生的温度升高，可以把激光与材料相互作用过程分为如下几个阶段：

　　1、无热或基本光学阶段。

　　从微观上来说，激光是搞简并度的光子，当它的功率密度很低时，绝大部分的入射光子被材料中电子弹性散射，这段主要物理过程为反射，透射和吸收。

　　2、相变点以下加热。

　　当入射激光强度提高时，入射光子与金属中电子产生非弹性散射，电子通过“逆韧致辐射效应”，从光子获取能量。处于受激态的电子与声子相互作用，把能量传给声子，激发强烈的晶格震动，从而使材料较热。当温度低于相变点时，材料不发生结果变化。

　　3、在相变点以上但熔点加热。

　　这个阶段为材料固态相变，存在传热和质量传递物理过程。

　　4、在熔点以上，但低于汽化点加热。

　　激光使材料熔化，形成熔池。熔池外主要是传热，熔池内存在3种物理过程：传热、对流和传质。

　　5、汽化点以上加热出现等离子现象。

　　激光使材料汽化，形成等离子体，这在激光深熔焊接中是经常见到的现象。

总结：