模具机械设备激光焊接基础指南知识
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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wenku.baidu.com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.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。
3.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。
图D:一个脉冲Nd：YAG激光焊机的布局所展示的谐振腔和光学光束传输组件，注意实时功率反馈，以及时间或能量分配的能力
2.1.1实时功率反馈
也许Nd:YAG脉冲激光焊机需要设计成能提供一系列特殊的特性，用来优化焊接工艺，为更多苛刻的应用增加可靠性和可重复性，实时功率反馈，通过对源电流的脉冲宽度调制，在闪光灯整个生命周期中，确保卓越的脉冲稳定性，自动提供相同的预置焊接参数。
脉冲激光焊接的泵浦腔给闪光灯和激光棒提供房间，它一般设计成内壁镀金的椭圆形状，用来反射从闪光灯传播到晶体棒的所有的光，流动的水浸没整个泵浦腔来冷却闪光灯和激光棒。
图C:Nd:YAG脉冲激光焊的主要组成是一个用闪光灯的光学泵浦
1.6激光安全
在美国，美国食品药物管理局CDRH对激光安全问题负有管理权，此外，美国的激光研究所提供了激光安全的指导方针和实践，除了与操作任何设备相关联的名义危害外，用Nd YAG激光相关的主要风险是涉及与激光物质直接或间接的眼睛接触，由于人眼实际上将激光束直接聚焦到视网膜上，激光操作员和在激光附近的其他所有人，必须长时间工作在众所周知的一级眼安全环境，激光有四个级别，从四级到一级，一级是最安全的，一级眼安全环境要么通过带上任何合适的安全护目镜，要么所有激光物质包含在一级密封的机箱或工作站内，CDRH提供激光制造商和用户具体规则、标准和每种类型的激光和能量级的暴露限值。
2.1.2功率斜波
在缝焊应用中，功率斜波的特征是消除使用旧的激光设计原本发生的末端脉冲的破裂，功率斜波允许焊接程序逐渐增加焊接开始和结束时的激光能量，它还提供了一个更具美观性焊缝。
1.激光介质
2.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。
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
1.激光基础
1.1介绍
“激光”一词是LightAmplification byStimulatedEmission ofRadiation（受激辐射而放大的光）的缩写，激光器的要素有：
2激光焊接基本原理
Nd:YAG脉冲激光焊接系统包含几个要素：1.激光，2.光束传输3.聚焦头4.激光焊接系统5.关键焊接参数。
2.1脉冲激光焊
焊接用的激光是由Nd:YAG激光器闪光灯泵浦产生的脉冲激光，Nd:YAG晶体是最有效和最强大的材料，可用于解决晶体棒内产生的功率热量，与二极管泵浦和Q开关产生的激光相比，脉冲激光焊要的是闪光灯，二极管不适合产生脉冲，Q开关不能提供给焊接用的高效能量。
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，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。
1.4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。
1.5谐振器
谐振腔的设计对激光束的发射质量和空间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。
4.
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
1.3Nd: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+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wenku.baidu.com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.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。
3.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。
图D:一个脉冲Nd：YAG激光焊机的布局所展示的谐振腔和光学光束传输组件，注意实时功率反馈，以及时间或能量分配的能力
2.1.1实时功率反馈
也许Nd:YAG脉冲激光焊机需要设计成能提供一系列特殊的特性，用来优化焊接工艺，为更多苛刻的应用增加可靠性和可重复性，实时功率反馈，通过对源电流的脉冲宽度调制，在闪光灯整个生命周期中，确保卓越的脉冲稳定性，自动提供相同的预置焊接参数。
脉冲激光焊接的泵浦腔给闪光灯和激光棒提供房间，它一般设计成内壁镀金的椭圆形状，用来反射从闪光灯传播到晶体棒的所有的光，流动的水浸没整个泵浦腔来冷却闪光灯和激光棒。
图C:Nd:YAG脉冲激光焊的主要组成是一个用闪光灯的光学泵浦
1.6激光安全
在美国，美国食品药物管理局CDRH对激光安全问题负有管理权，此外，美国的激光研究所提供了激光安全的指导方针和实践，除了与操作任何设备相关联的名义危害外，用Nd YAG激光相关的主要风险是涉及与激光物质直接或间接的眼睛接触，由于人眼实际上将激光束直接聚焦到视网膜上，激光操作员和在激光附近的其他所有人，必须长时间工作在众所周知的一级眼安全环境，激光有四个级别，从四级到一级，一级是最安全的，一级眼安全环境要么通过带上任何合适的安全护目镜，要么所有激光物质包含在一级密封的机箱或工作站内，CDRH提供激光制造商和用户具体规则、标准和每种类型的激光和能量级的暴露限值。
2.1.2功率斜波
在缝焊应用中，功率斜波的特征是消除使用旧的激光设计原本发生的末端脉冲的破裂，功率斜波允许焊接程序逐渐增加焊接开始和结束时的激光能量，它还提供了一个更具美观性焊缝。
1.激光介质
2.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。
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
1.激光基础
1.1介绍
“激光”一词是LightAmplification byStimulatedEmission ofRadiation（受激辐射而放大的光）的缩写，激光器的要素有：
2激光焊接基本原理
Nd:YAG脉冲激光焊接系统包含几个要素：1.激光，2.光束传输3.聚焦头4.激光焊接系统5.关键焊接参数。
2.1脉冲激光焊
焊接用的激光是由Nd:YAG激光器闪光灯泵浦产生的脉冲激光，Nd:YAG晶体是最有效和最强大的材料，可用于解决晶体棒内产生的功率热量，与二极管泵浦和Q开关产生的激光相比，脉冲激光焊要的是闪光灯，二极管不适合产生脉冲，Q开关不能提供给焊接用的高效能量。
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，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。
1.4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。
1.5谐振器
谐振腔的设计对激光束的发射质量和空间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。
4.
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
1.3Nd: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+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。