激光焊实质上是激光与非透明物质相互作用的过程，这个过程极其复杂，微观上是一个量子过程，宏观上则表现为反射、吸收、加热、熔化、汽化等现象。

图20-15 激光深熔焊示意图

1.光的反射及吸收

当光束照在清洁磨光的金属表面时，一般都存在着强烈的反射。

金属对光束的反射能力与它所含的自由电子密度有关，自由电子密度越大（即电导率越大），反射本领越强。对同一种金属而言，反射率还与入射光的波长有关。波长较长的红外线，主要与金属中的自由电子发生作用，而波长较短的可见光和紫外光，除与自由电子作用外，还与金属中的束缚电子发生作用，而束缚电子与照射光作用的结果则使反射率降低。总之，对于同一金属，波长越短，反射率越低，吸收率越高。

当能量为E₀的激光照射到材料表面时，部分能量被反射，用E_R表示；部分能量被吸收，用E_A表示；对透明材料，还有部分被透射，用E_T表示，则

E₀＝E_R+E_A+ET亦可表示为

式中ρ_R——反射率；

ρA——吸收率；

ρT——透射率。

对于不透明材料，E_T＝0，则有

1＝ρ_R+ρ_A （20-7）

当激光垂直入射时，金属表面反射率

式中n——折射率；

k——金属表面的吸收系数。

材料处于真空且表面无氧化膜时，金属对激光的吸收率可近似表示为(www.daowen.com)

式中ρ_A（T）——金属材料在温度T时对波长为λ的激光器的吸收率；

ρr——金属材料在20℃时的电阻率（Ω·m）；

β——电阻温度系数（℃^-1）；

T——温度（℃）；

λ——激光波长（m）。

2.材料的加热

一旦激光光子入射到金属晶体，光子即与电子发生非弹性碰撞，光子将其能量传递给电子，使电子由原来的低能级跃迁到高能级。与此同时，金属内部的电子问也在不断地互相碰撞。每个电子两次碰撞问的平均时问问隔为10^-13s的数量级，因而吸收了光子而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，引起材料温度升高，改变材料表面及内部温度。

3.材料的熔化及汽化

激光焊时，材料达到熔点所需时问为微秒级；脉冲激光焊时，当材料表面吸收的功率密度为10⁵W/cm²时，达到沸点的典型时问为几毫秒；当功率密度大于10⁶W/cm²时，被焊材料会产生急剧的蒸发。在连续激光深熔焊时，正是由于蒸发的存在，蒸气压力和蒸气反作用力等能克服熔化金属表面张力以及液体金属静压力而形成小孔，小孔类似于黑体，它有助于对光束能量的吸收，显示出“壁聚焦效应”，由于激光束聚焦后不是平行光束，与孔壁问形成一定的入射角，如图20-16所示。激光束照射到孔壁上后，经多次反射而达到孔底，最终被完全吸收。

图20-16 壁聚焦效应

4.激光作用终止，熔化金属凝固

焊接过程中，工件和光束做相对运动，由于剧烈蒸发产生的强驱动力使小孔前沿形成的熔化金属沿某一角度得到加速，在小孔的近表面处形成如图20-17所示的大旋涡，此后，小孔后方液体金属由于传热的作用，温度迅速降低，液体金属很快凝固形成焊缝。

图20-17 小孔内液体金属的流动

1—焊接方法 2—激光束