激光是20世紀(jì)以來，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”和“最亮的光”。其亮度為太陽光的100億倍，它的原理早在1916年已被著名的美國物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但直到1960年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準(zhǔn)備和生產(chǎn)實(shí)踐迫切需要的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。它一問世，就獲得了異乎尋常的飛速發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)技術(shù)獲得了新生，而且導(dǎo)致一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。激光可使人們有效地利用前所未有的先進(jìn)方法和手段去獲得空前的效益和成果，從而促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展。
焊接，作為現(xiàn)代重要的加工技術(shù)之一，自1882年出現(xiàn)碳弧焊開始，迄今已經(jīng)歷了100多年的發(fā)展歷程，為了適應(yīng)工業(yè)發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步的需要，先后產(chǎn)生了埋弧焊、電阻焊、電渣焊及各種氣體保護(hù)焊等一系列新的焊接方法。進(jìn)入20世紀(jì)60年代后，隨著焊接新工藝和新能源的開發(fā)研究，等離子弧切割與焊接、真空電子束焊接及激光焊接等高能束技術(shù)也陸續(xù)應(yīng)用到各工業(yè)部門，使焊接技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的水平。尤其是近年來，各種尖端工業(yè)的發(fā)展需求，不斷提出了具有特殊性能材料的焊接問題，如高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼、特種耐熱耐腐蝕鋼、高強(qiáng)不銹鋼、特種合金及金屬間化合物、復(fù)合材料、難熔金屬及異種材料焊接等。激光焊（LaserBeamWelding，LBW）是利用能量密度極高的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，與其它熔化焊相比獨(dú)具深寬比高、焊縫寬度小、熱影響區(qū)小、變形小、焊接速度快、焊縫質(zhì)量高、無氣孔、可控制、聚焦光點(diǎn)小、定位精度高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，在各種加工制造業(yè)中受到了高度重視。
1激光焊的原理
激光是指激光活性物質(zhì)（工作物質(zhì)）受到激勵(lì)，產(chǎn)生輻射，通過光放大而產(chǎn)生一種單色性好、方向性強(qiáng)、光亮度高的光束。經(jīng)透射或反射鏡聚焦后可獲得直徑小于0.01mm、功率密度高達(dá)106~l012W/cm2的能束，可用作焊接、切割及材料表面處理的熱源。
激光焊實(shí)質(zhì)上是激光與非透明物質(zhì)相互作用的過程，微觀上是一個(gè)量子過程，宏觀上則表現(xiàn)為反射、吸收、加熱、熔化和汽化等現(xiàn)象。激光焊時(shí),激光照射到被焊接件的表面，與其發(fā)生作用，一部分被反射，另一部分進(jìn)入焊件內(nèi)部。
激光焊的熱效應(yīng)取決于焊件吸收光束能量的程度，常用吸收率來表征。金屬對(duì)激光的吸收率，主要與激光波長，金屬的性質(zhì)、溫度、表面狀況以及激光功率密度等因素有關(guān)。
材料的加熱：吸收了光子而處于高能級(jí)的電子將在與其他電子的碰撞以及與晶格的互相作用中進(jìn)行能量的傳遞，光子的能量最終轉(zhuǎn)化為晶格的熱振動(dòng)能，引起材料溫度升高，改變材料表面及內(nèi)部溫度。
材料的熔化及汽化：激光加工時(shí),材料吸收的光能向熱能的轉(zhuǎn)換是在極短的時(shí)間（約為10-9s）內(nèi)完成的。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，熱能僅僅局限于材料的激光輻射區(qū)，而后通過熱傳導(dǎo)，熱量由高溫區(qū)傳向低溫區(qū)。
當(dāng)功率密度大于106W/cm2時(shí)，被焊材料會(huì)產(chǎn)生急劇的蒸發(fā)。
在連續(xù)激光深熔焊接時(shí)，由于被焊材料蒸發(fā)，蒸氣壓力和蒸氣反作用力等能克服熔化金屬表面張力及液體金屬靜壓力而形成“小孔”。“小孔”類似于“黑洞”，有助于對(duì)光束能量的吸收。
壁聚焦效應(yīng)：激光束射入小孔中時(shí)，由于激光束聚焦后不是平行光束,與孔壁間形成一定的入射角，激光束照射到孔壁上后，經(jīng)多次反射而達(dá)到孔底，最終被完全吸收。
焊縫的形成：隨著工件和光束做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于被焊材料劇烈蒸發(fā)產(chǎn)生的表面張力使“小孔”前沿的熔化金屬沿某一角度得到加速，在“小孔”后面的近表面處形成熔流。“小孔”后方液態(tài)金屬由于散熱的結(jié)果，溫度迅速降低，凝固而形成連續(xù)的焊縫。