第一篇：激光焊

激光深熔焊接的主要工藝參數(shù)

激光功率

激光焊接中存在一個(gè)激光能量密度閾值，低于此值，熔深很淺，一旦達(dá)到或超過此值，熔深會(huì)大幅度提高。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超過閾值（與材料有關(guān)），等離子體才會(huì)產(chǎn)生，這標(biāo)志著穩(wěn)定深熔焊的進(jìn)行。如果激光功率低于此閾值，工件僅發(fā)生表面熔化，也即焊接以穩(wěn)定熱傳導(dǎo)型進(jìn)行。而當(dāng)激光功率密度處于小孔形成的臨界條件附近時(shí)，深熔焊和傳導(dǎo)焊交替進(jìn)行，成為不穩(wěn)定焊接過程，導(dǎo)致熔深波動(dòng)很大。激光深熔焊時(shí)，激光功率同時(shí)控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接與光束功率密度有關(guān)，且是入射光束功率和光束焦斑的函數(shù)。一般來說，對一定直徑的激光束，熔深隨著光束功率提高而增加。

光束焦斑

光束斑點(diǎn)大小是激光焊接的最重要變量之一，因?yàn)樗鼪Q定功率密度。但對高功率激光來說，對它的測量是一個(gè)難題，盡管已經(jīng)有很多間接測量技術(shù)。

光束焦點(diǎn)衍射極限光斑尺寸可以根據(jù)光衍射理論計(jì)算，但由于聚焦透鏡像差的存在，實(shí)際光斑要比計(jì)算值偏大。最簡單的實(shí)測方法是等溫度輪廓法，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后測量焦斑和穿孔直徑。這種方法要通過測量實(shí)踐，掌握好激光功率大小和光束作用的時(shí)間。

材料吸收值

材料對激光的吸收取決于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等，其中最重要的是吸收率。

影響材料對激光光束的吸收率的因素包括兩個(gè)方面：首先是材料的電阻系數(shù)，經(jīng)過對材料拋光表面的吸收率測量發(fā)現(xiàn)，材料吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比，而電阻系數(shù)又隨溫度而變化；其次，材料的表面狀態(tài)（或者光潔度）對光束吸收率有較重要影響，從而對焊接效果產(chǎn)生明顯作用。

CO2激光器的輸出波長通常為10.6μm，陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等非金屬對它的吸收率在室溫就很高，而金屬材料在室溫時(shí)對它的吸收很差，直到材料一旦熔化乃至氣化，它的吸收才急劇增加。采用表面涂層或表面生成氧化膜的方法，提高材料對光束的吸收很有效。

焊接速度

焊接速度對熔深影響較大，提高速度會(huì)使熔深變淺，但速度過低又會(huì)導(dǎo)致材料過度熔化、工件焊穿。所以，對一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一個(gè)合適的焊接速度范圍，并在其中相應(yīng)速度值時(shí)可獲得最大熔深。保護(hù)氣體

激光焊接過程常使用惰性氣體來保護(hù)熔池，當(dāng)某些材料焊接可不計(jì)較表面氧化時(shí)則也可不考慮保護(hù)，但對大多數(shù)應(yīng)用場合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護(hù)，使工件在焊接過程中免受氧化。

氦氣不易電離（電離能量較高），可讓激光順利通過，光束能量不受阻礙地直達(dá)工件表面。這是激光焊接時(shí)使用最有效的保護(hù)氣體，但價(jià)格比較貴。

氬氣比較便宜，密度較大，所以保護(hù)效果較好。但它易受高溫金屬等離子體電離，結(jié)果屏蔽了部分光束射向工件，減少了焊接的有效激光功率，也損害焊接速度與熔深。使用氬氣保護(hù)的焊件表面要比使用氦氣保護(hù)時(shí)來得光滑。

氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體最便宜，但對某些類型不銹鋼焊接時(shí)并不適用，主要是由于冶金學(xué)方面問題，如吸收，有時(shí)會(huì)在搭接區(qū)產(chǎn)生氣孔。

使用保護(hù)氣體的第二個(gè)作用是保護(hù)聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。特別在高功率激光焊接時(shí)，由于其噴出物變得非常有力，此時(shí)保護(hù)透鏡則更為必要。

保護(hù)氣體的第三個(gè)作用是對驅(qū)散高功率激光焊接產(chǎn)生的等離子屏蔽很有效。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云，金屬蒸氣周圍的保護(hù)氣體也會(huì)因受熱而電離。如果等離子體存在過多，激光束在某種程度上被等離子體消耗。等離子體作為第二種能量存在于工作表面，使得熔深變淺、焊接熔池表面變寬。通過增加電子與離子和中性原子三體碰撞來增加電子的復(fù)合速率，以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕，碰撞頻率越高，復(fù)合速率越高；另一方面，只有電離能高的保護(hù)氣體，才不致因氣體本身的電離而增加電子密度。

表

常用氣體和金屬的原子(分子)量和電離能

材料 氦 氬 氮 鋁 鎂 鐵

原子(分子)量 4 40 28 27 24 56

電離能(eV)24.46 15.68 14.5 5.96 7.61 7.83

從表可知，等離子體云尺寸與采用的保護(hù)氣體不同而變化，氦氣最小，氮?dú)獯沃褂脷鍤鈺r(shí)最大。等離子體尺寸越大，熔深則越淺。造成這種差別的原因首先由于氣體分子的電離程度不同，另外也由于保護(hù)氣體不同密度引起金屬蒸氣擴(kuò)散差別。

氦氣電離最小，密度最小，它能很快地驅(qū)除從金屬熔池產(chǎn)生的上升的金屬蒸氣。所以用氦作保護(hù)氣體，可最大程度地抑制等離子體，從而增加熔深，提高焊接速度；由于質(zhì)輕而能逸出，不易造成氣孔。當(dāng)然，從我們實(shí)際焊接的效果看，用氬氣保護(hù)的效果還不錯(cuò)。

等離子云對熔深的影響在低焊接速度區(qū)最為明顯。當(dāng)焊接速度提高時(shí)，它的影響就會(huì)減弱。

保護(hù)氣體是通過噴嘴口以一定的壓力射出到達(dá)工件表面的，噴嘴的流體力學(xué)形狀和出口的直徑大小十分重要。它必須以足夠大以驅(qū)使噴出的保護(hù)氣體覆蓋焊接表面，但為了有效保護(hù)透鏡，阻止金屬蒸氣污染或金屬飛濺損傷透鏡，噴口大小也要加以限制。流量也要加以控制，否則保護(hù)氣的層流變成紊流，大氣卷入熔池，最終形成氣孔。

為了提高保護(hù)效果，還可用附加的側(cè)向吹氣的方式，即通過一較小直徑的噴管將保護(hù)氣體以一定的角度直接射入深熔焊接的小孔。保護(hù)氣體不僅抑制了工件表面的等離子體云，而且對孔內(nèi)的等離子體及小孔的形成施加影響，熔深進(jìn)一步增大，獲得深寬比較為理想的焊縫。但是，此種方法要求精確控制氣流量大小、方向，否則容易產(chǎn)生紊流而破壞熔池，導(dǎo)致焊接過程難以穩(wěn)定。

透鏡焦距

焊接時(shí)通常采用聚焦方式會(huì)聚激光，一般選用63~254mm(2.5”~10”)焦距的透鏡。聚焦光斑大小與焦距成正比，焦距越短，光斑越小。但焦距長短也影響焦深，即焦深隨著焦距同步增加，所以短焦距可提高功率密度，但因焦深小，必須精確保持透鏡與工件的間距，且熔深也不大。由于受焊接過程中產(chǎn)生的飛濺物和激光模式的影響，實(shí)際焊接使用的最短焦深多為焦距126mm(5”)。當(dāng)接縫較大或需要通過加大光斑尺寸來增加焊縫時(shí)，可選擇254mm(10”)焦距的透鏡，在此情況下，為了達(dá)到深熔小孔效應(yīng)，需要更高的激光輸出功率（功率密度）。

當(dāng)激光功率超過2kW時(shí)，特別是對于10.6μm的CO2激光束，由于采用特殊光學(xué)材料構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)，為了避免聚焦透鏡遭光學(xué)破壞的危險(xiǎn)，經(jīng)常選用反射聚焦方法，一般采用拋光銅鏡作反射鏡。由于能有效冷卻，它常被推薦用于高功率激光束聚焦。

焦點(diǎn)位置

焊接時(shí)，為了保持足夠功率密度，焦點(diǎn)位置至關(guān)重要。焦點(diǎn)與工件表面相對位置的變化直接影響焊縫寬度與深度。

在大多數(shù)激光焊接應(yīng)用場合，通常將焦點(diǎn)的位置設(shè)置在工件表面之下大約所需熔深的1/4處。

激光束位置

對不同的材料進(jìn)行激光焊接時(shí)，激光束位置控制著焊縫的最終質(zhì)量，特別是對接接頭的情況比搭接結(jié)頭的情況對此更為敏感。例如，當(dāng)淬火鋼齒輪焊接到低碳鋼鼓輪，正確控制激光束位置將有利于產(chǎn)生主要有低碳組分組成的焊縫，這種焊縫具有較好的抗裂性。有些應(yīng)用場合，被焊接工件的幾何形狀需要激光束偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，當(dāng)光束軸線與接頭平面間偏轉(zhuǎn)角度在100度以內(nèi)時(shí)，工件對激光能量的吸收不會(huì)受到影響。

功率控制

焊接起始、終止點(diǎn)的激光功率漸升、漸降控制

激光深熔焊接時(shí)，不管焊縫深淺，小孔現(xiàn)象始終存在。當(dāng)焊接過程終止、關(guān)閉功率開關(guān)時(shí)，焊縫尾端將出現(xiàn)凹坑。另外，當(dāng)激光焊層覆蓋原先焊縫時(shí)，會(huì)出現(xiàn)對激光束過度吸收，導(dǎo)致焊件過熱或產(chǎn)生氣孔。

為了防止上述現(xiàn)象發(fā)生，可對功率起止點(diǎn)編制程序，使功率起始和終止時(shí)間變成可調(diào)，即起始功率用電子學(xué)方法在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)從零升至設(shè)置功率值，并調(diào)節(jié)焊接時(shí)間，最后在焊接終止時(shí)使功率由設(shè)置功率逐漸降至零值。[1]

3優(yōu)缺點(diǎn)編輯

（1）焊件位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。

（2）焊件需使用夾治具時(shí)，必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對準(zhǔn)。（3）最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過19mm的工件，生產(chǎn)線上不適合使用激光焊接。

（4）高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(huì)受激光所改變。（5）當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再出現(xiàn)。

（6）能量轉(zhuǎn)換效率太低，通常低于10%。（7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。（8）設(shè)備昂貴。

為了消除或減少激光焊接的缺陷,更好地應(yīng)用這一優(yōu)秀的焊接方法,提出了一些用其它熱源與激光進(jìn)行復(fù)合焊接的工藝,主要有激光與電弧、激光與等離子弧、激光與感應(yīng)熱源復(fù)合焊接、雙激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外還提出了各種輔助工藝措施，如激光填絲焊（可細(xì)分為冷絲焊和熱絲焊）、外加磁場輔助增強(qiáng)激光焊、保護(hù)氣控制熔池深度激光焊、激光輔助攪拌摩擦焊等。

(1)功率密度。功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在10^4~10^6W/CM^2。

(2)激光脈沖波形。激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。

(3)激光脈沖寬度。脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。

(4)離焦量對焊接質(zhì)量的影響。激光焊接通常需要一定的離做文章一，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化，形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí)，高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時(shí)，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強(qiáng)的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時(shí)，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。

4應(yīng)用編輯

激光焊接機(jī)技術(shù)廣泛被應(yīng)運(yùn)在汽車、輪船、飛機(jī)、高鐵等高精制造領(lǐng)域，給人們的生活質(zhì)量帶來了重大提升，更是引領(lǐng)家電行業(yè)進(jìn)入了精工時(shí)代。

特別是在大眾汽車創(chuàng)造的42米無縫焊接技術(shù)，大大提高了車身整體性和穩(wěn)定性之后，家電領(lǐng)頭企業(yè)海爾集團(tuán)隆重推出首款采用激光無縫焊接技術(shù)生產(chǎn)的洗衣 機(jī)，該家電為人民珍視了科技的進(jìn)步，先進(jìn)的激光技術(shù)可以為人民的生活帶來巨大的改變。隨著洗衣機(jī)全球品牌地位的不斷鞏固，其對行業(yè)的引領(lǐng)開始全面展現(xiàn)，然 而有激光焊接機(jī)技術(shù)的支持，也將對家電行業(yè)有一個(gè)更深的改革。據(jù)海爾研發(fā)人員介紹，市場上的全自動(dòng)洗衣機(jī)內(nèi)桶的制造技術(shù)大多采用“扣搭”技術(shù)，內(nèi)桶的銜 接處會(huì)存在縫隙或不平整，導(dǎo)致桶體強(qiáng)度不高、對衣物產(chǎn)生不必要磨損。為了進(jìn)一步提高內(nèi)桶的可靠性和精細(xì)化，海爾洗衣機(jī)以汽車、造船行業(yè)為參照母本，將激光 無縫焊接技術(shù)應(yīng)用在勻動(dòng)力洗衣機(jī)新品上，避免了內(nèi)桶縫隙和不平整的產(chǎn)生，在全面提高了產(chǎn)品的可靠性的同時(shí)更加呵護(hù)衣物。由于內(nèi)桶的強(qiáng)度的提高，勻動(dòng)力洗衣 機(jī)脫水過程中最高轉(zhuǎn)速比普通全自動(dòng)洗衣機(jī)也提高了25%，脫水效率大幅提升，并且耗電少、用時(shí)省。

此外，還了解到，中德造船業(yè)合作研發(fā)的“高功率激光焊接機(jī)技術(shù)”，保證了輪船的安全性，進(jìn)一步加強(qiáng)了船身結(jié)構(gòu)；在航空領(lǐng)域，激光無縫焊接技術(shù)也已廣泛 應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造上，同時(shí)，鋁合金機(jī)身的激光無縫焊接技術(shù)可以取代鉚釘，從而減輕了20%的機(jī)身重量；我國的高鐵軌道也引進(jìn)了激光無縫焊接技術(shù)，在 提高安全性能同時(shí)，也大大降低了噪音，為旅客帶來安靜舒心的乘車環(huán)境。

隨著科技的全面發(fā)展，激光焊接機(jī)技術(shù)的不斷鞏固與應(yīng)用，也帶領(lǐng)全球的家電產(chǎn)業(yè)步入了一個(gè)新時(shí)代，新的工藝不僅是產(chǎn)品的升級，也是更多科技的展示和應(yīng)用。[2]

1、制造業(yè)應(yīng)用

激光拼焊(TailoredBlandLaserWelding)技術(shù)在國外轎車制造中得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年全球范圍內(nèi)剪裁坯板激光拼焊生產(chǎn)線超過100條，年產(chǎn)轎車構(gòu)件拼焊坯板7000萬件，并繼續(xù)以較高速度增長。國內(nèi)生產(chǎn)的引進(jìn)車型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板結(jié)構(gòu)。日本以CO2激光焊代替了閃光對焊進(jìn)行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，無法熔焊，但通過有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功，顯示了激光焊的廣闊前途。日本還在世界上首次成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸氣發(fā)生器細(xì)管的維修等，在國內(nèi)蘇寶蓉等還進(jìn)行了齒輪的激光焊接技術(shù)。

2、粉末冶金領(lǐng)域

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多工業(yè)技術(shù)上對材料特殊要求，應(yīng)用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域如汽車、飛機(jī)、工具刃具制造業(yè)中正在取代傳統(tǒng)的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發(fā)展，它與其它零件的連接問題顯得日益突出，使粉末冶金材料的應(yīng)用受到限制。在八十年代初期，激光焊以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入粉末冶金材料加工領(lǐng)域，為粉末冶金材料的應(yīng)用開辟了新的前景，如采用粉末冶金材料連接中常用的釬焊的方法焊接金剛石，由于結(jié)合強(qiáng)度低，熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)高溫及強(qiáng)度要求高而引起釬料熔化脫落，采用激光焊接可以提高焊接強(qiáng)度以及耐高溫性能。

3、汽車工業(yè)

20世紀(jì)80年代后期，千瓦級激光成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而今激光焊接生產(chǎn)線已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車制造業(yè)，成為汽車制造業(yè)突出的成就之一。德國奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車制造廠早在20世紀(jì)80年代就率先采用激光焊接車頂、車身、側(cè)框等鈑金焊接，90年代美國通用、福特和克萊斯勒公司竟相將激光焊接引入汽車制造，盡管起步較晚，但發(fā)展很快。意大利菲亞特在大多數(shù)鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接，日本的日產(chǎn)、本田和豐田汽車公司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝，高強(qiáng)鋼激光焊接裝配件因其性能優(yōu)良在汽車車身制造中使用得越來越多，根據(jù)美國金屬市場統(tǒng)計(jì)，至2002年底，激光焊接鋼結(jié)構(gòu)的消耗將達(dá)到70000t比1998年增加3倍。根據(jù)汽車工業(yè)批量大、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，激光焊接設(shè)備向大功率、多路式方向發(fā)展。在工藝方面美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室與PrattWitney聯(lián)合進(jìn)行在激光焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲的研究，德國不萊梅應(yīng)用光束技術(shù)研究所在使用激光焊接鋁合金車身骨架方面進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為在焊縫中添加填充余屬有助于消除熱裂紋，提高焊接速度，解決公差問題，開發(fā)的生產(chǎn)線已在奔馳公司的工廠投入生產(chǎn)。

4、電子工業(yè)

激光焊接在電子工業(yè)中，特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小加熱集中迅速、熱應(yīng)力低，因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了應(yīng)用，如鉬聚焦極與不銹鋼支持環(huán)、快熱陰極燈絲組件等。傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05-0.1mm，采用傳統(tǒng)焊接方法難以解決，TIG焊容易焊穿，等離子穩(wěn)定性差，影響因素多而采用激光焊接效果很好，得到廣泛的應(yīng)用。

5、生物醫(yī)學(xué)

生物組織的激光焊接始于20世紀(jì)70年代，Klink等及jain[13]用激光焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來的優(yōu)越性，使更多研究者嘗試焊接各種生物組織，并推廣到其他組織的焊接。有關(guān)激光焊接神經(jīng)方面國內(nèi)外的研究主要集中在激光波長、劑量及其對功能恢復(fù)以及激光焊料的選擇等方面的研究，劉銅軍進(jìn)行了激光焊接小血管及皮膚等基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上又對大白鼠膽總管進(jìn)行了焊接研究。激光焊接方法與傳統(tǒng)的縫合方法比較，激光焊接具有吻合速度快，愈合過程中沒有異物反應(yīng)，保持焊接部位的機(jī)械性質(zhì)，被修復(fù)組織按其原生物力學(xué)性狀生長等優(yōu)點(diǎn)將在以后的生物醫(yī)學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。

6、其他領(lǐng)域

在其他行業(yè)中，激光焊接也逐漸增加特別是在特種材料焊接中國內(nèi)進(jìn)行了許多研究，如對BT20鈦合金、HEl30合金、Li-ion電池等激光焊接，德國玻璃機(jī)械制造商GlamacoCoswig公司與IFW接合技術(shù)與材料實(shí)驗(yàn)研究院合作開發(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術(shù)。

5混合焊接優(yōu)勢編輯

激光混合焊接技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。對于激光混合，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：更大的熔深/較大縫隙的焊接能力；焊縫的韌性更好，通過添加輔助材料可對焊縫晶格組織施加影響；無燒穿時(shí)焊縫背面下垂的現(xiàn)象；適用范圍更廣；借助于激光替換技術(shù)投資較少。對于激光MIG惰性氣體保護(hù)焊混合，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：較高的焊接速度；熔焊深度大；產(chǎn)生的焊接熱少；焊縫的強(qiáng)度高；焊縫寬度??；焊縫凸出小。從而使得整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)過程穩(wěn)定性好，設(shè)備可用性好；焊縫準(zhǔn)備工作量和焊接后焊縫處理工作量小；焊接生產(chǎn)工時(shí)短、費(fèi)用低、生產(chǎn)效率高；具有很好的光學(xué)設(shè)備配置性能。

但是，激光混合焊接在電源設(shè)備方面的投資成本相對較高。隨著市場的進(jìn)一步擴(kuò)大，電源設(shè)備的價(jià)格也將會(huì)有所下降，并將使激光混合焊接技術(shù)在更多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。至少激光混合焊接技術(shù)在鋁合金材料的焊接中是一種非常合適的焊接工藝，將在較長的時(shí)期內(nèi)成為主要的焊接生產(chǎn)工具。

第二篇：鉚焊基本知識(shí)

1：鉚工常用的錘有哪幾類？

答：有手錘，大錘，型錘。

2：鉚工常用的鑿子有哪幾類？

答：有扁鑿和狹鑿兩大類。

3：什么叫鋼？

答：含碳量低于2.11%的鐵碳合金叫鋼。

4：什么叫高碳鋼？

答：含碳量大于0.6%的鋼叫高碳鋼。

5：鋼根據(jù)用途可分幾類？

答：可分為結(jié)構(gòu)鋼，工具鋼和特殊用途剛。

6：鋼按其端面形狀可分幾類？

答：可分為板材，管材，型材，線材。

7：鋼材變形矯正的基本方法有哪兩種？

答：有冷作矯正和加熱矯正。

8：什麼叫裝配夾具？

答：指在裝配過程中用來對零件施加外力，使其獲得可靠定位的工藝裝備。

9：冷作矯正的基本方法有幾類？

答：有手工矯正和機(jī)械矯正。

10：加熱矯正分哪幾類？

答：分全加熱矯正和局部加熱矯正。

11：局部加熱矯正加熱區(qū)的形狀有幾種？

答：有點(diǎn)狀，線狀，三角形三種。

12：角鋼變形有哪幾種？

答：有扭曲，彎曲，角變形三種。

13：槽鋼的變形有哪幾種？

答：有扭曲，彎曲，翼板局部變形。

14：什么叫冷作矯正？

答：再常溫下進(jìn)行的矯正叫冷作矯正。

15：分離包括哪幾道工序？

答：包括落料，沖孔，切口三個(gè)工序。

16：什么叫沖壓？

答：使板料經(jīng)分離或成形得到制件的過程。

17：沖壓有哪些優(yōu)點(diǎn)？

答：產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，節(jié)約材料，降低成本，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

18：什么叫彎曲成型？

答：將坯料彎成所需形狀的加工方法。

19：鉚接的基本形式有那三種？

答：對接，搭接，角接。

20：什么叫鉚接？

答：利用鉚釘將兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件連接為一個(gè)整體。

21：常用的鉚釘有幾種？

答：有半圓頭，沉頭，半沉頭，平頭，平錐頭，扁圓，扁平。

22：鉚接的種類有哪幾種？

答：有強(qiáng)固鉚接密固鉚接緊密鉚接。

23：什麼叫裝配？

答：將各個(gè)零件按照一定技術(shù)條件聯(lián)合成構(gòu)件的過稱。

24：裝配的三要素是什么？

答：定位，支撐，夾緊。

25：金屬結(jié)構(gòu)的連接方法有哪幾種？

答：有焊接，鉚接，螺栓連接，鉚焊混合連接。

26：防樣常用的工具有哪些？

答：粉線，石筆，畫針，尺子，樣沖，手錘。

27：求相貫線的主要方法有哪些？

答：有素線法，輔助平面法，球面法。

28：求直線段實(shí)長的方法有哪些？

答：旋轉(zhuǎn)法，直角三角形法，換面法，支線法。

29：作展開圖的方法有哪些？

答：有作圖法，計(jì)算法。

30：常用的展開方法有哪些？

答：有平行線法，放射線法，三角形法。

31：材料剪切斷面可分為哪幾部分？

答：塌角，光亮帶，剪裂帶，毛刺。

32：矯正分哪幾種？

答：分手工矯正，機(jī)械矯正，火焰矯正。

33：什麼叫基準(zhǔn)？

答：零件圖上用來確定其他點(diǎn)，線，棉位置的點(diǎn)線面。

34：什么叫塑性？

答：金屬材料在外力作用下，永久變形而不破壞的能力。

35；什麼叫韌性？

答：金屬材料在沖擊載荷作用下不被破壞的能力。

36：防止焊接變形有哪些措施？

答：反變形法，剛性固定法，合理的焊接順序。

37：空間直線投影有哪些特性？

答：真實(shí)性，積聚性，收縮性。

38：什麼叫截交線？

答：由平面截割形體而產(chǎn)生的交線。

39：什麼叫相貫線？

答：由兩個(gè)平面相交二產(chǎn)生的表面交線。

40：視圖分幾種？

答：分基本視圖，局部視圖，斜視圖，旋轉(zhuǎn)視圖。

41：什麼叫基本視圖？

答：機(jī)件向基本投影面投影所得的視圖。

42：基本視圖有哪些？

答：主視，俯視，左視，右視，仰視，后視。

43：剖視圖分哪幾種？

答：分全剖，半剖，局部剖。

44：切削用量對鉆削有何影響？

答：合理的選擇切削用量，可防止鉆頭過早磨損，或損壞。防止機(jī)床過載，提高工件的切削精度和表面粗糙度。

45：什么叫攻絲？

答：用絲錐在孔壁上切削出內(nèi)螺紋。

46：底孔直徑的大小對功絲有何影響？

答：若底孔直徑與內(nèi)螺紋直徑一致材料擴(kuò)張時(shí)就會(huì)卡住絲錐，這時(shí)絲錐容易折斷；若過大，就會(huì)使攻出的螺紋牙型高度不夠而形成廢品。

47：什么叫套絲？

答：用板牙在圓桿管子外徑切削出螺紋。

48：選擇坡口應(yīng)注意哪些原則？

答：（1）盡量減少焊縫金屬填充量，（2）保證焊透和避免產(chǎn)生裂紋，（3）考慮最小焊接變形，（4）便于加工。

49：開坡口時(shí)留鈍邊有何作用？

答：防止接頭燒穿。

50：開坡口的方法有哪些？

答：用風(fēng)鏟加工，機(jī)械加工，氣割坡口，碳弧氣刨坡口。

51：什么叫碳弧氣刨？

答：利用碳極電弧的高溫把金屬的局部熔化，同時(shí)再用壓縮空氣的氣流把這些熔化金屬吹掉，達(dá)到刨削或切削金屬的目的，52：磨削有何用途？

答：可消除板面焊疤邊緣的毛刺，修磨焊縫以及對受壓容器的焊縫再探傷檢查前進(jìn)行打磨處理。

53：什么叫彎曲成型？

答：把平板毛坯，型材或管材，彎成一定角度，曲率，從而形成一定形狀的零件。

54：答：什么叫彈復(fù)現(xiàn)象？

答：彎曲時(shí)材料發(fā)生彈性變形，當(dāng)外力去除后，部分彈性變形恢復(fù)原態(tài)，使彎曲件的形狀和角度發(fā)生變化。

55：鉚工常用的彎曲成型的方法有哪些？

答：有壓彎，滾彎，壓延及水火彎板。

56；影響彎曲成型的因素有哪些？

答：彎曲力，彈復(fù)現(xiàn)象，最小彎曲半徑，斷面形狀。

57：如何確定彎曲力的大小？

答：根據(jù)被彎材料的機(jī)械性能，彎曲方式和性質(zhì)，彎曲件的形狀。

58：影響彎曲彈復(fù)的因素有哪些？

答：被彎材料的機(jī)械性能，材料的相對彎曲半徑，彎曲角和一些其他因素。

59：影響最小彎曲半徑的因素有哪些？

答：被彎材料的機(jī)械性能，彎曲角，材料的彎曲方向，材料的表面質(zhì)量和剪斷面質(zhì)量，其他因素。

60：影響彎曲過程中截面形狀變化的因素有哪些？

答：主要有相對彎曲半徑，截面幾何特點(diǎn)及彎曲方式。

61鋼材加熱對鋼材彎曲加工的影響如何？

答：鋼材加熱后所需彎曲力減少，彈復(fù)現(xiàn)象消失，最小彎曲半徑減小，有利于按加工要求控制變形。

62：通常在何種情況下采用加熱彎曲？

答：再常溫下采用。

63：鋼材加熱溫度為何要限制在一定溫度？

答：溫度過高易造成鋼材過燒，溫度過低會(huì)使成型困難，并引起冷作硬化。

64：采用接觸彎曲時(shí)，常采用哪些措施解決彈復(fù)問題？

答：修正模具形狀，采用加壓校正法，增加壓邊裝置，減小模具間隙。

65：什么叫壓彎？

答：在壓力機(jī)上使用彎曲模進(jìn)行彎曲成型的加工法。

66：材料的彎曲變形有幾種形式？

答：有自由彎曲，接觸彎曲，矯正彎曲。

67：為什么鉚工使用的壓模通常采用焊接結(jié)構(gòu)？

答：因?yàn)檫@樣不僅制造方便，可縮短制模周期，還可提高材料利用率，降低成本。

68：什么叫滾彎？

答：在滾床上進(jìn)行彎曲成型的加工方法。

69：用對稱式三輥卷板機(jī)時(shí)常采用哪些措施消除工件直邊？

答：兩頭予彎和留加工余量。

70：壓延可分為哪兩種？鉚工常用那種？

答：分不變薄壓延和變薄壓延。鉚工常用不變薄壓延。

71：滾制錐面時(shí)應(yīng)采用哪些措施？

答：調(diào)節(jié)上輥位置，使其與下輥成一定角度傾斜；使小口的進(jìn)給速度大于大口。

72：較大工件如何滾制？

答：為避免其自重引起附加變形，應(yīng)將板料分為三個(gè)區(qū)域，先滾壓兩側(cè)，再滾壓中間，必要時(shí)由吊車配合。

73：非圓柱面工件任何滾制？

答：應(yīng)依其不同的曲率半徑在板料上劃分區(qū)域，調(diào)節(jié)軸輥間距進(jìn)行滾壓。

74：工件滾壓前有哪些準(zhǔn)備工作？

答：應(yīng)將軸輥和板料平面清理干凈，清除毛刺以免碰傷工件及軸輥。

75：什么叫壓延？

答：將一定形狀的平板毛坯在凸模的壓力作用下，通過凹模形成一個(gè)開口空心零件的壓制過程。

76：什么叫水火彎板？

答：通過氧乙炔焰將鋼板局部加熱收縮而成型。

77：水火彎板有哪些用途？

答：水火彎板只適用于曲率較小的零件成型，更多的是與滾壓相結(jié)合用來加工具有雙重彎曲的復(fù)雜形狀的零件。

78：水火彎板的方法有哪些？

答：有帶形加熱和點(diǎn)狀加熱。

79：水火彎板的工藝有哪些？

大：有烤嘴的選擇，加熱溫度和加熱速度，冷卻方式。

80：水火彎板的冷卻方式有幾種？

答：有空冷和水冷兩種，水冷又有正背面水冷之分。

82：什么叫空冷？

答：火焰局部加熱后，工件在空氣中自然冷卻。

83：什么叫水冷？

答：用水強(qiáng)迫冷卻已加熱部分的金屬，使其迅速冷卻，減少熱量向背面?zhèn)鬟f，擴(kuò)大了正反面的溫度差，而提高成型效果。

84：爆炸成型有哪些特點(diǎn)？

答：可使模具結(jié)構(gòu)簡化；可加工形狀復(fù)雜，剛性模難以加工的空心零件；回彈小，精度高，質(zhì)量好；加工成型速度快；不需要沖壓設(shè)備。

85：什么叫角接？

答：兩板件相互垂直成一點(diǎn)角度連接時(shí)，在連接處用角鋼作為連接件，把工件鉚接在一起。

86：鉚釘排列的主要參數(shù)有哪些？

答：有鉚釘距，排距，邊距。

87：什么叫鉚釘距？

答：一排鉚釘中相鄰兩鉚釘，中心間的距離。

88：什么叫排距？

答：指相鄰兩排鉚釘孔中心的距離。

89：什么叫邊距？

答：指外排鉚釘中心至工件板邊的距離。

90：構(gòu)件板厚與鉚釘直徑有哪些關(guān)系？

答：單排與雙排搭接連接時(shí)，鉚釘直徑取兩倍與厚度；單排與雙排雙蓋板連接時(shí)，鉚釘直徑取1.5~1.75的板厚。

91：確定板厚的原則有哪些？

答：搭接時(shí)，按較厚板料厚度確定；厚度相差較大的材料鉚接時(shí)，以較薄的板料確定；鋼板與型材鉚接時(shí)，取兩者的平均厚度；被連接總厚度不應(yīng)超過鉚釘直徑的5倍。

92：鉚釘長度與鉚接質(zhì)量有何關(guān)系？

大：鉚釘過長，鉚釘墩頭就過大，釘桿易彎曲；鉚釘過短，則墩粗量不足，釘頭成型不完整，影響鉚接強(qiáng)度和緊密性。

93：鉚釘孔徑在冷鉚時(shí)如何確定？

答：冷鉚時(shí)，釘桿不易墩粗，為保證連接強(qiáng)度，釘孔直徑應(yīng)與釘桿直徑接近。

94：熱鉚時(shí)，鉚釘孔徑任何確定？

答：熱鉚時(shí)，由于受熱膨脹變粗，為便于穿孔，釘孔直徑應(yīng)比釘桿直徑略大。

95：鉚釘由哪幾部分組成？

答：由手把，槍體，開關(guān)及管接頭。

96：鉚釘槍有什么特點(diǎn)？

答：具體積小，操作方便，可以進(jìn)行各種位置的鉚接。

97：鉚接可分為哪兩種方式？

答：可分為冷鉚和熱鉚。

98：什么叫冷鉚？

答：就是在常溫下的鉚接。

99：鉚接的終鉚溫度是多少？

答：在450~600攝氏度之間。

100：終鉚溫度對鉚接有何影響？

答：過高，會(huì)降低釘桿的初應(yīng)力；過低，鉚釘會(huì)發(fā)生藍(lán)脆現(xiàn)象。

1：金屬結(jié)構(gòu)的主要形式有哪些？

答：有框架結(jié)構(gòu)、容器結(jié)構(gòu)、箱體結(jié)構(gòu)、一般構(gòu)件結(jié)構(gòu)。

2：鉚工操作按工序性質(zhì)可分為幾部分？

答：分為備料、放樣、加工成型、裝配連接。

3：金屬結(jié)構(gòu)的連接方法有哪幾種？

答：有鉚接、焊接、鉚焊混合聯(lián)接、螺栓聯(lián)接。

4：在機(jī)械制造業(yè)中鉚工屬于（熱加工類）。

5：什么叫熱加工？

答：金屬材料全部或局部加熱加工成型。

6：珩架結(jié)構(gòu)是以什么為主體制造的結(jié)構(gòu)？

答：是以型材為主體。

7：容器結(jié)構(gòu)是以什么為主體制造的結(jié)構(gòu)？

答：是以板材為主體。

8：箱體結(jié)構(gòu)和一般結(jié)構(gòu)是以（板材）和（型材）混合制造的結(jié)構(gòu)。

9：備料是指（原材料）和（零件坯料）的準(zhǔn)備。

10：鋼板和型材在（運(yùn)輸、吊放、儲(chǔ)存）的過程中可造成變形。

11：鋼材的變形會(huì)影響零件的（吊運(yùn)、下料、氣割）等工序的正常進(jìn)行。

12：零件在加工過程中產(chǎn)生的變形如不進(jìn)行矯正，則會(huì)影響結(jié)構(gòu)的（正確裝配）崐13：焊接產(chǎn)生的變形會(huì)降低裝配的（精度），使鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，影響

（構(gòu)件的強(qiáng)度）。

14：扁鋼的變形有（彎曲、扭曲、彎扭復(fù)合變形）。

15：多輥矯正機(jī)根據(jù)軸輥的排列形式和調(diào)節(jié)輥的位置可分為哪幾種？

答：可分為上下輥列平行矯正機(jī)、上下輥傾斜矯正機(jī)。

16：火焰校正的加熱方式有哪些？

答：有點(diǎn)狀、線狀、三角形加熱。

17：火焰矯正的效果由什么因素決定？

答：由加熱的位置和加熱溫度決定。

18：矯正的方法有哪些？

答：機(jī)械校正、手工矯正、火焰矯正、高頻熱度鉸正。

19：什么是制作金屬結(jié)構(gòu)的第一道工序？

答：放樣和號料是制作金屬結(jié)構(gòu)的第一道工序。

20：放樣與號料對產(chǎn)品的影響有哪些？

答：它將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量對生產(chǎn)周期及成本都有直接影響。

21：放樣常用的量具有什么？

答：有木折尺、直尺、鋼卷尺、鋼板尺等。

22：放樣常用的工具有什么？

答：有劃規(guī)、地規(guī)、樣沖、劃針、小手錘。

23：實(shí)尺放樣的程序是什么？

答：程序是線型放樣、結(jié)構(gòu)放樣、展開放樣。

24：展開放樣的內(nèi)容有什么？

答：有板厚處理、展開作圖、制作號料樣板。

25：樣板按其用途分類有哪幾種？

答：有號料樣板、驗(yàn)型樣板、定位樣板。

26：制作樣板一般采用什么材料？

答：采用厚0.5--2毫米的薄鐵皮。

27：樣板、樣桿的畫法主要有哪幾種？

答：有直線畫樣法、過渡畫樣法。

28：怎樣做到合理用料？

答：要集中套排、余料利用。

29：曲線分哪幾種？

答：分為平面曲線和空間曲線。

30：求直線段實(shí)長方法有哪些？

答：有旋轉(zhuǎn)法、直角三角形法、支線法、換面法。

31：展開放樣的步驟是什么？

答：是通過幾何作圖先畫出相貫線、實(shí)長線、斷面實(shí)形然后作出展開圖。

32：求平面立體截交線的基本方法是什么？

答：棱線法和棱面法。

33：求曲面立體截交線的基本方法是什么？

答：是經(jīng)線法和緯線法。

34：求相貫線的主要方法是什么？

答：是輔助平面法、素線法、球面法。

35：相貫線有何特點(diǎn)？

答：(1)相貫線是相交兩形體的共有線和分界線(2)由于形體具有一定范圍

所以相貫線總是封閉的。

36：什么叫截交線？

答：截平面與立體表面的交線。

37：什么叫素線？

答：母線在構(gòu)件表面上的任何一個(gè)位置叫素線。

38：常用的展開方法有什么？

答：有平行線法、放射線法、三角形法。

39：球面的分割方式通常有什么？

答：有分帶法、分塊法、分瓣法。

40：板厚處理的主要內(nèi)容是什么？

答：確定彎曲件的中性層和消除板厚干涉。

41：角鋼彎曲件的料長按什么計(jì)算？

答：按重心層計(jì)算。

42：剪切直線的剪床有哪幾種？

答：有龍門斜口剪床、橫木斜口剪床、聯(lián)合沖剪機(jī)床。

43：剪切曲線的機(jī)床有哪幾種？

答：有圓盤剪床、振動(dòng)剪床。

44：振動(dòng)剪床的特點(diǎn)是什么？

答：振動(dòng)剪床能剪切各種曲線和內(nèi)孔。

46：聯(lián)合剪沖機(jī)床由什么組成？

答：由斜口剪、型鋼剪、小沖頭組成。

47：試分析剪切機(jī)的傳動(dòng)順序。

答：其順序?yàn)橛稍瓌?dòng)件－－傳動(dòng)件－－工件。

48：龍門剪床的前后檔板有何作用？

答：主要起定位作用。

49：在龍門或斜口剪床上，定位剪切有哪幾種形式？

答：有剪板定位剪切、后擋板定位剪切、擋板定位剪切。

50：斜口剪作用于材料上的剪切力可分解為什么？

答：可分為剪切力、水平拉力、離口力。

51：剪切機(jī)械不適于剪切什么材料？

答：不適于剪合金材料和淬過火的材料。

52：切割氧氣壓力如何選擇？

答：要根據(jù)工件厚度、割炬嘴孔徑、氧氣純度來選擇。

53：一般碳鋼在氧氣中的燃點(diǎn)是多少？

答：約為1100--1150°c

54：能滿足氣割條件的金屬材料有哪些？

答：有純鐵、低碳鋼、中碳鋼、普通低合金鋼。

55：氣割的過程是什么？

答：是金屬的預(yù)熱、金屬的燃燒、氧化物被吹走。

57：常用鉆頭有哪些？

和機(jī)用絲錐。

66：圓板牙的作用是什么？有什么組成？

答：是用來加工外螺紋的刀具，由切削部分、定位部分、排屑孔。

67：開坡口的形式與什么有關(guān)？

答：與材料的種類、厚度、焊接方法、產(chǎn)品的機(jī)械性能。

68：什么叫磨砂？

答：用砂輪對工件表面進(jìn)行加工稱為磨砂。

69：磨削工具主要有哪幾種？

答：有風(fēng)動(dòng)砂輪機(jī)和電動(dòng)砂輪機(jī)。

70：彎曲加工成型過程中，鋼材會(huì)發(fā)生什么變形？

答：會(huì)發(fā)生彈性變形和塑性變形。

71：鉚工常用的彎曲成形方法有哪些？

答：有冷彎、熱彎、手工彎曲、機(jī)械彎曲。

72：壓彎成型時(shí)材料彎曲變形有哪幾種形式？

答；有自由彎曲、接觸彎曲、校正彎曲。

73：在彎曲過程中材料橫截面形狀的變化與什么有關(guān)？

答：與相對彎曲半徑、橫截面幾何特點(diǎn)、彎曲方式有關(guān)。

74：防止彎曲過程中坯料偏移的方法是什么？

答：有托料裝置和定位孔。

75：滾彎機(jī)床包括哪幾種？

答：包括滾板機(jī)和型鋼滾彎機(jī)。

76：手工彎管的主要工序有哪些？

答：有劃線、灌沙、加熱彎曲。

77：金屬結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方法有哪些？

答：有鉚釘聯(lián)接、螺紋聯(lián)接焊接三種。

78：選擇聯(lián)接方法要考慮哪些？

答：要考慮構(gòu)件的強(qiáng)度、工作環(huán)境、材料、施工條件等因素。

79：鉚接的接頭形式有哪些？

答有對接、角接搭接。

80：實(shí)心鉚釘頭的形式有哪些？

答：有半圓頭、沉頭、半沉頭。

81：交流弧焊機(jī)主要有哪幾種？

答：有BX1--330型和BX--500型。

82：熱鉚的基本操作過程是什么？

答：被鉚件緊固、修孔、鉚釘加熱、接釘與穿釘、頂釘、鉚接。

83：鉚接的種類有哪幾種？

答：有強(qiáng)固鉚接、密固鉚接、緊密鉚接。

84：修孔用的工具有哪些？

答：有鉸刀。

85：螺紋聯(lián)接常用的防松措施有哪些？

答：有增大摩擦力、機(jī)械防松。

86：焊接電弧由哪些組成？

答：由陽極區(qū)、陰極區(qū)和弧柱組成。

87：電焊機(jī)主要有哪幾種？

答：有直流焊機(jī)和交流焊機(jī)。

88：什么叫局部變形？包括哪些？

答：指構(gòu)件的某一部分發(fā)生的變形，包括角變形、波浪變形、局部凸凹不平。

89：焊接按空間位置分哪幾種？

答：分平焊、立焊、橫焊、仰焊。

90：焊接過程中，焊條有哪三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)？

答：有向熔池方向運(yùn)動(dòng)、沿焊接方向移動(dòng)、橫向擺動(dòng)。

91：裝配的三個(gè)要素是什么？

答：是定位、支撐和夾緊。

92：手動(dòng)夾具有哪些？

答：有螺旋夾具、楔條夾具、杠桿夾具、偏心夾具。

93：非手動(dòng)夾具有哪些？

答：有氣動(dòng)夾具、液壓夾具、磁力夾具。

94：螺旋夾具有什么功能？

：答：具有夾、壓、頂、撐等功能。

95：裝配中常用的測量項(xiàng)目有哪些？

答：有線性尺寸、平行度、垂直度、同軸度、角度。

96：工件在裝配中的支承形式是什么？

答：有裝配平臺(tái)支承、裝配胎架支承。

97：裝配胎架按其功能可分為哪幾種？

答：可分為通用胎架和專用胎架。

98：裝配中常用的定位方法有哪些？

答：有劃線定位、樣板定位、定位元件定位。

99：求平面截交線的基本方法有哪些？

答：有棱面法和棱線法。

100：熱鉚一般由四個(gè)人組成他們的分工是什么？

答：一個(gè)人加熱、傳遞，一個(gè)人接釘穿釘，一個(gè)人頂釘，一個(gè)人鉚接。

101：鉚工常用的壓力機(jī)有哪些？

答：有液壓機(jī)和風(fēng)壓機(jī)。

一：什麼叫展開？

答：將金屬結(jié)構(gòu)的表面或局部，按它的實(shí)際形狀和大小依次攤開在一個(gè)平面上的過程叫展開。

二：展開圖是根據(jù)構(gòu)件的什麼圖繪成的？

答：根據(jù)投影圖繪成的。

三：畫防樣圖的目的是求出畫展開圖時(shí)所需的什麼和什麼？

答：所需的線條和尺寸。

四：畫展開圖的方法有哪三種？

答：有平行線法，放射線法，三角形法。

五：再展開圖上，所有線都是構(gòu)件表面上對應(yīng)部份的什麼線？

答：對應(yīng)部份的實(shí)長線。

六：直線的投影一般仍為什麼？特殊時(shí)為什麼線？

答：為直線，特殊時(shí)為點(diǎn)。

七：求曲線實(shí)長的方法有哪幾種？

答：換面法和展開法。

八：展開圖是根據(jù)構(gòu)件的什麼圖繪制的？

答：根據(jù)投影圖繪制的。

九：什麼叫展開圖？

答：將構(gòu)件表面全部或局部在平面上畫出的平面圖形叫展開圖。

十：放樣圖的比例一般為多少？

答：1：1

十一：當(dāng)直線平行于投影面時(shí)，直線在該投影面的投影具有什么性？

答：具有真實(shí)性。

十二：求斜園錐體側(cè)表面各素線實(shí)長，用什么方法最方便？

答：用旋轉(zhuǎn)法最方便

十三：用直角三角形法求線段實(shí)長，至少應(yīng)畫出構(gòu)件的幾個(gè)投影圖？

答：至少應(yīng)畫出構(gòu)件的兩個(gè)投影圖。

十四：根椐上下剪刃安裝的相對位置，剪板機(jī)分哪兩大類？

答：分平刃和斜刃兩類。

十五：斜刃剪切所需的剪切力比平刃剪切所需的剪切力是大還是?。?/p>

答：是小。

十六：沖壓成形是通過什么和相應(yīng)的什么來實(shí)現(xiàn)的？

答：是通過沖壓機(jī)床和相應(yīng)的模具來實(shí)現(xiàn)的。

十七：帶導(dǎo)柱沖裁，上模和下模的位置靠模具上的什么和什么來定位？

答：靠模具上的導(dǎo)柱和導(dǎo)套來定位。

十八：什么叫斜刃剪切？

答：為了減小剪切力而將上下剪刃成一定角度排列，是一種常見的剪切方式。

十九：什么是剪刃間隙？

答：為了防止上下剪刃碰撞和減小剪切力而使上下剪刃間留取的適當(dāng)間隙。

二十：什么叫摩擦壓力機(jī)？

答：利用飛輪和摩擦盤接觸，借助螺桿和螺母相對運(yùn)動(dòng)的原理而工作的一種壓力機(jī)。

二十一：什么是沖壓成形？

答：利用壓力機(jī)和相應(yīng)的模具，對毛坯進(jìn)行變型加工，制成所需的幾何行狀，一般稱這種加工為沖壓成形。

二十二：什么叫熱壓？

答：由于某種原因，對毛坯料進(jìn)行加熱后再進(jìn)行沖壓加工，稱為熱壓。

二十三：什么叫落料？

答：落料是分離工序的一種，將材料與工件以封閉的曲線分離開的加工方法。

二十四：什么叫沖孔？

答：沖孔是分離工序的一種，沿封閉曲線沖掉部分材料，制取所需孔的加工方法。

二十五：什么是分離工序？

答：金屬材料受力后，應(yīng)力超過材料的屈服極限后，使材料發(fā)生剪裂，并沿一定的輪廓分離的加工方法，如落料，切口，沖孔等。

二十六：什么是成形工序？

答：金屬材料受力后，應(yīng)力超過材料的屈服極限，使材料在不受破壞的條件下產(chǎn)生塑性變形，制成所需要的幾何形狀的加工方法。如彎曲，拉伸，擠壓等。

二十七：什么叫帶導(dǎo)柱沖材模？

答：上下模對應(yīng)位置，依靠模具上的導(dǎo)柱，導(dǎo)套來保證的模具。

二十八：什么是沖裁力？

答：沖裁時(shí)，材料對模具的最大抵抗力。

二十九：什么稱為最小彎曲半徑？

答：材料彎曲時(shí)，不至產(chǎn)生破壞與折斷的最小極限值，稱為該種材料的最小彎曲半徑。

三十：怎樣解釋中性層？

答：材料在彎曲過程中，外層受拉伸，內(nèi)層受擠壓，在其斷面上存在的既不受拉，又不受壓，應(yīng)力等于零的過渡層，稱為材料的中性層。

三十一：什么叫回彈？

答：彎曲工序中，當(dāng)外力去除后，材料由于彈性而產(chǎn)生的回復(fù)現(xiàn)象叫回彈。

三十二：什么叫拉伸？

答：利用壓力機(jī)和相應(yīng)的模具，將板料制成開口空心件的一種沖壓工藝方法。

三十三：什么叫拉伸系數(shù)？

答：材料在每次拉伸后的斷面積與拉伸前的端面積之比，稱為該次的拉伸系數(shù)。拉伸系數(shù)實(shí)際反映了拉伸件變形程度的大小。

三十四：什么叫壓邊圈？

答：在拉伸過程中，為防止工件口緣部分失穩(wěn)而起皺，在凹，凸模之間邊緣部分設(shè)置的圈形壓緊裝置。

三十五：摩擦壓力機(jī)的工作原理是什么？

答：摩擦壓力機(jī)的工作原理是：利用飛輪和摩擦盤的接觸傳動(dòng)，并借助螺桿與螺母的相對運(yùn)動(dòng)原理而工作的。

三十六：摩擦壓力機(jī)有哪些優(yōu)點(diǎn)？

答：動(dòng)作較快，可使滑塊停在行程內(nèi)的任意位置，一旦超負(fù)荷時(shí)，只引起飛輪與摩擦盤之間的滑動(dòng)，而不至損壞機(jī)件。

三十七：沖壓工序有哪些優(yōu)點(diǎn)？

答：（1）生產(chǎn)效率高。壓力機(jī)的一次行程可完成一道工序，有時(shí)還可完成多道工序。（2）材料利用率高。（3）同一產(chǎn)品沖壓件的形狀和尺寸一致，互換性好。（4）操做簡單，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。

三十八：沖壓工序分幾大類？

答：（1）分離工序（2）成形工序（3）復(fù)合工序。

三十九：什么叫沖裁？

答：利用沖模在壓力機(jī)上將板料分離的一種沖壓方法。

四十：怎樣區(qū)分沖孔和落料？

答：一般情況下，板料經(jīng)沖裁后形成兩部分，即沖落部分和帶孔部分。若沖裁的目地是為了制取一定外形的工件，即沖落部分為需要的稱為落料：反之沖裁的目地是為了加工一定形狀的內(nèi)孔，沖下的為費(fèi)料，稱為沖孔。

四十一：沖裁時(shí)，材料的分離過程分哪幾個(gè)階段？

答：彈性變形，塑性變形，開裂分離。

四十二：降低沖裁力的方法有幾種？

答：有三種：（1）斜刃口沖裁（2）階梯式凸模沖裁（3）坯料加熱沖裁。

四十三：什么叫最小彎曲半徑？

答：材料在彎曲中，不致發(fā)生破壞時(shí)彎曲半徑的最小極限值，稱為最小彎曲

半徑。

四十四：導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生變形的外力包括哪幾種？

答：包括彎曲力，扭力，沖擊力，拉力，壓力等。

四十五：外力可引起構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)什么？當(dāng)外力去除后，可能會(huì)保留部分內(nèi)力，形成什么？

答：外力可引起構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)力：當(dāng)外力去除后，形成內(nèi)應(yīng)力。

四十六：焊接過程對金屬結(jié)構(gòu)件來講，是一種什么和什么過程？是造成構(gòu)件產(chǎn)生什么而引起變形的主要原因？

答：是一種不均勻的加熱和冷卻過程：是造成構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而引起變形的主要原因。

四十七：焊縫和焊縫附近金屬的收縮主要表現(xiàn)在哪幾個(gè)方向上的收縮？

答：主要表現(xiàn)在縱向和橫向兩個(gè)方向上的收縮。

四十八：設(shè)計(jì)方面可能引起結(jié)構(gòu)件變形的因素有

第三篇：激光作業(yè)

激光應(yīng)用之激光醫(yī)療

一,激光針灸

二，激光針灸治療化療致白細(xì)胞減少癥療效 1968年匈牙利人Endre Mester首次將低能量激光用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。低能量激光照射即激光針灸，因其具有無痛、無創(chuàng)、無菌、安全、易控等特點(diǎn)，并可避免傳統(tǒng)針灸在臨床操作上的某些不便和缺陷，目前在許多國家得到廣泛應(yīng)用。目前用于激光穴位照射的光源以氦氖激光及一些半導(dǎo)體激光等紅光或近紅外光為主

[1]，這些單一激光光源具有很好的穿透能力，但存在一個(gè)共同問題—無熱效應(yīng)，即只有針的作用，而灸的作用無法實(shí)現(xiàn)。作為針灸療法重要組成部分，灸法的治療效果已為大量臨床實(shí)踐所證實(shí)。有人認(rèn)為，灸療實(shí)質(zhì)是一種溫?zé)岽碳さ慕Y(jié)果，通過刺激皮膚感受器，激發(fā)調(diào)整神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)能[2]。要提高激光穴位照射的療效，有必要尋找一種能替代傳統(tǒng)艾灸的激光。

CO2激光的波長為10.6μm，能在表皮內(nèi)被吸收，迅速轉(zhuǎn)變成熱能，應(yīng)可產(chǎn)生灸療作用。但以往CO2激光是通過關(guān)節(jié)臂傳輸輸出，使其應(yīng)用受到很大限制。中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所前期成功研制了鹵化銀光纖[3]，解決了CO2激光柔性傳輸?shù)募夹g(shù)難點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)將此新技術(shù)引入自制的復(fù)合激光治療儀，將10.6?m CO2激光與650nm半導(dǎo)體紅色激光聚合后同時(shí)或分別照射穴位，觀察其對環(huán)磷酰胺致白細(xì)胞減少癥的影響。

骨髓抑制導(dǎo)致白細(xì)胞減少是腫瘤化療最常見的早期毒副反應(yīng)之一，聯(lián)合化療病人白細(xì)胞下降發(fā)生率高達(dá)43％～94.5％，也是中斷化療和化療后并發(fā)感染造成病人死亡的主要原因。目前在臨床上使用的升白藥物存在療效欠佳或療效好但價(jià)格昂貴問題，有些藥物還能降低化療的療效，有報(bào)道集落刺激因子除引起骨痛、發(fā)熱等副作用外，還可刺激某些惡性細(xì)胞的生長，宜慎用，故尋找有效的抗骨髓毒性療法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年有不少有關(guān)針灸治療化療后白細(xì)胞減少的報(bào)道，在肯定針灸抗骨髓抑制療效的同時(shí)探討了其作用機(jī)制，艾灸用于穴位能夠通過調(diào)節(jié)腫瘤患者或模型動(dòng)物的免疫抑制狀態(tài)而抵御放化療產(chǎn)生的副作用，針灸與西藥比較，具有作用平穩(wěn)、價(jià)格便宜，且不受化療藥物、療程及放療的影響等優(yōu)勢。臨床資料表明，低能量He—Ne激光穴位照射對化療所致白細(xì)胞減少癥有明顯的回升作用。

第四篇：《激光》讀后感

崇文小學(xué)二（1）班胡嘉盛

激光是一種殺傷力非常強(qiáng)的武器。它一束光能穿透一架飛機(jī)，然后爆炸，甚至能打沉一艘航空母艦。激光還能為人做手術(shù)，給人們治病，激光的用處可真大啊！我長大以后要當(dāng)一位科學(xué)家，發(fā)明很多有用的東西，為社會(huì)服務(wù)！

指導(dǎo)老師：陳敏霞

第五篇：激光基礎(chǔ)知識(shí)

激光基礎(chǔ)知識(shí)

聽到激光這個(gè)詞，大家可能有些害怕，因?yàn)樗屓讼肫鹆诵乔虼髴?zhàn)中太空戰(zhàn)士的利器，或者是手術(shù)臺(tái)上醫(yī)生的手術(shù)刀。但是，激光并不總是傷人的武器，它也存在于我們的日常生活中。比如說“鐳射”（Laser），全息照片等都是激光技術(shù)在在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，給我們的生活帶來了極大的便利。激光原來和我們?nèi)绱说慕咏?/p>

激光的最初中文名叫做“鐳射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各單詞的頭一個(gè)字母組成的縮寫詞。意思是“受激輻射的光放大”。

什么叫做“受激輻射”？它基于偉大的科學(xué)家愛因斯坦在1916年提出了的一套全新的理論。這一理論是說在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發(fā)，會(huì)從高能級跳到（躍遷）到低能級上，這時(shí)將會(huì)輻射出與激發(fā)它的光相同性質(zhì)的光，而且在某種狀態(tài)下，能出現(xiàn)一個(gè)弱光激發(fā)出一個(gè)強(qiáng)光的現(xiàn)象。這就叫做“受激輻射的光放大”，簡稱激光。

一個(gè)科學(xué)的理論從提出到實(shí)現(xiàn)，往往要經(jīng)過一段艱難的道路。愛因斯坦提出的這個(gè)理論也是如此。它很長一段時(shí)間被擱置在抽屜里無人問津。

1950年，波爾多一所中學(xué)的教師阿爾弗雷德·卡斯特勒同讓·布羅塞爾發(fā)明了“光泵激”技術(shù)。這一發(fā)明后來被用來發(fā)射激光，并使他在1966年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

激光器的發(fā)明實(shí)際上提出了更多的問題。它必須使反射諧振器適應(yīng)極短的波長。1951年，美國哥倫比亞大學(xué)的一位教授查爾斯·湯斯（Townes）對微波的放大進(jìn)行了研究，經(jīng)過三年的努力，他成功地制造出了世界上第一個(gè)“微波激射器”，即“受激輻射的微波放大”的理論。湯斯在這項(xiàng)研究中花費(fèi)了大量的資金，因此他的這項(xiàng)成果被人們起了個(gè)綽號叫做“錢泵”，說他的這項(xiàng)研究花了很多的錢。后來湯斯教授和他的學(xué)生阿瑟·肖洛（Schawlow，諾貝爾物理獎(jiǎng)的獲得者）想，既然我們已經(jīng)成功地研究了微波的放大，就有可能把微波放大的技術(shù)應(yīng)用于光波。1958年，湯斯和肖洛在《物理評論》雜志上發(fā)表了他們的“發(fā)明”——關(guān)于“受激輻射的光放大”（即LASER）的論文。但是在實(shí)際中建造激光器還有許多困難，人們對激光的性質(zhì)和作用都還沒有清楚的認(rèn)識(shí)。于是湯斯教授和肖洛并沒有在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果這項(xiàng)研究的成果被第三者利用了。這位第三者的名字叫西奧多·梅曼（Maiman）。

梅曼是美國加利福尼亞州休斯航空公司實(shí)驗(yàn)室的研究員。在梅曼開始建造他的紅寶石激光器之前，有人斷言紅寶石絕不是制造激光的好材料，而肖洛也支持這種觀點(diǎn)。這使得很多人中止了用紅寶石來制造激光的嘗試，但梅曼卻懷疑這個(gè)說法。為此，他花了一年的時(shí)間專門測量和研究紅寶石的性質(zhì)，終于發(fā)現(xiàn)上述論斷所依據(jù)的基礎(chǔ)是錯(cuò)誤的，而紅寶石確是制造激光器的好材料。從此他著手建造那個(gè)世界上第一臺(tái)激光器。他的準(zhǔn)備工作十分地詳細(xì)完備，1960年7月，梅曼在加利福尼亞的休斯空軍試驗(yàn)室進(jìn)行了人造激光的第一次試驗(yàn)，當(dāng)按鈕按下時(shí)，第一束人造激光就產(chǎn)生了。這束僅持續(xù)了3億分之一秒的紅色激光標(biāo)志著人類文明史上一個(gè)新時(shí)刻的來臨。

這樣，世界上第一臺(tái)激光器——紅寶石激光器--誕生了。它是一種固體激光器，它的激勵(lì)系統(tǒng)是一支能突然爆發(fā)出強(qiáng)光的螺旋形閃光管，激光物質(zhì)是一個(gè)插在螺旋管中間的4厘米長的圓柱形寶石棒，這種紅寶石的主要成份是混有鉻離子的氧化鋁。在紅寶石棒上纏有閃光玻璃管以便讓晶體受光線照耀紅寶石，經(jīng)閃光管發(fā)出的光照射后，發(fā)出激光，通過光學(xué)諧振腔的加強(qiáng)和調(diào)節(jié)后，便射出一強(qiáng)有力的激光。

在梅曼成功之后不久，氦氖激光器也試驗(yàn)成功。這一系列的成功使實(shí)力雄厚的貝爾實(shí)驗(yàn)室也投入到激光器的研究之中，而其資金和人力資源又迅速推動(dòng)著研究工作的進(jìn)展。

自從1960年以來，激光家族有著迅猛的增長?，F(xiàn)在有各種不同形狀不同大小的各種各樣的激光器，可以產(chǎn)生出不同功率、不同波長的激光。這些激光的范圍包含從紅外到紫外以至X射線的所有區(qū)域。

激光的發(fā)現(xiàn)大大鼓舞了光通信的研究工作，為科研工作者開創(chuàng)了意想不到的前景和研究領(lǐng)域，可以說沒有激光的發(fā)明就不會(huì)有今天的光通信或光纖通信。

激光剛剛誕生不久就被人們稱為“解決問題的工具”?？茖W(xué)家們一開始就意識(shí)到激光這種奇特的東西，將會(huì)像電力一樣注定要成為這個(gè)時(shí)代最重要的技術(shù)因素。迄今為止，僅僅二十多年的初步應(yīng)用，激光已經(jīng)對我們的生活方式產(chǎn)生了重大影響。激光通信使我們在地球的每一個(gè)角落里都能準(zhǔn)確迅速地進(jìn)行信息交流；激光唱盤可以使我們渴望親耳聆聽世界名曲的現(xiàn)場演奏幾近成真?？傊?，激光正實(shí)現(xiàn)著幾年前還令人難以置信的技術(shù)奇跡。從工業(yè)生產(chǎn)到醫(yī)學(xué)，從電訊通信到戰(zhàn)爭機(jī)器，科學(xué)和技術(shù)正運(yùn)用激光來解決一個(gè)又一個(gè)的難題。

激光的特性

激光廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)在于它的特性。激光單色性好，又可在一個(gè)狹小的方向內(nèi)有集中的高能量，因此利用聚焦后的激光束可以對各種材料進(jìn)行打孔。這是令人驚奇的。紅寶石激光器中輸出脈沖的總能量煮不熟一個(gè)雞蛋，但卻能在3毫米的鋼板上鉆出一個(gè)孔。為什么激光這么神奇呢？關(guān)鍵不是光的能量，而在于其功率。激光的功率是很高的，這也是它多方面被應(yīng)用的基礎(chǔ)。

激光具有單色性、相干性和方向性三大特點(diǎn)。

（1）單色性好

我們知道，普通的白光有七種顏色，頻率范圍很寬。頻率范圍寬的光波在光纖中傳輸會(huì)引起很大的噪聲，使通信距離很短，通信容量很小。而激光是一種單色光，頻率范圍極窄，發(fā)散角很小，只有幾毫弧，激光束幾乎就是一條直線。氦氖激光的譜線寬度，只有10-8nm，顏色非常純。這種光波在光纖中傳輸產(chǎn)生的噪聲很小，這就可以增加中繼距離，擴(kuò)大通信容量?，F(xiàn)在已研究出單頻激光器，這種激光器只有一個(gè)振蕩頻率。用這種激光器可以把十幾萬路的電話信息直接傳送到100km以外。這種通信系統(tǒng)就可滿足將來信息高速公路的需要了。

（2）相干性高

一個(gè)幾十瓦的電燈泡，只能用作普通照明。如果把它的能量集中到1m直徑的小球內(nèi)，就可以得到很高的光功率密度，用這個(gè)能量能把鋼板打穿。然而，普通光源的光是向四面八方發(fā)射的，光能無法高度集中。普通光源上不同點(diǎn)發(fā)出的光在不同方向上、不同時(shí)間里都是雜亂無章的，經(jīng)過透鏡后也不可能會(huì)聚在一點(diǎn)上。

激光與普通光相比則大不相同。因?yàn)樗念l率很單純，從激光器發(fā)出的光就可以步調(diào)一致地向同一方向傳播，可以用透鏡把它們會(huì)聚到一點(diǎn)上，把能量高度集中起來，送入光纖，這就叫相干性高。一臺(tái)巨脈沖紅寶石激光器的亮度可達(dá)1015w/cm2·sr，比太陽表面的亮度還高若干倍。

光纖通信用的半導(dǎo)體激光器的體積很小。和普通的晶體三極管差不多。它發(fā)出的光功率一般都不太大，通常只有幾毫瓦。如果把它的能量高度集中，就很容易耦合進(jìn)光纖。這對增加光纖通信的中繼距離，提高通信質(zhì)量是很有意義的。

（3）方向性強(qiáng)

激光的方向性比現(xiàn)在所有的其他光源都好得多，它幾乎是一束平行線。如果把激光發(fā)射到月球上去，歷經(jīng)38.4萬公里的路程后，也只有一個(gè)直徑為2km左右的光斑。如果用的是探照燈，則絕大部分光早就在中途“開小差”了。

普通光源總是向四面八方發(fā)散的，這作為照明來說是必要的。但要把這種光集中到一點(diǎn)，則絕大多數(shù)能量都會(huì)被浪費(fèi)掉，效率很低。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光絕大部分都很集中，很容易射入光纖端面。

光的本性

很久以來，人們對光就進(jìn)行了各種各樣的研究。光到底是什么東西呢？這個(gè)問題困擾了許多有才智之士。古希臘哲學(xué)家們認(rèn)為光是高速運(yùn)動(dòng)的粒子流。凡是發(fā)光的物體，例如太陽，都能發(fā)出這樣的粒子流。當(dāng)這些微小的粒子流接觸到眼睛上時(shí)，就引起了人們對光的感覺。

對于光的研究在以后很長的年代里沒有進(jìn)展，直到偉大的科學(xué)家牛頓，才開創(chuàng)了一個(gè)光學(xué)研究的新世紀(jì)。牛頓在他的工作室里，用三棱鏡把白光分解為從紅到紫的七種色光。這是人類第一次看到光的奧妙。白光并不是單一的，而是幾種不同色光的復(fù)合。進(jìn)一步的研究使牛頓提出著名的光微粒說：光是由極小的高速運(yùn)動(dòng)微粒組成的；不同色光有不同的微粒，其中紫光微粒的質(zhì)量最大，紅光微粒的質(zhì)量最小。利用這種學(xué)說牛頓解釋了光的折射、反射和上面描述的色散現(xiàn)象。

微粒說合乎人們的日常直觀心理要求。由于光是直線行進(jìn)的，人們很容易相信光是粒子流。而且由于牛頓的巨大聲望，微粒說一時(shí)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。但在牛頓的同時(shí)代人中亦有人大力批駁微粒說，荷蘭人惠更斯(1629——1695)于1678年提出波動(dòng)理論來解釋光的本性。他認(rèn)為光的微粒理論無法解釋光線可以相互交叉通過而互不影響，但這卻是波的基本性質(zhì)。利用光的波動(dòng)理論也很容易解釋光的反射與折射現(xiàn)象。那么，到底光是波還是粒子呢?

到十九世紀(jì)初期，發(fā)現(xiàn)了光的干涉、繞射和偏振現(xiàn)象，這些行為只適合于光的波動(dòng)理論解釋。同時(shí)，若根據(jù)微粒理論，光在水中的傳播速度要大于光在空氣中的傳播速度，而根據(jù)波動(dòng)理論計(jì)算的結(jié)果則正好相反。在牛頓和惠更斯時(shí)期，人們還無法精確測量光速，因此無法用實(shí)驗(yàn)判定兩理論的正誤。但到了十九世紀(jì)，科技水平和實(shí)驗(yàn)技巧都大大發(fā)展，因此在1862年?？茰y得了光在水中的傳播速度，證實(shí)了其小于光在空氣中的傳播速度。這時(shí)光的微粒說基本上是徹底被放棄了。到1863年麥克斯韋發(fā)表著名的電磁理論，揭示了光波其實(shí)是電磁波的一種，這時(shí)波動(dòng)理論的最后的一個(gè)難題——傳播媒質(zhì)問題也被解決了。按照傳統(tǒng)的機(jī)械波理論，光振動(dòng)是在彈性媒質(zhì)中的一種機(jī)械振動(dòng)。由于光速極大，人們不得不臆造一種彈性極大但密度極小的媒質(zhì)“以太”，作為光傳播的媒質(zhì)而散布在宇宙空間?？墒?，任何實(shí)驗(yàn)都測不到以太的存在，而假定它的存在卻引起了許多麻煩。從而，“以太”成了波動(dòng)理論之一大難題，是欲棄之而不能的“雞肋”。但麥克斯韋的理論告訴我們，電磁波的傳播不需要媒質(zhì)。變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場產(chǎn)生變化的電場。這樣，變化電磁場的交替產(chǎn)生就構(gòu)成了電磁波由近及遠(yuǎn)的傳播。因此，如果我們把光視為一種電磁波，則“以太”難題就迎刃而解了，因?yàn)楦揪筒恍枰?，丟掉這塊“雞肋”一切就解決了。

麥克斯韋理論完美地解釋了當(dāng)時(shí)已知的所有光學(xué)現(xiàn)象。但從十九世紀(jì)末起，卻發(fā)現(xiàn)了一系列令人困惑的新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些結(jié)果共同的特點(diǎn)是，他們無法用麥克斯韋理論來解釋。其中最典型的是光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

光電效應(yīng)是由赫茲（H.R.Hertz，1857一1894）在1887年發(fā)現(xiàn)的。研究光電效應(yīng)的裝置是在一個(gè)抽成高真空的玻璃小球內(nèi)，內(nèi)表面上涂有感光層(陰極K)，陽極A可做成直線狀或圓環(huán)形。當(dāng)單色光通過石英窗口照射到陰極K上時(shí)，有電子從陰極逸出，這種電子叫作光電子。如果在A、K兩端加上電勢差U，則光電子在加速電場的作用下飛向陽極，形成回路中的光電流。光電流的強(qiáng)弱由電流計(jì)讀出。像這種金屬受到光的照射而放出電子的現(xiàn)象就稱為光電效應(yīng)。

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)使傳統(tǒng)的光學(xué)理論受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。偉大的愛因斯坦于1905年提出光量子說來解釋該實(shí)驗(yàn)。想法是革命性的，即認(rèn)為光是一束束以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流，每一個(gè)光粒子都攜帶著 3 一份能量。光量子說受到普朗克量子說的很大影響。普朗克在解釋黑體輻射問題時(shí)認(rèn)為光在發(fā)射和吸收過程中具有粒子性。愛因斯坦則進(jìn)一步認(rèn)為光在傳播過程中也具有粒子性。

光一方面具有波動(dòng)的性質(zhì)，如干涉、偏振等；另一方面又具有粒子的性質(zhì)，如光電效應(yīng)等。這兩方面的綜合說明光不是單純的波，也不是單純的粒子，而是具有波粒二象性的物質(zhì)。這是認(rèn)識(shí)上的不斷加深而得到的結(jié)論。應(yīng)該注意這也還不是最后的答案。對于光的本性，雖然經(jīng)過這么多年的探索，我們所知道的也的確是太少了。光到底是什么?是在某一時(shí)刻表現(xiàn)為粒子，而在另一時(shí)刻表現(xiàn)為波?還是完全不同于我們現(xiàn)在所知的某種物質(zhì)?這些問題也是當(dāng)今的科學(xué)家們在苦苦思索的問題。

激光的理論基礎(chǔ)

直到二十世紀(jì)初，人們才在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上揭開了原子結(jié)構(gòu)的奧秘。原子結(jié)構(gòu)像是一個(gè)小小的太陽系，中間是原子核，電子圍繞原子核不停地旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也不停地自轉(zhuǎn)。原子核集中了原子的絕大部分質(zhì)量，但卻只占有很小的空間。原子核帶正電，電子帶負(fù)電，一般原子核與電子所攜帶的正負(fù)電荷數(shù)量相等，因此對外呈中性。電子繞核旋轉(zhuǎn)具有一定的動(dòng)能，同時(shí)負(fù)電荷的電子與正電荷的原子核之間存在著一定的位能。所有電子的動(dòng)能與位能之和就是整個(gè)原子的能量，稱為原子的內(nèi)能。

這種原子模型是1911年由英國科學(xué)家盧瑟福提出的。緊接著，1913年，丹麥物理學(xué)家玻爾提出了原子只能處于由不連續(xù)能級表征的一系列狀態(tài)——定態(tài)上，這與宏觀世界中的情況大不相同。人造衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以位于任意的軌道上，也就是說可具有任意的連續(xù)變化的能量。而電子在繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，卻只能處于某些特定的軌道上。從而原子的內(nèi)能不能連續(xù)的改變，而是一級一級分開的，這樣的級就稱為原子的能級。

不同的原子具有不同的能級結(jié)構(gòu)。一個(gè)原子中最低的能級稱為基態(tài)，其余的稱為高能態(tài)，或激發(fā)態(tài)。原子從高能態(tài)E2過渡到低能態(tài)E1時(shí)，會(huì)向外發(fā)射某個(gè)頻率為ν的輻射，滿足普朗克公式：

hv = E1-E2

式中h為普朗克常數(shù)。反之，該原子吸收頻率為ν的輻射時(shí)，就會(huì)從低能態(tài)E1過渡到高能態(tài)E2。

愛因斯坦在玻爾工作的基礎(chǔ)上于1916年發(fā)表《關(guān)于輻射的量子理論》。文章提出了激光輻射理論，而這正是激光理論的核心基礎(chǔ)。因此愛因斯坦被認(rèn)為是激光理論之父。在這篇論文中，愛因斯坦區(qū)分了三種過程：受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射。前兩個(gè)概念是已為人所知的。受激吸收就是處于低能態(tài)的原子吸收外界輻射而躍遷到高能態(tài)；自發(fā)輻射是指高能態(tài)的原子自發(fā)地輻射出光子并遷移至低能態(tài)。這種輻射的特點(diǎn)是每一個(gè)原子的躍遷是自發(fā)的、獨(dú)立進(jìn)行的，其過程全無外界的影響，彼此之間也沒有關(guān)系。因此它們發(fā)出的光子的狀態(tài)是各不相同的。這樣的光相干性差，方向散亂，而受激輻射則相反。它是指處于高能級的原子在光子的“刺激”或者“感應(yīng)”下，躍遷到低能級，并輻射出一個(gè)和入射光子同樣頻率的光子。這好比清晨公雞打鳴，一個(gè)公雞叫起來，其他的公雞受到“刺激”也會(huì)發(fā)出同樣的聲音。受激輻射的最大特點(diǎn)是由受激輻射產(chǎn)生的光子與引起受激輻射的原來的光子具有完全相同的狀態(tài)。它們具有相同的頻率，相同的方向，完全無法區(qū)分出兩者的差異。這樣，通過一次受激輻射，一個(gè)光子變?yōu)閮蓚€(gè)相同的光子。這意味著光被加強(qiáng)了，或者說光被放大了。這正是產(chǎn)生激光的基本過程。

愛因斯坦的理論在當(dāng)初只是為了解決黑體輻射問題而提出的假設(shè)。但是幾十年后卻成了打開激光寶庫的金鑰匙。

那么，激光是怎樣產(chǎn)生的？在一個(gè)原子體系中，總有些原子處于高能級，有些處于低能級。而自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子既可以去刺激高能級的原子使它產(chǎn)生受激輻射，也可能被低能級的原子吸 4 收而造成受激吸收。因此，在光和原子體系的相互作用中，自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收總是同時(shí)存在的。

如果想獲得越來越強(qiáng)的光，也就是說產(chǎn)生越來越多的光子，就必須要使受激輻射產(chǎn)生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎樣才能做到這一點(diǎn)呢？我們知道，光子對于高低能級的光子是一視同仁的。在光子作用下，高能級原子產(chǎn)生受激輻射的機(jī)會(huì)和低能級的原子產(chǎn)生受激吸收的機(jī)會(huì)是相同的。這樣，是否能得到光的放大就取決于高、低能級的原子數(shù)量之比。若位于高能級的原子遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于位于低能級的原子，我們就得到被高度放大的光。但是，在通常熱平衡的原子體系中，原子數(shù)目按能級的分布服從玻爾茲曼分布率。因此，位于高能級的原子數(shù)總是少于低能級的原子數(shù)。在這種情況下，為了得到光的放大，必須到非熱平衡的體系中去尋找。

所謂非熱平衡體系，是指熱運(yùn)動(dòng)并沒有達(dá)到平衡、整個(gè)體系不存在一個(gè)恒定溫度的原子體系。這種體系的原子數(shù)目按能級的分布不服從玻爾茲曼分布率，位于高能級上的原子數(shù)目有可能大于位于低能級上的原子數(shù)目。這種狀態(tài)稱為“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”。如何才能達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)呢?這需要利用激活媒質(zhì)。所謂激活媒質(zhì)(也稱為放大媒質(zhì)或放大介質(zhì)），就是可以使某兩個(gè)能級間呈現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物質(zhì)。它可以是氣體，也可以是固體或液體。用二能級的系統(tǒng)來做激活媒質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是不可能的。要想獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須使用多能級系統(tǒng)。

在現(xiàn)代的激光器中，第一臺(tái)激光器紅寶石激光器是三能級系統(tǒng)，也有一些激光器采用了四能級系統(tǒng)，如釹玻璃激光器。

產(chǎn)生激光的5個(gè)條件

激光在英文中是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，意思是受激輻射的光放大?？梢?，受激幅射是產(chǎn)生激光的首要條件，也是必要條件，但還不是充分條件。

如果讓這些受激光子一個(gè)一個(gè)地發(fā)射出來，是不能形成強(qiáng)大的能量的。一般的，電子被激發(fā)到高能級后，在高能級上停留的時(shí)間是短暫的。而有些物質(zhì)的電子處于第二能級E2的時(shí)間較長，僅次于基態(tài)能級E1。這個(gè)能級就叫做亞穩(wěn)能級。要形成激光，工作物質(zhì)必須具有亞穩(wěn)態(tài)能級。這是產(chǎn)生激光的第二個(gè)條件。

外來的光子能激發(fā)出光子，產(chǎn)生受激輻射，但也可能被低能級所吸收。在激光工作物質(zhì)中，受激輻射和受激吸收這兩個(gè)過程都同時(shí)存在。在常溫下，吸收多于發(fā)射。選擇適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)，使其在亞能級上的電子比低能級上的電子還多，即形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使受激發(fā)射多于吸收。這是產(chǎn)生激光的第三個(gè)條件。

激光器中開始產(chǎn)生的光子是自發(fā)輻射產(chǎn)生的，其頻率和方向雜亂無章。要使頻率單純，方向集中，就必須有一個(gè)振蕩腔。這是產(chǎn)生激光的第四個(gè)條件。通信所用的半導(dǎo)體激光器就是利用半導(dǎo)體前后兩個(gè)端面與空氣之間的折射率不同，形成反射鏡而組成振蕩腔的。

這些晶體和諧振腔都會(huì)使光子產(chǎn)生損耗。只有使光子在腔中振蕩一次產(chǎn)生的光子數(shù)比損耗掉的光子多得多時(shí)，才能有放大作用，這是產(chǎn)生激光的第五個(gè)條件。

激光器的結(jié)構(gòu)

激光器一般包括三個(gè)部分

1、激光工作介質(zhì)

激光的產(chǎn)生必須選擇合適的工作介質(zhì)，可以是氣體、液體、固體或半導(dǎo)體。在這種介質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，以制造獲得激光的必要條件。顯然亞穩(wěn)態(tài)能級的存在，對實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是非常有利的。現(xiàn)有工作介質(zhì)近千種，可產(chǎn)生的激光波長包括從真空紫外道遠(yuǎn)紅外，非常廣泛。

2、激勵(lì)源

為了使工作介質(zhì)中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，必須用一定的方法去激勵(lì)原子體系，使處于上能級的粒子數(shù)增加。一般可以用氣體放電的辦法來利用具有動(dòng)能的電子去激發(fā)介質(zhì)原子，稱為電激勵(lì)；也可用脈沖光源來照射工作介質(zhì)，稱為光激勵(lì)；還有熱激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)等。各種激勵(lì)方式被形象化地稱為泵浦或抽運(yùn)。為了不斷得到激光輸出，必須不斷地“泵浦”以維持處于上能級的粒子數(shù)比下能級多。

3、諧振腔

有了合適的工作物質(zhì)和激勵(lì)源后，可實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，但這樣產(chǎn)生的受激輻射強(qiáng)度很弱，無法實(shí)際應(yīng)用。于是人們就想到了用光學(xué)諧振腔進(jìn)行放大。所謂光學(xué)諧振腔，實(shí)際是在激光器兩端，面對面裝上兩塊反射率很高的鏡。一塊幾乎全反射，一塊光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透過這塊鏡子而射出。被反射回到工作介質(zhì)的光，繼續(xù)誘發(fā)新的受激輻射，光被放大。因此，光在諧振腔中來回振蕩，造成連鎖反應(yīng)，雪崩似的獲得放大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光，從部分反射鏡子一端輸出。

下面以紅寶石激光器為例來說明激光的形成。工作物質(zhì)是一根紅寶石棒。紅寶石是摻入少許3價(jià)鉻離子的三氧化二鋁晶體。實(shí)際是摻入質(zhì)量比約為0.05%的氧化鉻。由于鉻離子吸收白光中的綠光和藍(lán)光，所以寶石呈粉紅色。1960年梅曼發(fā)明的激光器所產(chǎn)用的紅寶石是一根直徑0.8cm、長約8cm的圓棒。兩端面是一對平行平面鏡，一端鍍上全反射膜，一端有10%的透射率，可讓激光透出。

紅寶石激光器中，用高壓氙燈作“泵浦”，利用氙燈所發(fā)出的強(qiáng)光激發(fā)鉻離子到達(dá)激發(fā)態(tài)E3，被抽運(yùn)到E3上的電子很快（～10－8s）通過無輻射躍遷到E2。E2是亞穩(wěn)態(tài)能級，E2到E1的自發(fā)輻射幾率很小，壽命長達(dá)10-3s，即允許粒子停留較長時(shí)間。于是，粒子就在E2上積聚起來，實(shí)現(xiàn)E2和E1兩能級上的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。從E2到E1受激發(fā)射的波長是694.3nm的紅色激光。由脈沖氙燈得到的是脈沖激光，每一個(gè)光脈沖的持續(xù)時(shí)間不到1ms，每個(gè)光脈沖能量在10J以上；也就是說，每個(gè)脈沖激光的功率可超過10kW的數(shù)量級。注意到上述鉻離子從激發(fā)到發(fā)出激光的過程中涉及到三條能級，故稱為三能級系統(tǒng)。由于在三能級系統(tǒng)中，下能級E1是基態(tài)，通常情況下積聚大量原子，所以要達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，要有相當(dāng)強(qiáng)的激勵(lì)才行。

激光器的種類

對激光器有不同的分類方法，一般按工作介質(zhì)的不同來分類，在可以分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導(dǎo)體激光器和光纖激光器。另外，根據(jù)激光輸出方式的不同又可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，其中脈沖激光的峰值功率可以非常大，還可以按發(fā)光的頻率和發(fā)光功率大小分類。

1、固體激光器

一般講，固體激光器具有器件小、堅(jiān)固、使用方便、輸出功率大的特點(diǎn)。這種激光器的工作介質(zhì)是在作為基質(zhì)材料的晶體或玻璃中均勻摻入少量激活離子，除了前面介紹用紅寶石和玻璃外，常用的還有釔鋁石榴石（YAG）晶體中摻入三價(jià)釹離子的激光器（如我公司的JK125P系列激光器），它發(fā)射1060nm的近紅外激光。固體激光器一般連續(xù)功率可達(dá)100W以上，脈沖峰值功率可達(dá)10KW。

2、氣體激光器

氣體激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低；操作方便；工作介質(zhì)均勻，光束質(zhì)量好；以及能長時(shí)間較穩(wěn)定地連續(xù)工作的有點(diǎn)。這也是目前品種最多、應(yīng)用廣泛的一類激光器，占有市場達(dá)60％左右。其中，氦－氖激光器是最常用的一種。

3、液體激光器

常用的是染料激光器，采用有機(jī)染料最為工作介質(zhì)。大多數(shù)情況是把有機(jī)染料溶于溶劑中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸氣狀態(tài)工作的。利用不同染料可獲得不同波長激光（在可見光范圍）。染料激光器一般使用激光作泵浦源，例如常用的有氬離子激光器等。液體激光器工作原理比較復(fù)雜。輸出波長連續(xù)可調(diào)，且覆蓋面寬是它的優(yōu)點(diǎn)，使它也得到廣泛應(yīng)用。

4、半導(dǎo)體激光器

半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為工作介質(zhì)的。目前較成熟的是砷化鎵激光器，發(fā)射840nm的激光。另有摻鋁的砷化鎵、硫化鉻硫化鋅等激光器。激勵(lì)方式有光泵浦、電激勵(lì)等。這種激光器體積小、質(zhì)量輕、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單而堅(jiān)固，特別適于在飛機(jī)、車輛、宇宙飛船上用。在70年代末期，由于光纖通訊和光盤技術(shù)的發(fā)展大大推動(dòng)了半導(dǎo)體激光器的發(fā)展。

5、光纖激光器

光纖激光器大多用半導(dǎo)體激光器泵浦，因此它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)將某一波長的泵浦光轉(zhuǎn)化為另一波長的激光的波長轉(zhuǎn)化器，但其激光光束質(zhì)量大大優(yōu)于半導(dǎo)體激光器。光纖激光器可用于光通信、光傳感、激光加工、激光醫(yī)療和激光印刷等領(lǐng)域。在眾多的摻雜光纖激光器家族中，由于摻鉺光纖激光器的激射波長位于光通信的1550nm低損耗窗口，雙包層摻鉺光纖激光器能得到高功率，倍受人們重視。今年6月，GSI集團(tuán)將在德國慕尼黑的激光展覽會(huì)上推出自己的光纖激光器，并開始正式投入批量生產(chǎn)。