激光焊[优秀范文五篇]

第一篇：激光焊

激光深熔焊接的主要工艺参数

激光功率

激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。

光束焦斑

光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。

光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。

材料吸收值

材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。

影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；其次，材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。

CO2激光器的输出波长通常为10.6μm，陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等非金属对它的吸收率在室温就很高，而金属材料在室温时对它的吸收很差，直到材料一旦熔化乃至气化，它的吸收才急剧增加。采用表面涂层或表面生成氧化膜的方法，提高材料对光束的吸收很有效。

焊接速度

焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深。保护气体

激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护，但对大多数应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工件在焊接过程中免受氧化。

氦气不易电离（电离能量较高），可让激光顺利通过，光束能量不受阻碍地直达工件表面。这是激光焊接时使用最有效的保护气体，但价格比较贵。

氩气比较便宜，密度较大，所以保护效果较好。但它易受高温金属等离子体电离，结果屏蔽了部分光束射向工件，减少了焊接的有效激光功率，也损害焊接速度与熔深。使用氩气保护的焊件表面要比使用氦气保护时来得光滑。

氮气作为保护气体最便宜，但对某些类型不锈钢焊接时并不适用，主要是由于冶金学方面问题，如吸收，有时会在搭接区产生气孔。

使用保护气体的第二个作用是保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射。特别在高功率激光焊接时，由于其喷出物变得非常有力，此时保护透镜则更为必要。

保护气体的第三个作用是对驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽很有效。金属蒸气吸收激光束电离成等离子云，金属蒸气周围的保护气体也会因受热而电离。如果等离子体存在过多，激光束在某种程度上被等离子体消耗。等离子体作为第二种能量存在于工作表面，使得熔深变浅、焊接熔池表面变宽。通过增加电子与离子和中性原子三体碰撞来增加电子的复合速率，以降低等离子体中的电子密度。中性原子越轻，碰撞频率越高，复合速率越高；另一方面，只有电离能高的保护气体，才不致因气体本身的电离而增加电子密度。

表

常用气体和金属的原子(分子)量和电离能

材料 氦 氩 氮 铝 镁 铁

原子(分子)量 4 40 28 27 24 56

电离能(eV)24.46 15.68 14.5 5.96 7.61 7.83

从表可知，等离子体云尺寸与采用的保护气体不同而变化，氦气最小，氮气次之，使用氩气时最大。等离子体尺寸越大，熔深则越浅。造成这种差别的原因首先由于气体分子的电离程度不同，另外也由于保护气体不同密度引起金属蒸气扩散差别。

氦气电离最小，密度最小，它能很快地驱除从金属熔池产生的上升的金属蒸气。所以用氦作保护气体，可最大程度地抑制等离子体，从而增加熔深，提高焊接速度；由于质轻而能逸出，不易造成气孔。当然，从我们实际焊接的效果看，用氩气保护的效果还不错。

等离子云对熔深的影响在低焊接速度区最为明显。当焊接速度提高时，它的影响就会减弱。

保护气体是通过喷嘴口以一定的压力射出到达工件表面的，喷嘴的流体力学形状和出口的直径大小十分重要。它必须以足够大以驱使喷出的保护气体覆盖焊接表面，但为了有效保护透镜，阻止金属蒸气污染或金属飞溅损伤透镜，喷口大小也要加以限制。流量也要加以控制，否则保护气的层流变成紊流，大气卷入熔池，最终形成气孔。

为了提高保护效果，还可用附加的侧向吹气的方式，即通过一较小直径的喷管将保护气体以一定的角度直接射入深熔焊接的小孔。保护气体不仅抑制了工件表面的等离子体云，而且对孔内的等离子体及小孔的形成施加影响，熔深进一步增大，获得深宽比较为理想的焊缝。但是，此种方法要求精确控制气流量大小、方向，否则容易产生紊流而破坏熔池，导致焊接过程难以稳定。

透镜焦距

焊接时通常采用聚焦方式会聚激光，一般选用63~254mm(2.5”~10”)焦距的透镜。聚焦光斑大小与焦距成正比，焦距越短，光斑越小。但焦距长短也影响焦深，即焦深随着焦距同步增加，所以短焦距可提高功率密度，但因焦深小，必须精确保持透镜与工件的间距，且熔深也不大。由于受焊接过程中产生的飞溅物和激光模式的影响，实际焊接使用的最短焦深多为焦距126mm(5”)。当接缝较大或需要通过加大光斑尺寸来增加焊缝时，可选择254mm(10”)焦距的透镜，在此情况下，为了达到深熔小孔效应，需要更高的激光输出功率（功率密度）。

当激光功率超过2kW时，特别是对于10.6μm的CO2激光束，由于采用特殊光学材料构成光学系统，为了避免聚焦透镜遭光学破坏的危险，经常选用反射聚焦方法，一般采用抛光铜镜作反射镜。由于能有效冷却，它常被推荐用于高功率激光束聚焦。

焦点位置

焊接时，为了保持足够功率密度，焦点位置至关重要。焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝宽度与深度。

在大多数激光焊接应用场合，通常将焦点的位置设置在工件表面之下大约所需熔深的1/4处。

激光束位置

对不同的材料进行激光焊接时，激光束位置控制着焊缝的最终质量，特别是对接接头的情况比搭接结头的情况对此更为敏感。例如，当淬火钢齿轮焊接到低碳钢鼓轮，正确控制激光束位置将有利于产生主要有低碳组分组成的焊缝，这种焊缝具有较好的抗裂性。有些应用场合，被焊接工件的几何形状需要激光束偏转一个角度，当光束轴线与接头平面间偏转角度在100度以内时，工件对激光能量的吸收不会受到影响。

功率控制

焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制

激光深熔焊接时，不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开关时，焊缝尾端将出现凹坑。另外，当激光焊层覆盖原先焊缝时，会出现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。

为了防止上述现象发生，可对功率起止点编制程序，使功率起始和终止时间变成可调，即起始功率用电子学方法在一个短时间内从零升至设置功率值，并调节焊接时间，最后在焊接终止时使功率由设置功率逐渐降至零值。[1]

3优缺点编辑

（1）焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内。

（2）焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。（3）最大可焊厚度受到限制渗透厚度远超过19mm的工件，生产线上不适合使用激光焊接。

（4）高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变。（5）当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。

（6）能量转换效率太低，通常低于10%。（7）焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑。（8）设备昂贵。

为了消除或减少激光焊接的缺陷,更好地应用这一优秀的焊接方法,提出了一些用其它热源与激光进行复合焊接的工艺,主要有激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热源复合焊接、双激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外还提出了各种辅助工艺措施，如激光填丝焊（可细分为冷丝焊和热丝焊）、外加磁场辅助增强激光焊、保护气控制熔池深度激光焊、激光辅助搅拌摩擦焊等。

(1)功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2。

(2)激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。

(3)激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。

(4)离焦量对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离做文章一，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。

4应用编辑

激光焊接机技术广泛被应运在汽车、轮船、飞机、高铁等高精制造领域，给人们的生活质量带来了重大提升，更是引领家电行业进入了精工时代。

特别是在大众汽车创造的42米无缝焊接技术，大大提高了车身整体性和稳定性之后，家电领头企业海尔集团隆重推出首款采用激光无缝焊接技术生产的洗衣 机，该家电为人民珍视了科技的进步，先进的激光技术可以为人民的生活带来巨大的改变。随着洗衣机全球品牌地位的不断巩固，其对行业的引领开始全面展现，然 而有激光焊接机技术的支持，也将对家电行业有一个更深的改革。据海尔研发人员介绍，市场上的全自动洗衣机内桶的制造技术大多采用“扣搭”技术，内桶的衔 接处会存在缝隙或不平整，导致桶体强度不高、对衣物产生不必要磨损。为了进一步提高内桶的可靠性和精细化，海尔洗衣机以汽车、造船行业为参照母本，将激光 无缝焊接技术应用在匀动力洗衣机新品上，避免了内桶缝隙和不平整的产生，在全面提高了产品的可靠性的同时更加呵护衣物。由于内桶的强度的提高，匀动力洗衣 机脱水过程中最高转速比普通全自动洗衣机也提高了25%，脱水效率大幅提升，并且耗电少、用时省。

此外，还了解到，中德造船业合作研发的“高功率激光焊接机技术”，保证了轮船的安全性，进一步加强了船身结构；在航空领域，激光无缝焊接技术也已广泛 应用于飞机发动机的制造上，同时，铝合金机身的激光无缝焊接技术可以取代铆钉，从而减轻了20%的机身重量；我国的高铁轨道也引进了激光无缝焊接技术，在 提高安全性能同时，也大大降低了噪音，为旅客带来安静舒心的乘车环境。

随着科技的全面发展，激光焊接机技术的不断巩固与应用，也带领全球的家电产业步入了一个新时代，新的工艺不仅是产品的升级，也是更多科技的展示和应用。[2]

1、制造业应用

激光拼焊(TailoredBlandLaserWelding)技术在国外轿车制造中得到广泛的应用，据统计，2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条，年产轿车构件拼焊坯板7000万件，并继续以较高速度增长。国内生产的引进车型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板结构。日本以CO2激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，无法熔焊，但通过有特殊输出功率波形的YAG激光焊得以成功，显示了激光焊的广阔前途。日本还在世界上首次成功开发了将YAG激光焊用于核反应堆中蒸气发生器细管的维修等，在国内苏宝蓉等还进行了齿轮的激光焊接技术。

2、粉末冶金领域

随着科学技术的不断发展，许多工业技术上对材料特殊要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其它零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在八十年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石，由于结合强度低，热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。

3、汽车工业

20世纪80年代后期，千瓦级激光成功应用于工业生产，而今激光焊接生产线已大规模出现在汽车制造业，成为汽车制造业突出的成就之一。德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接，90年代美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但发展很快。意大利菲亚特在大多数钢板组件的焊接装配中采用了激光焊接，日本的日产、本田和丰田汽车公司在制造车身覆盖件中都使用了激光焊接和切割工艺，高强钢激光焊接装配件因其性能优良在汽车车身制造中使用得越来越多，根据美国金属市场统计，至2002年底，激光焊接钢结构的消耗将达到70000t比1998年增加3倍。根据汽车工业批量大、自动化程度高的特点，激光焊接设备向大功率、多路式方向发展。在工艺方面美国Sandia国家实验室与PrattWitney联合进行在激光焊接过程中添加粉末金属和金属丝的研究，德国不莱梅应用光束技术研究所在使用激光焊接铝合金车身骨架方面进行了大量的研究，认为在焊缝中添加填充余属有助于消除热裂纹，提高焊接速度，解决公差问题，开发的生产线已在奔驰公司的工厂投入生产。

4、电子工业

激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小加热集中迅速、热应力低，因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05-0.1mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，等离子稳定性差，影响因素多而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。

5、生物医学

生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，Klink等及jain[13]用激光焊接输卵管和血管的成功焊接及显示出来的优越性，使更多研究者尝试焊接各种生物组织，并推广到其他组织的焊接。有关激光焊接神经方面国内外的研究主要集中在激光波长、剂量及其对功能恢复以及激光焊料的选择等方面的研究，刘铜军进行了激光焊接小血管及皮肤等基础研究的基础上又对大白鼠胆总管进行了焊接研究。激光焊接方法与传统的缝合方法比较，激光焊接具有吻合速度快，愈合过程中没有异物反应，保持焊接部位的机械性质，被修复组织按其原生物力学性状生长等优点将在以后的生物医学中得到更广泛的应用。

6、其他领域

在其他行业中，激光焊接也逐渐增加特别是在特种材料焊接中国内进行了许多研究，如对BT20钛合金、HEl30合金、Li-ion电池等激光焊接，德国玻璃机械制造商GlamacoCoswig公司与IFW接合技术与材料实验研究院合作开发出了一种用于平板玻璃的激光焊接新技术。

5混合焊接优势编辑

激光混合焊接技术具有显著的优点。对于激光混合，优点主要体现在：更大的熔深/较大缝隙的焊接能力；焊缝的韧性更好，通过添加辅助材料可对焊缝晶格组织施加影响；无烧穿时焊缝背面下垂的现象；适用范围更广；借助于激光替换技术投资较少。对于激光MIG惰性气体保护焊混合，优点主要体现在：较高的焊接速度；熔焊深度大；产生的焊接热少；焊缝的强度高；焊缝宽度小；焊缝凸出小。从而使得整个系统的生产过程稳定性好，设备可用性好；焊缝准备工作量和焊接后焊缝处理工作量小；焊接生产工时短、费用低、生产效率高；具有很好的光学设备配置性能。

但是，激光混合焊接在电源设备方面的投资成本相对较高。随着市场的进一步扩大，电源设备的价格也将会有所下降，并将使激光混合焊接技术在更多的领域中得到应用。至少激光混合焊接技术在铝合金材料的焊接中是一种非常合适的焊接工艺，将在较长的时期内成为主要的焊接生产工具。

第二篇：铆焊基本知识

1：铆工常用的锤有哪几类？

答：有手锤，大锤，型锤。

2：铆工常用的凿子有哪几类？

答：有扁凿和狭凿两大类。

3：什么叫钢？

答：含碳量低于2.11%的铁碳合金叫钢。

4：什么叫高碳钢？

答：含碳量大于0.6%的钢叫高碳钢。

5：钢根据用途可分几类？

答：可分为结构钢，工具钢和特殊用途刚。

6：钢按其端面形状可分几类？

答：可分为板材，管材，型材，线材。

7：钢材变形矫正的基本方法有哪两种？

答：有冷作矫正和加热矫正。

8：什麽叫装配夹具？

答：指在装配过程中用来对零件施加外力，使其获得可靠定位的工艺装备。

9：冷作矫正的基本方法有几类？

答：有手工矫正和机械矫正。

10：加热矫正分哪几类？

答：分全加热矫正和局部加热矫正。

11：局部加热矫正加热区的形状有几种？

答：有点状，线状，三角形三种。

12：角钢变形有哪几种？

答：有扭曲，弯曲，角变形三种。

13：槽钢的变形有哪几种？

答：有扭曲，弯曲，翼板局部变形。

14：什么叫冷作矫正？

答：再常温下进行的矫正叫冷作矫正。

15：分离包括哪几道工序？

答：包括落料，冲孔，切口三个工序。

16：什么叫冲压？

答：使板料经分离或成形得到制件的过程。

17：冲压有哪些优点？

答：产品质量好，生产率高，节约材料，降低成本，易实现自动化。

18：什么叫弯曲成型？

答：将坯料弯成所需形状的加工方法。

19：铆接的基本形式有那三种？

答：对接，搭接，角接。

20：什么叫铆接？

答：利用铆钉将两个或两个以上构件连接为一个整体。

21：常用的铆钉有几种？

答：有半圆头，沉头，半沉头，平头，平锥头，扁圆，扁平。

22：铆接的种类有哪几种？

答：有强固铆接密固铆接紧密铆接。

23：什麽叫装配？

答：将各个零件按照一定技术条件联合成构件的过称。

24：装配的三要素是什么？

答：定位，支撑，夹紧。

25：金属结构的连接方法有哪几种？

答：有焊接，铆接，螺栓连接，铆焊混合连接。

26：防样常用的工具有哪些？

答：粉线，石笔，画针，尺子，样冲，手锤。

27：求相贯线的主要方法有哪些？

答：有素线法，辅助平面法，球面法。

28：求直线段实长的方法有哪些？

答：旋转法，直角三角形法，换面法，支线法。

29：作展开图的方法有哪些？

答：有作图法，计算法。

30：常用的展开方法有哪些？

答：有平行线法，放射线法，三角形法。

31：材料剪切断面可分为哪几部分？

答：塌角，光亮带，剪裂带，毛刺。

32：矫正分哪几种？

答：分手工矫正，机械矫正，火焰矫正。

33：什麽叫基准？

答：零件图上用来确定其他点，线，棉位置的点线面。

34：什么叫塑性？

答：金属材料在外力作用下，永久变形而不破坏的能力。

35；什麽叫韧性？

答：金属材料在冲击载荷作用下不被破坏的能力。

36：防止焊接变形有哪些措施？

答：反变形法，刚性固定法，合理的焊接顺序。

37：空间直线投影有哪些特性？

答：真实性，积聚性，收缩性。

38：什麽叫截交线？

答：由平面截割形体而产生的交线。

39：什麽叫相贯线？

答：由两个平面相交二产生的表面交线。

40：视图分几种？

答：分基本视图，局部视图，斜视图，旋转视图。

41：什麽叫基本视图？

答：机件向基本投影面投影所得的视图。

42：基本视图有哪些？

答：主视，俯视，左视，右视，仰视，后视。

43：剖视图分哪几种？

答：分全剖，半剖，局部剖。

44：切削用量对钻削有何影响？

答：合理的选择切削用量，可防止钻头过早磨损，或损坏。防止机床过载，提高工件的切削精度和表面粗糙度。

45：什么叫攻丝？

答：用丝锥在孔壁上切削出内螺纹。

46：底孔直径的大小对功丝有何影响？

答：若底孔直径与内螺纹直径一致材料扩张时就会卡住丝锥，这时丝锥容易折断；若过大，就会使攻出的螺纹牙型高度不够而形成废品。

47：什么叫套丝？

答：用板牙在圆杆管子外径切削出螺纹。

48：选择坡口应注意哪些原则？

答：（1）尽量减少焊缝金属填充量，（2）保证焊透和避免产生裂纹，（3）考虑最小焊接变形，（4）便于加工。

49：开坡口时留钝边有何作用？

答：防止接头烧穿。

50：开坡口的方法有哪些？

答：用风铲加工，机械加工，气割坡口，碳弧气刨坡口。

51：什么叫碳弧气刨？

答：利用碳极电弧的高温把金属的局部熔化，同时再用压缩空气的气流把这些熔化金属吹掉，达到刨削或切削金属的目的，52：磨削有何用途？

答：可消除板面焊疤边缘的毛刺，修磨焊缝以及对受压容器的焊缝再探伤检查前进行打磨处理。

53：什么叫弯曲成型？

答：把平板毛坯，型材或管材，弯成一定角度，曲率，从而形成一定形状的零件。

54：答：什么叫弹复现象？

答：弯曲时材料发生弹性变形，当外力去除后，部分弹性变形恢复原态，使弯曲件的形状和角度发生变化。

55：铆工常用的弯曲成型的方法有哪些？

答：有压弯，滚弯，压延及水火弯板。

56；影响弯曲成型的因素有哪些？

答：弯曲力，弹复现象，最小弯曲半径，断面形状。

57：如何确定弯曲力的大小？

答：根据被弯材料的机械性能，弯曲方式和性质，弯曲件的形状。

58：影响弯曲弹复的因素有哪些？

答：被弯材料的机械性能，材料的相对弯曲半径，弯曲角和一些其他因素。

59：影响最小弯曲半径的因素有哪些？

答：被弯材料的机械性能，弯曲角，材料的弯曲方向，材料的表面质量和剪断面质量，其他因素。

60：影响弯曲过程中截面形状变化的因素有哪些？

答：主要有相对弯曲半径，截面几何特点及弯曲方式。

61钢材加热对钢材弯曲加工的影响如何？

答：钢材加热后所需弯曲力减少，弹复现象消失，最小弯曲半径减小，有利于按加工要求控制变形。

62：通常在何种情况下采用加热弯曲？

答：再常温下采用。

63：钢材加热温度为何要限制在一定温度？

答：温度过高易造成钢材过烧，温度过低会使成型困难，并引起冷作硬化。

64：采用接触弯曲时，常采用哪些措施解决弹复问题？

答：修正模具形状，采用加压校正法，增加压边装置，减小模具间隙。

65：什么叫压弯？

答：在压力机上使用弯曲模进行弯曲成型的加工法。

66：材料的弯曲变形有几种形式？

答：有自由弯曲，接触弯曲，矫正弯曲。

67：为什么铆工使用的压模通常采用焊接结构？

答：因为这样不仅制造方便，可缩短制模周期，还可提高材料利用率，降低成本。

68：什么叫滚弯？

答：在滚床上进行弯曲成型的加工方法。

69：用对称式三辊卷板机时常采用哪些措施消除工件直边？

答：两头予弯和留加工余量。

70：压延可分为哪两种？铆工常用那种？

答：分不变薄压延和变薄压延。铆工常用不变薄压延。

71：滚制锥面时应采用哪些措施？

答：调节上辊位置，使其与下辊成一定角度倾斜；使小口的进给速度大于大口。

72：较大工件如何滚制？

答：为避免其自重引起附加变形，应将板料分为三个区域，先滚压两侧，再滚压中间，必要时由吊车配合。

73：非圆柱面工件任何滚制？

答：应依其不同的曲率半径在板料上划分区域，调节轴辊间距进行滚压。

74：工件滚压前有哪些准备工作？

答：应将轴辊和板料平面清理干净，清除毛刺以免碰伤工件及轴辊。

75：什么叫压延？

答：将一定形状的平板毛坯在凸模的压力作用下，通过凹模形成一个开口空心零件的压制过程。

76：什么叫水火弯板？

答：通过氧乙炔焰将钢板局部加热收缩而成型。

77：水火弯板有哪些用途？

答：水火弯板只适用于曲率较小的零件成型，更多的是与滚压相结合用来加工具有双重弯曲的复杂形状的零件。

78：水火弯板的方法有哪些？

答：有带形加热和点状加热。

79：水火弯板的工艺有哪些？

大：有烤嘴的选择，加热温度和加热速度，冷却方式。

80：水火弯板的冷却方式有几种？

答：有空冷和水冷两种，水冷又有正背面水冷之分。

82：什么叫空冷？

答：火焰局部加热后，工件在空气中自然冷却。

83：什么叫水冷？

答：用水强迫冷却已加热部分的金属，使其迅速冷却，减少热量向背面传递，扩大了正反面的温度差，而提高成型效果。

84：爆炸成型有哪些特点？

答：可使模具结构简化；可加工形状复杂，刚性模难以加工的空心零件；回弹小，精度高，质量好；加工成型速度快；不需要冲压设备。

85：什么叫角接？

答：两板件相互垂直成一点角度连接时，在连接处用角钢作为连接件，把工件铆接在一起。

86：铆钉排列的主要参数有哪些？

答：有铆钉距，排距，边距。

87：什么叫铆钉距？

答：一排铆钉中相邻两铆钉，中心间的距离。

88：什么叫排距？

答：指相邻两排铆钉孔中心的距离。

89：什么叫边距？

答：指外排铆钉中心至工件板边的距离。

90：构件板厚与铆钉直径有哪些关系？

答：单排与双排搭接连接时，铆钉直径取两倍与厚度；单排与双排双盖板连接时，铆钉直径取1.5~1.75的板厚。

91：确定板厚的原则有哪些？

答：搭接时，按较厚板料厚度确定；厚度相差较大的材料铆接时，以较薄的板料确定；钢板与型材铆接时，取两者的平均厚度；被连接总厚度不应超过铆钉直径的5倍。

92：铆钉长度与铆接质量有何关系？

大：铆钉过长，铆钉墩头就过大，钉杆易弯曲；铆钉过短，则墩粗量不足，钉头成型不完整，影响铆接强度和紧密性。

93：铆钉孔径在冷铆时如何确定？

答：冷铆时，钉杆不易墩粗，为保证连接强度，钉孔直径应与钉杆直径接近。

94：热铆时，铆钉孔径任何确定？

答：热铆时，由于受热膨胀变粗，为便于穿孔，钉孔直径应比钉杆直径略大。

95：铆钉由哪几部分组成？

答：由手把，枪体，开关及管接头。

96：铆钉枪有什么特点？

答：具体积小，操作方便，可以进行各种位置的铆接。

97：铆接可分为哪两种方式？

答：可分为冷铆和热铆。

98：什么叫冷铆？

答：就是在常温下的铆接。

99：铆接的终铆温度是多少？

答：在450~600摄氏度之间。

100：终铆温度对铆接有何影响？

答：过高，会降低钉杆的初应力；过低，铆钉会发生蓝脆现象。

1：金属结构的主要形式有哪些？

答：有框架结构、容器结构、箱体结构、一般构件结构。

2：铆工操作按工序性质可分为几部分？

答：分为备料、放样、加工成型、装配连接。

3：金属结构的连接方法有哪几种？

答：有铆接、焊接、铆焊混合联接、螺栓联接。

4：在机械制造业中铆工属于（热加工类）。

5：什么叫热加工？

答：金属材料全部或局部加热加工成型。

6：珩架结构是以什么为主体制造的结构？

答：是以型材为主体。

7：容器结构是以什么为主体制造的结构？

答：是以板材为主体。

8：箱体结构和一般结构是以（板材）和（型材）混合制造的结构。

9：备料是指（原材料）和（零件坯料）的准备。

10：钢板和型材在（运输、吊放、储存）的过程中可造成变形。

11：钢材的变形会影响零件的（吊运、下料、气割）等工序的正常进行。

12：零件在加工过程中产生的变形如不进行矫正，则会影响结构的（正确装配）崐13：焊接产生的变形会降低装配的（精度），使钢结构内部产生附加应力，影响

（构件的强度）。

14：扁钢的变形有（弯曲、扭曲、弯扭复合变形）。

15：多辊矫正机根据轴辊的排列形式和调节辊的位置可分为哪几种？

答：可分为上下辊列平行矫正机、上下辊倾斜矫正机。

16：火焰校正的加热方式有哪些？

答：有点状、线状、三角形加热。

17：火焰矫正的效果由什么因素决定？

答：由加热的位置和加热温度决定。

18：矫正的方法有哪些？

答：机械校正、手工矫正、火焰矫正、高频热度铰正。

19：什么是制作金属结构的第一道工序？

答：放样和号料是制作金属结构的第一道工序。

20：放样与号料对产品的影响有哪些？

答：它将直接影响产品质量对生产周期及成本都有直接影响。

21：放样常用的量具有什么？

答：有木折尺、直尺、钢卷尺、钢板尺等。

22：放样常用的工具有什么？

答：有划规、地规、样冲、划针、小手锤。

23：实尺放样的程序是什么？

答：程序是线型放样、结构放样、展开放样。

24：展开放样的内容有什么？

答：有板厚处理、展开作图、制作号料样板。

25：样板按其用途分类有哪几种？

答：有号料样板、验型样板、定位样板。

26：制作样板一般采用什么材料？

答：采用厚0.5--2毫米的薄铁皮。

27：样板、样杆的画法主要有哪几种？

答：有直线画样法、过渡画样法。

28：怎样做到合理用料？

答：要集中套排、余料利用。

29：曲线分哪几种？

答：分为平面曲线和空间曲线。

30：求直线段实长方法有哪些？

答：有旋转法、直角三角形法、支线法、换面法。

31：展开放样的步骤是什么？

答：是通过几何作图先画出相贯线、实长线、断面实形然后作出展开图。

32：求平面立体截交线的基本方法是什么？

答：棱线法和棱面法。

33：求曲面立体截交线的基本方法是什么？

答：是经线法和纬线法。

34：求相贯线的主要方法是什么？

答：是辅助平面法、素线法、球面法。

35：相贯线有何特点？

答：(1)相贯线是相交两形体的共有线和分界线(2)由于形体具有一定范围

所以相贯线总是封闭的。

36：什么叫截交线？

答：截平面与立体表面的交线。

37：什么叫素线？

答：母线在构件表面上的任何一个位置叫素线。

38：常用的展开方法有什么？

答：有平行线法、放射线法、三角形法。

39：球面的分割方式通常有什么？

答：有分带法、分块法、分瓣法。

40：板厚处理的主要内容是什么？

答：确定弯曲件的中性层和消除板厚干涉。

41：角钢弯曲件的料长按什么计算？

答：按重心层计算。

42：剪切直线的剪床有哪几种？

答：有龙门斜口剪床、横木斜口剪床、联合冲剪机床。

43：剪切曲线的机床有哪几种？

答：有圆盘剪床、振动剪床。

44：振动剪床的特点是什么？

答：振动剪床能剪切各种曲线和内孔。

46：联合剪冲机床由什么组成？

答：由斜口剪、型钢剪、小冲头组成。

47：试分析剪切机的传动顺序。

答：其顺序为由原动件－－传动件－－工件。

48：龙门剪床的前后档板有何作用？

答：主要起定位作用。

49：在龙门或斜口剪床上，定位剪切有哪几种形式？

答：有剪板定位剪切、后挡板定位剪切、挡板定位剪切。

50：斜口剪作用于材料上的剪切力可分解为什么？

答：可分为剪切力、水平拉力、离口力。

51：剪切机械不适于剪切什么材料？

答：不适于剪合金材料和淬过火的材料。

52：切割氧气压力如何选择？

答：要根据工件厚度、割炬嘴孔径、氧气纯度来选择。

53：一般碳钢在氧气中的燃点是多少？

答：约为1100--1150°c

54：能满足气割条件的金属材料有哪些？

答：有纯铁、低碳钢、中碳钢、普通低合金钢。

55：气割的过程是什么？

答：是金属的预热、金属的燃烧、氧化物被吹走。

57：常用钻头有哪些？

和机用丝锥。

66：圆板牙的作用是什么？有什么组成？

答：是用来加工外螺纹的刀具，由切削部分、定位部分、排屑孔。

67：开坡口的形式与什么有关？

答：与材料的种类、厚度、焊接方法、产品的机械性能。

68：什么叫磨砂？

答：用砂轮对工件表面进行加工称为磨砂。

69：磨削工具主要有哪几种？

答：有风动砂轮机和电动砂轮机。

70：弯曲加工成型过程中，钢材会发生什么变形？

答：会发生弹性变形和塑性变形。

71：铆工常用的弯曲成形方法有哪些？

答：有冷弯、热弯、手工弯曲、机械弯曲。

72：压弯成型时材料弯曲变形有哪几种形式？

答；有自由弯曲、接触弯曲、校正弯曲。

73：在弯曲过程中材料横截面形状的变化与什么有关？

答：与相对弯曲半径、横截面几何特点、弯曲方式有关。

74：防止弯曲过程中坯料偏移的方法是什么？

答：有托料装置和定位孔。

75：滚弯机床包括哪几种？

答：包括滚板机和型钢滚弯机。

76：手工弯管的主要工序有哪些？

答：有划线、灌沙、加热弯曲。

77：金属结构的联接方法有哪些？

答：有铆钉联接、螺纹联接焊接三种。

78：选择联接方法要考虑哪些？

答：要考虑构件的强度、工作环境、材料、施工条件等因素。

79：铆接的接头形式有哪些？

答有对接、角接搭接。

80：实心铆钉头的形式有哪些？

答：有半圆头、沉头、半沉头。

81：交流弧焊机主要有哪几种？

答：有BX1--330型和BX--500型。

82：热铆的基本操作过程是什么？

答：被铆件紧固、修孔、铆钉加热、接钉与穿钉、顶钉、铆接。

83：铆接的种类有哪几种？

答：有强固铆接、密固铆接、紧密铆接。

84：修孔用的工具有哪些？

答：有铰刀。

85：螺纹联接常用的防松措施有哪些？

答：有增大摩擦力、机械防松。

86：焊接电弧由哪些组成？

答：由阳极区、阴极区和弧柱组成。

87：电焊机主要有哪几种？

答：有直流焊机和交流焊机。

88：什么叫局部变形？包括哪些？

答：指构件的某一部分发生的变形，包括角变形、波浪变形、局部凸凹不平。

89：焊接按空间位置分哪几种？

答：分平焊、立焊、横焊、仰焊。

90：焊接过程中，焊条有哪三个方向的运动？

答：有向熔池方向运动、沿焊接方向移动、横向摆动。

91：装配的三个要素是什么？

答：是定位、支撑和夹紧。

92：手动夹具有哪些？

答：有螺旋夹具、楔条夹具、杠杆夹具、偏心夹具。

93：非手动夹具有哪些？

答：有气动夹具、液压夹具、磁力夹具。

94：螺旋夹具有什么功能？

：答：具有夹、压、顶、撑等功能。

95：装配中常用的测量项目有哪些？

答：有线性尺寸、平行度、垂直度、同轴度、角度。

96：工件在装配中的支承形式是什么？

答：有装配平台支承、装配胎架支承。

97：装配胎架按其功能可分为哪几种？

答：可分为通用胎架和专用胎架。

98：装配中常用的定位方法有哪些？

答：有划线定位、样板定位、定位元件定位。

99：求平面截交线的基本方法有哪些？

答：有棱面法和棱线法。

100：热铆一般由四个人组成他们的分工是什么？

答：一个人加热、传递，一个人接钉穿钉，一个人顶钉，一个人铆接。

101：铆工常用的压力机有哪些？

答：有液压机和风压机。

一：什麽叫展开？

答：将金属结构的表面或局部，按它的实际形状和大小依次摊开在一个平面上的过程叫展开。

二：展开图是根据构件的什麽图绘成的？

答：根据投影图绘成的。

三：画防样图的目的是求出画展开图时所需的什麽和什麽？

答：所需的线条和尺寸。

四：画展开图的方法有哪三种？

答：有平行线法，放射线法，三角形法。

五：再展开图上，所有线都是构件表面上对应部份的什麽线？

答：对应部份的实长线。

六：直线的投影一般仍为什麽？特殊时为什麽线？

答：为直线，特殊时为点。

七：求曲线实长的方法有哪几种？

答：换面法和展开法。

八：展开图是根据构件的什麽图绘制的？

答：根据投影图绘制的。

九：什麽叫展开图？

答：将构件表面全部或局部在平面上画出的平面图形叫展开图。

十：放样图的比例一般为多少？

答：1：1

十一：当直线平行于投影面时，直线在该投影面的投影具有什么性？

答：具有真实性。

十二：求斜园锥体侧表面各素线实长，用什么方法最方便？

答：用旋转法最方便

十三：用直角三角形法求线段实长，至少应画出构件的几个投影图？

答：至少应画出构件的两个投影图。

十四：根椐上下剪刃安装的相对位置，剪板机分哪两大类？

答：分平刃和斜刃两类。

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还是小？

答：是小。

十六：冲压成形是通过什么和相应的什么来实现的？

答：是通过冲压机床和相应的模具来实现的。

十七：带导柱冲裁，上模和下模的位置靠模具上的什么和什么来定位？

答：靠模具上的导柱和导套来定位。

十八：什么叫斜刃剪切？

答：为了减小剪切力而将上下剪刃成一定角度排列，是一种常见的剪切方式。

十九：什么是剪刃间隙？

答：为了防止上下剪刃碰撞和减小剪切力而使上下剪刃间留取的适当间隙。

二十：什么叫摩擦压力机？

答：利用飞轮和摩擦盘接触，借助螺杆和螺母相对运动的原理而工作的一种压力机。

二十一：什么是冲压成形？

答：利用压力机和相应的模具，对毛坯进行变型加工，制成所需的几何行状，一般称这种加工为冲压成形。

二十二：什么叫热压？

答：由于某种原因，对毛坯料进行加热后再进行冲压加工，称为热压。

二十三：什么叫落料？

答：落料是分离工序的一种，将材料与工件以封闭的曲线分离开的加工方法。

二十四：什么叫冲孔？

答：冲孔是分离工序的一种，沿封闭曲线冲掉部分材料，制取所需孔的加工方法。

二十五：什么是分离工序？

答：金属材料受力后，应力超过材料的屈服极限后，使材料发生剪裂，并沿一定的轮廓分离的加工方法，如落料，切口，冲孔等。

二十六：什么是成形工序？

答：金属材料受力后，应力超过材料的屈服极限，使材料在不受破坏的条件下产生塑性变形，制成所需要的几何形状的加工方法。如弯曲，拉伸，挤压等。

二十七：什么叫带导柱冲材模？

答：上下模对应位置，依靠模具上的导柱，导套来保证的模具。

二十八：什么是冲裁力？

答：冲裁时，材料对模具的最大抵抗力。

二十九：什么称为最小弯曲半径？

答：材料弯曲时，不至产生破坏与折断的最小极限值，称为该种材料的最小弯曲半径。

三十：怎样解释中性层？

答：材料在弯曲过程中，外层受拉伸，内层受挤压，在其断面上存在的既不受拉，又不受压，应力等于零的过渡层，称为材料的中性层。

三十一：什么叫回弹？

答：弯曲工序中，当外力去除后，材料由于弹性而产生的回复现象叫回弹。

三十二：什么叫拉伸？

答：利用压力机和相应的模具，将板料制成开口空心件的一种冲压工艺方法。

三十三：什么叫拉伸系数？

答：材料在每次拉伸后的断面积与拉伸前的端面积之比，称为该次的拉伸系数。拉伸系数实际反映了拉伸件变形程度的大小。

三十四：什么叫压边圈？

答：在拉伸过程中，为防止工件口缘部分失稳而起皱，在凹，凸模之间边缘部分设置的圈形压紧装置。

三十五：摩擦压力机的工作原理是什么？

答：摩擦压力机的工作原理是：利用飞轮和摩擦盘的接触传动，并借助螺杆与螺母的相对运动原理而工作的。

三十六：摩擦压力机有哪些优点？

答：动作较快，可使滑块停在行程内的任意位置，一旦超负荷时，只引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不至损坏机件。

三十七：冲压工序有哪些优点？

答：（1）生产效率高。压力机的一次行程可完成一道工序，有时还可完成多道工序。（2）材料利用率高。（3）同一产品冲压件的形状和尺寸一致，互换性好。（4）操做简单，便于实现机械化和自动化生产。

三十八：冲压工序分几大类？

答：（1）分离工序（2）成形工序（3）复合工序。

三十九：什么叫冲裁？

答：利用冲模在压力机上将板料分离的一种冲压方法。

四十：怎样区分冲孔和落料？

答：一般情况下，板料经冲裁后形成两部分，即冲落部分和带孔部分。若冲裁的目地是为了制取一定外形的工件，即冲落部分为需要的称为落料：反之冲裁的目地是为了加工一定形状的内孔，冲下的为费料，称为冲孔。

四十一：冲裁时，材料的分离过程分哪几个阶段？

答：弹性变形，塑性变形，开裂分离。

四十二：降低冲裁力的方法有几种？

答：有三种：（1）斜刃口冲裁（2）阶梯式凸模冲裁（3）坯料加热冲裁。

四十三：什么叫最小弯曲半径？

答：材料在弯曲中，不致发生破坏时弯曲半径的最小极限值，称为最小弯曲

半径。

四十四：导致结构件产生变形的外力包括哪几种？

答：包括弯曲力，扭力，冲击力，拉力，压力等。

四十五：外力可引起构件内部出现什么？当外力去除后，可能会保留部分内力，形成什么？

答：外力可引起构件内部出现内力：当外力去除后，形成内应力。

四十六：焊接过程对金属结构件来讲，是一种什么和什么过程？是造成构件产生什么而引起变形的主要原因？

答：是一种不均匀的加热和冷却过程：是造成构件产生内应力而引起变形的主要原因。

四十七：焊缝和焊缝附近金属的收缩主要表现在哪几个方向上的收缩？

答：主要表现在纵向和横向两个方向上的收缩。

四十八：设计方面可能引起结构件变形的因素有

第三篇：激光作业

激光应用之激光医疗

一,激光针灸

二，激光针灸治疗化疗致白细胞减少症疗效 1968年匈牙利人Endre Mester首次将低能量激光用于医学领域。低能量激光照射即激光针灸，因其具有无痛、无创、无菌、安全、易控等特点，并可避免传统针灸在临床操作上的某些不便和缺陷，目前在许多国家得到广泛应用。目前用于激光穴位照射的光源以氦氖激光及一些半导体激光等红光或近红外光为主

[1]，这些单一激光光源具有很好的穿透能力，但存在一个共同问题—无热效应，即只有针的作用，而灸的作用无法实现。作为针灸疗法重要组成部分，灸法的治疗效果已为大量临床实践所证实。有人认为，灸疗实质是一种温热刺激的结果，通过刺激皮肤感受器，激发调整神经系统的机能[2]。要提高激光穴位照射的疗效，有必要寻找一种能替代传统艾灸的激光。

CO2激光的波长为10.6μm，能在表皮内被吸收，迅速转变成热能，应可产生灸疗作用。但以往CO2激光是通过关节臂传输输出，使其应用受到很大限制。中国科学院上海硅酸盐研究所前期成功研制了卤化银光纤[3]，解决了CO2激光柔性传输的技术难点。本实验将此新技术引入自制的复合激光治疗仪，将10.6m CO2激光与650nm半导体红色激光聚合后同时或分别照射穴位，观察其对环磷酰胺致白细胞减少症的影响。

骨髓抑制导致白细胞减少是肿瘤化疗最常见的早期毒副反应之一，联合化疗病人白细胞下降发生率高达43％～94.5％，也是中断化疗和化疗后并发感染造成病人死亡的主要原因。目前在临床上使用的升白药物存在疗效欠佳或疗效好但价格昂贵问题，有些药物还能降低化疗的疗效，有报道集落刺激因子除引起骨痛、发热等副作用外，还可刺激某些恶性细胞的生长，宜慎用，故寻找有效的抗骨髓毒性疗法具有重要的现实意义。近年有不少有关针灸治疗化疗后白细胞减少的报道，在肯定针灸抗骨髓抑制疗效的同时探讨了其作用机制，艾灸用于穴位能够通过调节肿瘤患者或模型动物的免疫抑制状态而抵御放化疗产生的副作用，针灸与西药比较，具有作用平稳、价格便宜，且不受化疗药物、疗程及放疗的影响等优势。临床资料表明，低能量He—Ne激光穴位照射对化疗所致白细胞减少症有明显的回升作用。

第四篇：《激光》读后感

崇文小学二（1）班胡嘉盛

激光是一种杀伤力非常强的武器。它一束光能穿透一架飞机，然后爆炸，甚至能打沉一艘航空母舰。激光还能为人做手术，给人们治病，激光的用处可真大啊！我长大以后要当一位科学家，发明很多有用的东西，为社会服务！

指导老师：陈敏霞

第五篇：激光基础知识

激光基础知识

听到激光这个词，大家可能有些害怕，因为它让人想起了星球大战中太空战士的利器，或者是手术台上医生的手术刀。但是，激光并不总是伤人的武器，它也存在于我们的日常生活中。比如说“镭射”（Laser），全息照片等都是激光技术在在现实中的应用，给我们的生活带来了极大的便利。激光原来和我们如此的接近！

激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。

什么叫做“受激辐射”？它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。

一个科学的理论从提出到实现，往往要经过一段艰难的道路。爱因斯坦提出的这个理论也是如此。它很长一段时间被搁置在抽屉里无人问津。

1950年，波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后来被用来发射激光，并使他在1966年获得了诺贝尔物理学奖。

激光器的发明实际上提出了更多的问题。它必须使反射谐振器适应极短的波长。1951年，美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤斯（Townes）对微波的放大进行了研究，经过三年的努力，他成功地制造出了世界上第一个“微波激射器”，即“受激辐射的微波放大”的理论。汤斯在这项研究中花费了大量的资金，因此他的这项成果被人们起了个绰号叫做“钱泵”，说他的这项研究花了很多的钱。后来汤斯教授和他的学生阿瑟·肖洛（Schawlow，诺贝尔物理奖的获得者）想，既然我们已经成功地研究了微波的放大，就有可能把微波放大的技术应用于光波。1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”（即LASER）的论文。但是在实际中建造激光器还有许多困难，人们对激光的性质和作用都还没有清楚的认识。于是汤斯教授和肖洛并没有在此基础上继续进行研究和实验，结果这项研究的成果被第三者利用了。这位第三者的名字叫西奥多·梅曼（Maiman）。

梅曼是美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员。在梅曼开始建造他的红宝石激光器之前，有人断言红宝石绝不是制造激光的好材料，而肖洛也支持这种观点。这使得很多人中止了用红宝石来制造激光的尝试，但梅曼却怀疑这个说法。为此，他花了一年的时间专门测量和研究红宝石的性质，终于发现上述论断所依据的基础是错误的，而红宝石确是制造激光器的好材料。从此他着手建造那个世界上第一台激光器。他的准备工作十分地详细完备，1960年7月，梅曼在加利福尼亚的休斯空军试验室进行了人造激光的第一次试验，当按钮按下时，第一束人造激光就产生了。这束仅持续了3亿分之一秒的红色激光标志着人类文明史上一个新时刻的来临。

这样，世界上第一台激光器——红宝石激光器--诞生了。它是一种固体激光器，它的激励系统是一支能突然爆发出强光的螺旋形闪光管，激光物质是一个插在螺旋管中间的4厘米长的圆柱形宝石棒，这种红宝石的主要成份是混有铬离子的氧化铝。在红宝石棒上缠有闪光玻璃管以便让晶体受光线照耀红宝石，经闪光管发出的光照射后，发出激光，通过光学谐振腔的加强和调节后，便射出一强有力的激光。

在梅曼成功之后不久，氦氖激光器也试验成功。这一系列的成功使实力雄厚的贝尔实验室也投入到激光器的研究之中，而其资金和人力资源又迅速推动着研究工作的进展。

自从1960年以来，激光家族有着迅猛的增长。现在有各种不同形状不同大小的各种各样的激光器，可以产生出不同功率、不同波长的激光。这些激光的范围包含从红外到紫外以至X射线的所有区域。

激光的发现大大鼓舞了光通信的研究工作，为科研工作者开创了意想不到的前景和研究领域，可以说没有激光的发明就不会有今天的光通信或光纤通信。

激光刚刚诞生不久就被人们称为“解决问题的工具”。科学家们一开始就意识到激光这种奇特的东西，将会像电力一样注定要成为这个时代最重要的技术因素。迄今为止，仅仅二十多年的初步应用，激光已经对我们的生活方式产生了重大影响。激光通信使我们在地球的每一个角落里都能准确迅速地进行信息交流；激光唱盘可以使我们渴望亲耳聆听世界名曲的现场演奏几近成真。总之，激光正实现着几年前还令人难以置信的技术奇迹。从工业生产到医学，从电讯通信到战争机器，科学和技术正运用激光来解决一个又一个的难题。

激光的特性

激光广泛应用的基础在于它的特性。激光单色性好，又可在一个狭小的方向内有集中的高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。这是令人惊奇的。红宝石激光器中输出脉冲的总能量煮不熟一个鸡蛋，但却能在3毫米的钢板上钻出一个孔。为什么激光这么神奇呢？关键不是光的能量，而在于其功率。激光的功率是很高的，这也是它多方面被应用的基础。

激光具有单色性、相干性和方向性三大特点。

（1）单色性好

我们知道，普通的白光有七种颜色，频率范围很宽。频率范围宽的光波在光纤中传输会引起很大的噪声，使通信距离很短，通信容量很小。而激光是一种单色光，频率范围极窄，发散角很小，只有几毫弧，激光束几乎就是一条直线。氦氖激光的谱线宽度，只有10-8nm，颜色非常纯。这种光波在光纤中传输产生的噪声很小，这就可以增加中继距离，扩大通信容量。现在已研究出单频激光器，这种激光器只有一个振荡频率。用这种激光器可以把十几万路的电话信息直接传送到100km以外。这种通信系统就可满足将来信息高速公路的需要了。

（2）相干性高

一个几十瓦的电灯泡，只能用作普通照明。如果把它的能量集中到1m直径的小球内，就可以得到很高的光功率密度，用这个能量能把钢板打穿。然而，普通光源的光是向四面八方发射的，光能无法高度集中。普通光源上不同点发出的光在不同方向上、不同时间里都是杂乱无章的，经过透镜后也不可能会聚在一点上。

激光与普通光相比则大不相同。因为它的频率很单纯，从激光器发出的光就可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把它们会聚到一点上，把能量高度集中起来，送入光纤，这就叫相干性高。一台巨脉冲红宝石激光器的亮度可达1015w/cm2·sr，比太阳表面的亮度还高若干倍。

光纤通信用的半导体激光器的体积很小。和普通的晶体三极管差不多。它发出的光功率一般都不太大，通常只有几毫瓦。如果把它的能量高度集中，就很容易耦合进光纤。这对增加光纤通信的中继距离，提高通信质量是很有意义的。

（3）方向性强

激光的方向性比现在所有的其他光源都好得多，它几乎是一束平行线。如果把激光发射到月球上去，历经38.4万公里的路程后，也只有一个直径为2km左右的光斑。如果用的是探照灯，则绝大部分光早就在中途“开小差”了。

普通光源总是向四面八方发散的，这作为照明来说是必要的。但要把这种光集中到一点，则绝大多数能量都会被浪费掉，效率很低。半导体激光器发出的光绝大部分都很集中，很容易射入光纤端面。

光的本性

很久以来，人们对光就进行了各种各样的研究。光到底是什么东西呢？这个问题困扰了许多有才智之士。古希腊哲学家们认为光是高速运动的粒子流。凡是发光的物体，例如太阳，都能发出这样的粒子流。当这些微小的粒子流接触到眼睛上时，就引起了人们对光的感觉。

对于光的研究在以后很长的年代里没有进展，直到伟大的科学家牛顿，才开创了一个光学研究的新世纪。牛顿在他的工作室里，用三棱镜把白光分解为从红到紫的七种色光。这是人类第一次看到光的奥妙。白光并不是单一的，而是几种不同色光的复合。进一步的研究使牛顿提出著名的光微粒说：光是由极小的高速运动微粒组成的；不同色光有不同的微粒，其中紫光微粒的质量最大，红光微粒的质量最小。利用这种学说牛顿解释了光的折射、反射和上面描述的色散现象。

微粒说合乎人们的日常直观心理要求。由于光是直线行进的，人们很容易相信光是粒子流。而且由于牛顿的巨大声望，微粒说一时独领风骚。但在牛顿的同时代人中亦有人大力批驳微粒说，荷兰人惠更斯(1629——1695)于1678年提出波动理论来解释光的本性。他认为光的微粒理论无法解释光线可以相互交叉通过而互不影响，但这却是波的基本性质。利用光的波动理论也很容易解释光的反射与折射现象。那么，到底光是波还是粒子呢?

到十九世纪初期，发现了光的干涉、绕射和偏振现象，这些行为只适合于光的波动理论解释。同时，若根据微粒理论，光在水中的传播速度要大于光在空气中的传播速度，而根据波动理论计算的结果则正好相反。在牛顿和惠更斯时期，人们还无法精确测量光速，因此无法用实验判定两理论的正误。但到了十九世纪，科技水平和实验技巧都大大发展，因此在1862年福科测得了光在水中的传播速度，证实了其小于光在空气中的传播速度。这时光的微粒说基本上是彻底被放弃了。到1863年麦克斯韦发表著名的电磁理论，揭示了光波其实是电磁波的一种，这时波动理论的最后的一个难题——传播媒质问题也被解决了。按照传统的机械波理论，光振动是在弹性媒质中的一种机械振动。由于光速极大，人们不得不臆造一种弹性极大但密度极小的媒质“以太”，作为光传播的媒质而散布在宇宙空间。可是，任何实验都测不到以太的存在，而假定它的存在却引起了许多麻烦。从而，“以太”成了波动理论之一大难题，是欲弃之而不能的“鸡肋”。但麦克斯韦的理论告诉我们，电磁波的传播不需要媒质。变化的电场产生变化的磁场，变化的磁场产生变化的电场。这样，变化电磁场的交替产生就构成了电磁波由近及远的传播。因此，如果我们把光视为一种电磁波，则“以太”难题就迎刃而解了，因为根本就不需要它，丢掉这块“鸡肋”一切就解决了。

麦克斯韦理论完美地解释了当时已知的所有光学现象。但从十九世纪末起，却发现了一系列令人困惑的新的实验结果。这些结果共同的特点是，他们无法用麦克斯韦理论来解释。其中最典型的是光电效应实验。

光电效应是由赫兹（H.R.Hertz，1857一1894）在1887年发现的。研究光电效应的装置是在一个抽成高真空的玻璃小球内，内表面上涂有感光层(阴极K)，阳极A可做成直线状或圆环形。当单色光通过石英窗口照射到阴极K上时，有电子从阴极逸出，这种电子叫作光电子。如果在A、K两端加上电势差U，则光电子在加速电场的作用下飞向阳极，形成回路中的光电流。光电流的强弱由电流计读出。像这种金属受到光的照射而放出电子的现象就称为光电效应。

光电效应实验使传统的光学理论受到严峻考验。伟大的爱因斯坦于1905年提出光量子说来解释该实验。想法是革命性的，即认为光是一束束以光速运动的粒子流，每一个光粒子都携带着 3 一份能量。光量子说受到普朗克量子说的很大影响。普朗克在解释黑体辐射问题时认为光在发射和吸收过程中具有粒子性。爱因斯坦则进一步认为光在传播过程中也具有粒子性。

光一方面具有波动的性质，如干涉、偏振等；另一方面又具有粒子的性质，如光电效应等。这两方面的综合说明光不是单纯的波，也不是单纯的粒子，而是具有波粒二象性的物质。这是认识上的不断加深而得到的结论。应该注意这也还不是最后的答案。对于光的本性，虽然经过这么多年的探索，我们所知道的也的确是太少了。光到底是什么?是在某一时刻表现为粒子，而在另一时刻表现为波?还是完全不同于我们现在所知的某种物质?这些问题也是当今的科学家们在苦苦思索的问题。

激光的理论基础

直到二十世纪初，人们才在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。原子结构像是一个小小的太阳系，中间是原子核，电子围绕原子核不停地旋转，同时也不停地自转。原子核集中了原子的绝大部分质量，但却只占有很小的空间。原子核带正电，电子带负电，一般原子核与电子所携带的正负电荷数量相等，因此对外呈中性。电子绕核旋转具有一定的动能，同时负电荷的电子与正电荷的原子核之间存在着一定的位能。所有电子的动能与位能之和就是整个原子的能量，称为原子的内能。

这种原子模型是1911年由英国科学家卢瑟福提出的。紧接着，1913年，丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由不连续能级表征的一系列状态——定态上，这与宏观世界中的情况大不相同。人造卫星绕地球旋转时，可以位于任意的轨道上，也就是说可具有任意的连续变化的能量。而电子在绕核运动时，却只能处于某些特定的轨道上。从而原子的内能不能连续的改变，而是一级一级分开的，这样的级就称为原子的能级。

不同的原子具有不同的能级结构。一个原子中最低的能级称为基态，其余的称为高能态，或激发态。原子从高能态E2过渡到低能态E1时，会向外发射某个频率为ν的辐射，满足普朗克公式：

hv = E1-E2

式中h为普朗克常数。反之，该原子吸收频率为ν的辐射时，就会从低能态E1过渡到高能态E2。

爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。文章提出了激光辐射理论，而这正是激光理论的核心基础。因此爱因斯坦被认为是激光理论之父。在这篇论文中，爱因斯坦区分了三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐射。前两个概念是已为人所知的。受激吸收就是处于低能态的原子吸收外界辐射而跃迁到高能态；自发辐射是指高能态的原子自发地辐射出光子并迁移至低能态。这种辐射的特点是每一个原子的跃迁是自发的、独立进行的，其过程全无外界的影响，彼此之间也没有关系。因此它们发出的光子的状态是各不相同的。这样的光相干性差，方向散乱，而受激辐射则相反。它是指处于高能级的原子在光子的“刺激”或者“感应”下，跃迁到低能级，并辐射出一个和入射光子同样频率的光子。这好比清晨公鸡打鸣，一个公鸡叫起来，其他的公鸡受到“刺激”也会发出同样的声音。受激辐射的最大特点是由受激辐射产生的光子与引起受激辐射的原来的光子具有完全相同的状态。它们具有相同的频率，相同的方向，完全无法区分出两者的差异。这样，通过一次受激辐射，一个光子变为两个相同的光子。这意味着光被加强了，或者说光被放大了。这正是产生激光的基本过程。

爱因斯坦的理论在当初只是为了解决黑体辐射问题而提出的假设。但是几十年后却成了打开激光宝库的金钥匙。

那么，激光是怎样产生的？在一个原子体系中，总有些原子处于高能级，有些处于低能级。而自发辐射产生的光子既可以去刺激高能级的原子使它产生受激辐射，也可能被低能级的原子吸 4 收而造成受激吸收。因此，在光和原子体系的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收总是同时存在的。

如果想获得越来越强的光，也就是说产生越来越多的光子，就必须要使受激辐射产生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎样才能做到这一点呢？我们知道，光子对于高低能级的光子是一视同仁的。在光子作用下，高能级原子产生受激辐射的机会和低能级的原子产生受激吸收的机会是相同的。这样，是否能得到光的放大就取决于高、低能级的原子数量之比。若位于高能级的原子远远多于位于低能级的原子，我们就得到被高度放大的光。但是，在通常热平衡的原子体系中，原子数目按能级的分布服从玻尔兹曼分布率。因此，位于高能级的原子数总是少于低能级的原子数。在这种情况下，为了得到光的放大，必须到非热平衡的体系中去寻找。

所谓非热平衡体系，是指热运动并没有达到平衡、整个体系不存在一个恒定温度的原子体系。这种体系的原子数目按能级的分布不服从玻尔兹曼分布率，位于高能级上的原子数目有可能大于位于低能级上的原子数目。这种状态称为“粒子数反转”。如何才能达到粒子数反转状态呢?这需要利用激活媒质。所谓激活媒质(也称为放大媒质或放大介质），就是可以使某两个能级间呈现粒子数反转的物质。它可以是气体，也可以是固体或液体。用二能级的系统来做激活媒质实现粒子数反转是不可能的。要想获得粒子数反转，必须使用多能级系统。

在现代的激光器中，第一台激光器红宝石激光器是三能级系统，也有一些激光器采用了四能级系统，如钕玻璃激光器。

产生激光的5个条件

激光在英文中是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，意思是受激辐射的光放大。可见，受激幅射是产生激光的首要条件，也是必要条件，但还不是充分条件。

如果让这些受激光子一个一个地发射出来，是不能形成强大的能量的。一般的，电子被激发到高能级后，在高能级上停留的时间是短暂的。而有些物质的电子处于第二能级E2的时间较长，仅次于基态能级E1。这个能级就叫做亚稳能级。要形成激光，工作物质必须具有亚稳态能级。这是产生激光的第二个条件。

外来的光子能激发出光子，产生受激辐射，但也可能被低能级所吸收。在激光工作物质中，受激辐射和受激吸收这两个过程都同时存在。在常温下，吸收多于发射。选择适当的物质，使其在亚能级上的电子比低能级上的电子还多，即形成粒子数反转，使受激发射多于吸收。这是产生激光的第三个条件。

激光器中开始产生的光子是自发辐射产生的，其频率和方向杂乱无章。要使频率单纯，方向集中，就必须有一个振荡腔。这是产生激光的第四个条件。通信所用的半导体激光器就是利用半导体前后两个端面与空气之间的折射率不同，形成反射镜而组成振荡腔的。

这些晶体和谐振腔都会使光子产生损耗。只有使光子在腔中振荡一次产生的光子数比损耗掉的光子多得多时，才能有放大作用，这是产生激光的第五个条件。

激光器的结构

激光器一般包括三个部分

1、激光工作介质

激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转是非常有利的。现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。

2、激励源

为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运。为了不断得到激光输出，必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。

3、谐振腔

有了合适的工作物质和激励源后，可实现粒子数反转，但这样产生的受激辐射强度很弱，无法实际应用。于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔，实际是在激光器两端，面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射，一块光大部分反射、少量透射出去，以使激光可透过这块镜子而射出。被反射回到工作介质的光，继续诱发新的受激辐射，光被放大。因此，光在谐振腔中来回振荡，造成连锁反应，雪崩似的获得放大，产生强烈的激光，从部分反射镜子一端输出。

下面以红宝石激光器为例来说明激光的形成。工作物质是一根红宝石棒。红宝石是掺入少许3价铬离子的三氧化二铝晶体。实际是掺入质量比约为0.05%的氧化铬。由于铬离子吸收白光中的绿光和蓝光，所以宝石呈粉红色。1960年梅曼发明的激光器所产用的红宝石是一根直径0.8cm、长约8cm的圆棒。两端面是一对平行平面镜，一端镀上全反射膜，一端有10%的透射率，可让激光透出。

红宝石激光器中，用高压氙灯作“泵浦”，利用氙灯所发出的强光激发铬离子到达激发态E3，被抽运到E3上的电子很快（～10－8s）通过无辐射跃迁到E2。E2是亚稳态能级，E2到E1的自发辐射几率很小，寿命长达10-3s，即允许粒子停留较长时间。于是，粒子就在E2上积聚起来，实现E2和E1两能级上的粒子数反转。从E2到E1受激发射的波长是694.3nm的红色激光。由脉冲氙灯得到的是脉冲激光，每一个光脉冲的持续时间不到1ms，每个光脉冲能量在10J以上；也就是说，每个脉冲激光的功率可超过10kW的数量级。注意到上述铬离子从激发到发出激光的过程中涉及到三条能级，故称为三能级系统。由于在三能级系统中，下能级E1是基态，通常情况下积聚大量原子，所以要达到粒子数反转，要有相当强的激励才行。

激光器的种类

对激光器有不同的分类方法，一般按工作介质的不同来分类，在可以分为固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器和光纤激光器。另外，根据激光输出方式的不同又可分为连续激光器和脉冲激光器，其中脉冲激光的峰值功率可以非常大，还可以按发光的频率和发光功率大小分类。

1、固体激光器

一般讲，固体激光器具有器件小、坚固、使用方便、输出功率大的特点。这种激光器的工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离子，除了前面介绍用红宝石和玻璃外，常用的还有钇铝石榴石（YAG）晶体中掺入三价钕离子的激光器（如我公司的JK125P系列激光器），它发射1060nm的近红外激光。固体激光器一般连续功率可达100W以上，脉冲峰值功率可达10KW。

2、气体激光器

气体激光器具有结构简单、造价低；操作方便；工作介质均匀，光束质量好；以及能长时间较稳定地连续工作的有点。这也是目前品种最多、应用广泛的一类激光器，占有市场达60％左右。其中，氦－氖激光器是最常用的一种。

3、液体激光器

常用的是染料激光器，采用有机染料最为工作介质。大多数情况是把有机染料溶于溶剂中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸气状态工作的。利用不同染料可获得不同波长激光（在可见光范围）。染料激光器一般使用激光作泵浦源，例如常用的有氩离子激光器等。液体激光器工作原理比较复杂。输出波长连续可调，且覆盖面宽是它的优点，使它也得到广泛应用。

4、半导体激光器

半导体激光器是以半导体材料作为工作介质的。目前较成熟的是砷化镓激光器，发射840nm的激光。另有掺铝的砷化镓、硫化铬硫化锌等激光器。激励方式有光泵浦、电激励等。这种激光器体积小、质量轻、寿命长、结构简单而坚固，特别适于在飞机、车辆、宇宙飞船上用。在70年代末期，由于光纤通讯和光盘技术的发展大大推动了半导体激光器的发展。

5、光纤激光器

光纤激光器大多用半导体激光器泵浦，因此它实质上是一个将某一波长的泵浦光转化为另一波长的激光的波长转化器，但其激光光束质量大大优于半导体激光器。光纤激光器可用于光通信、光传感、激光加工、激光医疗和激光印刷等领域。在众多的掺杂光纤激光器家族中，由于掺铒光纤激光器的激射波长位于光通信的1550nm低损耗窗口，双包层掺铒光纤激光器能得到高功率，倍受人们重视。今年6月，GSI集团将在德国慕尼黑的激光展览会上推出自己的光纤激光器，并开始正式投入批量生产。