激光焊接.pptx

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激光焊接
Laser Welding
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Content目录
Laser theory introduction
激光产生原理
Laser basic parameters
激光基本参数
Laser welding theory introduction
激光焊接基本原理
Common defects and countermeasures
激光焊接常见缺陷及应对措施
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激光产生原理
能级
电子处于一些固定的“能级”,不同的能级对应于不同的电子能量,离原子核越远的轨道能量越高。
跃迁
电子可以通过吸收或释放能量从一个能级跃迁到另一个能级。电子能吸收一个光子,从一个较低的能级跃迁至一个较高的能级。同样地,一个位于高能级的电子也会通过发射一个光子而跃迁至较低的能级。在这些过程中,电子释放或吸收的光子能量总是与这两能级的能量差相等。由于光子能量决定了光的波长,因此,吸收或释放的光具有固定的颜色。
受激吸收
受激吸收就是处于低能态的原子吸收外界辐射而跃迁到高能态。
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受激辐射
受激辐射是指处于高能级的电子在光子的刺激下,跃迁到低能级,并辐射出一个和入射光子同样频率的光子。受激辐射的最大特点是由受激辐射产生的光子与引起受激辐射的原来的光子具有完全相同的状态。它们具有相同的频率,相同的方向,完全无法区分出两者的差异。这样,通过一次受激辐射,一个光子变为两个相同的光子。这意味着光被加强了,或者说光被放大了。这正是产生激光的基本过程。
自发辐射
是指高能级的电子在没有外界作用下自发地迁移至低能级,并在跃迁时产生光(电磁波)辐射。
激光产生原理
受激吸收
自发辐射
受激辐射
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激光产生原理
粒子数反转
一个诱发光子不仅能引起受激辐射,而且它也能引起受激吸收,所以只有当处在高能级的原子数目比处在低能级的还多时,受激辐射才能超过受激吸收。为使光源发射激光,而不是发出普通光的关键是发光原子处在高能级的数目比低能级上的多,这种情况,称为粒子数反转。
但在热平衡条件下,原子几乎都处于最低能级(基态)。因此需要利用激活媒质。所谓激活媒质(也称为放大媒质或放大介质),就是可以使某两个能级间呈现粒子数反转的物质。
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激光产生原理
激光工作介质
激光的产生必须选择合适的工作介质,可以是气体、液体、固体或半导体。关键是能在这种介质中实现粒子数反转,以获得产生激光的必要条件。
激励源
为了使工作介质中出现粒子数反转,必须用一定的方法去激励原子体系,使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子,称为电激励;也可用脉冲光源来照射工作介质,称为光激励;还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出,必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。
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激光产生原理
谐振腔
所谓光学谐振腔,实际是在激光器两端,平行装上两块反射率很高的镜片,一块为全反射镜片,一块为部分反射、少量透射镜片。全反射镜片的作用是将入射的光全部按原路径反射回去,部分反射镜片的作用是将能量未达到一定限度的部分光子按原路径反射回去,而达到一定能量限度的光子则透射而出。这样,透射而出的这部分光子就成为我们需要的,经过放大了的激光;而被反射回工作介质的光,则继续诱发新一轮的受激辐射,光将逐渐被放大。因此,光在谐振腔中来回振荡,造成连锁反应,雪崩似的获得放大,产生强烈的激光,直到能量达到一定的限度,从部分反射镜片中输出。
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激光产生原理
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激光产生原理
激光器
光纤
焊接头
材料
激光束
激光加工光路示意图
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激光基本参数
f
:每个脉冲持续时间
:每个循环时间 T=1/ f
:脉宽占周期比例η=t / T
:激光出射瞬间最高功率
: Pa =Pp * η
:单个脉冲时间内激光能量 E = Pp * t
:在单位面积上的功率 I=Pa / S

时间
功率
Pp
Pa
t
T