激光能量耦合中等离子体造成的影响

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本文是激光刻章机制造企业的专家，根据自己多年对各类激光应用技术的研究所撰写的文章，希望能对接触此技术的朋友有所启发。
　　激光深熔焊不同于热传导焊，它不是通过单纯的热传导吸收能量，大的能量密度首先在金属表面形成“钥匙孔”，然后能量在小孔内经过多次菲涅耳吸收和等离子体的逆韧致吸收，使得进入小孔的能量几乎百分之百地被吸收，小孔周围熔化的金属和内部全属蒸气等离子体形成焊接热源。与此同时，金属表面和小孔内喷出的金属蒸汽以及保护气中一部分起始自由电子通过逆韧致辐射吸收光子能量而被加速，直至有足够的能量来碰撞蒸气粒子和保护气体使其电离，此时电子密度便雪崩式地增长形成致密等离子体。
当激光能量密度较低时，等离子体仅由金属离子蒸汽组成，自由电子的功能还不足以使保护气雪崩电离，它仅能停留在小孔内部或紧贴于工件表面，而且电子密度较低。研究表明，此时等离子体可以提高激光能量的耦合系数。一般认为：这种等离子体强化吸收是由于等离子体的短波长热辐射，即等离子体吸收能量之后再辐射出易于被金属吸收的短波长光子以及等离子体的热传导和受等离子体压力作用而被迫返回表面蒸汽的凝结。
由于等离子体的强化吸收效应，材料对CO2激光的吸收率可达入射激光功率的30％～50％。当激光能量密度超过某一阈值时，金属蒸汽中自由电子的能量大到足以使辅助气体发生电离时，等离子体的成份和状态发生了本质变化，此时的等离子体主要是由辅助气体电离组成,且离开工件表面,沿着激光束的反方向传播,形成激光维持吸收波,激光深熔焊接将被中断。根据激光功率密度，环境条件等的不同，等离子体或者逐渐消失，激光束重新加热并蒸发工件，等离子体的产生和消失呈周期性变化振荡；或者漂浮于工件上方，形成激光维持的等离子体。

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