激光对金属材料的焊接,本质上是激光与非透明物质相互作用的过程。这个过程及其复杂,微观上是一个量子过程,宏观上则表现为反射、吸收、熔化、汽化等现象。
(1) 光的反射及吸收
当能量为
的激光照射到材料表面时,部分能量被反射,部分能量被吸收,对材料透明,还有部分被反射。当激光垂直入射时,金属表面反射比
为
(2) 材料的无损加热
金属对激光的吸收实际也是光能向金属的传输。一旦激光光子入射到金属晶体,光子与电子发生
非弹性碰撞,光子将其能量传递给电子,是电子有原来的低能级跃迁到高能级。与此同时,金属内部的电子间也在不断地互相碰撞。每个电子两次碰撞间的平均时间间隔为
s的数量级,因而,吸收了光子并处于高能级的电子将在与其他电子的碰撞以及与晶格的互相作用中进行能量的传递。光子的能量最终转化为
晶格的热振动能,引起材料温度的升高,并以热传导的方式向四周或内部传播,改变次材料表面及内部温度。