用数值计算技术和试错法确定金属材料表面对激光的吸收率
９３（２５００Ｗ）
由激光加工后两组试样的表面状态可以看出 ５００ ｗ功率照射唇试拌表面来熔化．２５００ Ｗ功率照射后． 试样表面有明显熔化痕迹材料表面熔化和未熔化对激光 的吸收率不同１１ Ｊ．凼此，叮利用激光表面重熔数值模拟程 序按所假定的吸收率．分别计算不同功率条件下试样的温 度场．用试黹法分别确定材料为固态和液态时对激光的吸 收率
ＤＥＴＥＲＭＩＮＡＴＩｏＮ ｏＦ ＬＡＳＥＲ ＡＢＳｏＲＰＴＩＶＩＴＹ ｏＦ ＭＥＴＡＬ ＢＹ ＮＵＭＥＲＩＣＡＬ ＣＡＬＣＵＬＡＴＩｏＮ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＡＮＤ ＴＲＩＡＬ～ＡＮＤ—ＥＲＲｏＲ ＭＥＴＨｏＤ
ＺＯＵ Ｄｅｎｉｎｇ，ＬＥＩ Ｙｏｎｇｐｉｎｇ，ＬＩＡＮＧ Ｃｏｎｇｙｉｎｇ，ＳＵ Ｊｕｎｙｉ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｊ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｌｙ Ｘｉ’Ｒｎ ７１００４０
为了确定材料崮态和液态表面的吸收率．控制激光功 率大小，以保证试样表面分别保持未熔化和熔化状态实 验采用５ ｋＷ的ＲＳ８５０型快速横流Ｃ０２激光器．光斑 直径选为２ ｍｉｌｌ．光斑模式为多横分布
将试样分为两组，每组３个，分别采用低功率（５００ ｗ，试样编号为ｄｌ—ｄ３）和高功率（２５００ Ｗ，试样编号 为ｇｌ～譬３）进行激光定点照射，照射时间均为１３ Ｓ，在照 射过程中对各试样进行定点温度数据采集对数据进行分 析处理后即得到相同表面处理状态及相同激光波长，吖；同
１实验方法
１．１试样及热电偶制备 实验材料选用ＤＬ３１台金，其成分（质量分数， ％）
为：Ｓｉ ０ ２０—０．６０，Ｆｅ ０ ３５，Ｃｕ ０．１０．Ｍｎ ０．１０．Ｍｇ ０ ４５ ０．９０，Ｃｒ ０１０，Ｚｎ ０１０，Ｔｉ ０１０，其它０１５．余量 为Ａ１．
试样尺寸为３１ ｎｌｍ ｘ ２９ １１１ｍＸｌ２ ｍｍ将加工好 的试样用丙酮清洗后在抛丸机上进行喷砂粗化，为增加试 样表面对激光的吸收率．粗化后的表面还需经黑化处理
Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ：ＺＯＵ Ｄｅｎｉｎｇ，ａｓｓｏｃｉａｔｅ ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，Ｔｅｌ：（０２９）２２０１０７４，Ｆａｘ：（ｏｚ９）２ｚｏｚｖｅ３，
Ｅ—ｍａｉｌ：ＺｏⅡｄｅｍ“９＠２６０ ｎｅｔ Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２０００—０７ ２４．ｉｎ ｒｅｖｉｓｅｄ ｆｏｒｍ ２００１ ０２ ２６
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｏｉｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｉｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｔｒｅａｔｅｄ蚵ｕｓｉｎｇ ａ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｄａｔａ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔ，ｗａｒｅ ｏｆ ｌＲｓｅｒ
Ｔｈｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ＤＬ３１ ａｌｌｏｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ １ｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｉｎ ａ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ．
Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｖｉ¨ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｉｍｅ ｃｕｒｖｅｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｔ ａ ｃｅｒｔａｈｉ ｐｏｉｎｔ
７期
邹德宁等：用数值计钟技术和试错法确定金属材料表面对激光的吸收率
７３９
Ｂ
Ｆｉｇ．２
田２进行嘴收率测定实验的试样尺寸 Ｓｉｚｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｌｎｍｎｆ
源照射点及测温点对应的副分网格分别为（２９，２，２１和 （３０，２，８）：９２的光源照射点及柳温点对应的剐分网格分 别为（３０，２，２）和（３１，３．７）
再在距粗化表面２㈣的一侧中央钻’个２．４ ＩＩｌＩｌｌ×１４
ｉｎｎｌ的孔．测温热电偶采用套装陶瓷绝缘管，直径为２．２ ｎ２ｍ，陶瓷管上的双孔可分别穿过直径为０ ２ ｆｉｌｍ的Ｎｉ— Ｃｒ和Ｎｉ—Ｓｉ丝，通过储能焊将热电偶丝焊接在一起再 将校验过的热电偶插入钻孔中，通过储能焊机将热电偶与 Ａｌ合金试样焊合到一起．必备测定激光加热时试样在焊 点处的温度变化 １．２数据采集系统
对试样ｄｌ及９２分别渊整吸收率后计算出温度场， 相应监测点的计算温度变化曲线与实测平滑处理过的温 度曲线如图３昕示
激光加热功率为２５００ Ｗ时，能量密度较高．试样 表面相变过程在瞬间完成，激光照射拒液态表面上依此 实测温度曲线为准．调整吸收率值，用数值模拟程序计算 温度场．计算温度曲线与测定温度曲线橱重合时所用到的 吸收率可作为ＤＬ３１合金材料表面为液鉴时的吸收率， 对９１一９３三试样分别计算后，确定液态吸收率的平均值 约为０１５１－０ ０１：激光功率为５００ Ｗ时试样表面没有 熔化，计算温度曲线与实测温度曲线相近时所确定的吸收 率可作为ＤＬ３１合金材料固态表面经过处理的激光吸收 嚣对ｄｌ—ｄ３三试样分别计算后确定的吸收率值近似为 ０ ３０士０．０１这里需要说明的是，此时测定的固态吸收率为 试样表面经粗化及黑化处理后未熔的固态表面吸收率，而 测定的液态吸收率为ＤＬ３１台金熔化后表面对激光的吸 收率所以，尽管得到的固苍吸收率值要比液苍吸收率值
了解和掌握激光加工过程中材料的温度场及其随时 间的变化规律，对于研究，开发和应用激光表面加工技术 具有重要的意义．材料表面对激光的吸收率＋直接影响到 被加工件的温度分布吸收率与激光波长、温度、表面粗 糙程度，表面涂层等诸多围素有关ｔ“．近年来，测定金属 材料固态表面激光吸收率的方法已有报道／２，ａｌ，主要采用
第３７卷第７期 ＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
ｌ白１ ３７ ＮＯ ７ Ｊｕｌｙ ２ ０ ０Ｉ
用数值计算技术和试错法确定金属材料 表面对激光的吸收率
邹德宁 雷永平 梁工英 苏俊义
（西安交通大学机械工程学院．两安７１００４９）
摘要 提出了一种散光重熔条件Ｆ确定金属材料激、尤嗄收率的方法通过改变输出功率控制试样表面状态．州用计算机敬据 采集系统对激光表面重熔的试样进行定电温度采集．按不同表面帆志假定材料对激光的吸收率．采用经Ｊｉ验证的激光表面重熔数值
用数控线切割机臼Ｊ割和砂纸打磨试样．以找出试样上 热电偶测温点及光源照射点的准确ｆ｛）＝咒
汁钾：所坩试佯的几何尺·ｒ如图２所示（以低功率组 ｄｌ及高Ｊ－ＪＪ率组９２酞样为例．萁它试样与之相似）图２ 以激光照射点０为坐标原点建立三维坐标系．Ｙ方向长 度以０点为对称点取试样实际尺寸的‘半，计苒区域尺 寸为３１ ｍｉｌｌｘｌ４．５ ｍｍＸｌ ２ ＩＴｉＩｎ，在ｚ，Ｙ，ｚ方向上均匀 剖分『刈格数为６２ｘ３２×３０，恨据试样实测位旨．ｄｌ的光
万方数据
激光功率条件１ｉ ＤＬ３ｌ合金试样在激光定点照射过程中 温度随时间的变化曲线（图１），反映出在同一激光功率条 件下，所ｉ哪试样温度曲线良好的再现性
Ｍｅａｓｕｒｅｄ㈣ｓ 圈１ ｆ同激光功率时删佴ｌＷ组试样的定点温度曲线
Ｆｉｇ．１
ｏｆ ｔｃｍｐｅｒａｔｕｒｅ＂ｓ ｔｉｍｅ ｉｎ ｔｗｏ
ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ ｄ１，ｄ２，ｄ３（５００ Ｗ】ａｎｄ ｇｌ，９２，
ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｉｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｏｎｅｓ．
ＷｏＲＤＳ ＫＥＹ
ｌａｓｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ａｂｓｏｒｐｔｉｖｉｔＧ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．ｔｒｉａｌ ａｎｄ ｅｒｒｏｒ
ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ａｎ ａｓｓｕｎｌｅｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｖｉｔｙ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ａｓｓｕｍｅｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｖｉｔＶ ｗａｓ ａｄｊｕｓｔｃｄ ａｎｄ ｔｈｅ
ｎｎｎ］ｅｔｉｃ札ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉＳ ｒｅｐｅａｔｅｄ ａｇａｉｎ ｕｎｔｉｌ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｏｎｅ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｕｇ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｍｅｔａＵｉｃ ｓｕｒｆａｅｅ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．
Ｕｎｄｅｒ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｔｏ ｃｅｎｔｒｅｌ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｏｒ Ｉｉｑｕｉｄ ｓｔａｔｅ），ｔｈｅ
数据采集系统是对输入的连续模拟量信号每隔一定 时问进行一次采样，然后进行量化和编码，将连续的模拟 量信号转化为连续的数值量信号，输入微机进行处理．实 验中为使来自热电偶Ｊ二作端的热电势信号放大，与Ａ／Ｄ 接口卡范围相适应，选用了放大１５０倍的１６通道信号放 大端子板，模数转换器采用ＰＳ ２１１６１６路Ａ／Ｄ号，配 接ＩＢＭ ＰＣ４８６微机 Ａ／Ｄ转换时间约为２５ ｐｓ，数据 采集通道数、通遭号及数据采集时间间隔均可任选 １．３激光表面处理
模拟程序计算温度场井与实测结果对比，眦试错法修正所假定的吸收率确定了ＤＬ３１台金表面对激光的吸收率与文献巾实啦 得到的吸收嘈泛值较为接近用所测吸收率值汁掉不同功率景件下试样定苣温度的变化，与盛删温度变化规律基本吻合
关键词激光表而加工．哦收率数值计算．ｉ式错法
中圈法分类号ＴＧ２２１
文献标识码Ａ
文章编号０４１２—１９６１（２００１）０７一Ｑ７３７一０４
本文以ＤＬ３１台金为实验材料，采用波长为１０．６“ｍ
万方数据
７３８
金属学报
３７卷
的Ｃ０２激光器，对相同表面处理状态的试惮通过选取不
同的激光功率，控制试样表面的熔化状态，利用计钾机数
据采集系统对试样进行定点温度采集，得到激光表面重熔 试样中定点温度随时阿的变化曲线先假定～个吸收率， 用经过验证的激光表面重熔过程数值模拟程序进行计四 得到计算区域的温度场．将测温点的实测温度与计３善温度 进行比较．采用试错法不断调整吸收率．经过多次计算， 使计算结果与实测结果相接近．从而分别确定崮态及液态 表面对激光的吸收率本研究可为确定小同激光表面加工 条件下（如激光熔覆、激光熔凝、激光合金化）材料对激 光的吸收率提供一种实验与计算相结合的方法．
金属材料的激光吸收率研究
?5 : G@H4 B7 C"
* 8 9 D
5 * :
式中 O为材料的电阻率 ! 因此 # 照射到金属表面自 由电子部分的激光除被反射部分外 # 其他都被金属 所吸收 # 吸收率为 H! " ) " ) * 其他振子的吸收 照射到金属表面的激光除被表面自由电子吸 收 部分 外 # 还有 一 部 分 被 金 属 中 的 其 他 振 子 5 束缚 电子 激子等 : 所吸收 ! 束缚电子具有一定的固有频率 # 其值由电子跃 迁 的 能 量 变 化 决 定# 一般处在可见光区和紫外光 区# 束缚电 子 的 作 用 将 使 金 属 的 反 射 能 力 降 低 # 透 射能 力增 大 # 增 强 金 属 对 激 光 的 吸 收# 呈现出非金 属的光学性质 ! 当束缚电子吸收光子跃迁时 # 由于 原子的平衡位置与电子所处的状态有关 # 电子状态 原子 平 衡 位 置 也 不 同 # 当电子由一个状态跃 不同 # 迁到另一个状态时 # 原子的平衡位置并不能马上得 到 调整 ! 例如 电子在 状态 " 原子 静止在 平衡 位 置 # 由于吸收光子 # 电子跃迁到另一状态 * 跃迁 过 上# # 程中 原子 仍 停 留 在 原 来 位 置 # 电 子 是 垂 直 跃 迁# 这 个位置相对状态 *就不是势能最低的平衡位置 # 在 恢复到状态 *的平衡位置过程中 # 多余势能转变为 原子的振动能 # 最终变成晶格能 ! 所以在光吸收过 程中 # 光子 一 部 分 能 量 实 际 上 转 变 为 晶 格 的 热 能 ! 这 部分 光子的吸 收 率 很 显 然 和 束 缚 电 子 的 能 级 状 态有 关 # 各 种 金 属 的 能 级 分 布 情 况 各 不 相 同# 比较 复杂 ! 各金属能级不同的主要原因在于金属原子的 核外电子数和原子序数的不同 # 而核外电子的分布 具有一定的规律 # 可以大致通过核外电子分布的层 而 数 R 来 反 映 各 种 金 属 的 电 子 能 级 状 态 的 不 同#
2.1材料对激光的吸收与反射(精)
4. 作业思考题
（1）利用激光技术加工材料，从本质上讲激光与材料的相 互作用是什么过程？
（2）简述影响材料对激光吸收的因素和影响规律是什么？
材料对激光的吸收与反射
课程名称：激光加工技术 主讲人：王文权 单位：浙江工贸职业技术学院
材料对激光的吸收与反射
1.教学目标
理解在激光加工过程中激光与材料相互作用的机制,掌 握材料对激光光波吸收的影响因素和规律。
2. 材料对激光的作用
2.1 材料对激光的吸收
激光与材料的相互作用是激光加工的物理基础，本质是光 波电磁场与物质内带电粒子的作用，即能量转换过程。
对于金属材料加工，主要考察吸收和反射（透射为零）。 吸收率a=P吸/P总；反射率R=P反/P总，则有a+R=1
2.2 影响材料吸收光波的因素
2.2.1 激光波长
室温下激光波长增 加，吸收率减小
图1 室温下常用金属的反射率与波长的关系
2.2.2 加热温度
吸收率
材料温度升高， 吸收率增大
温度
图2 材料吸收率与温度的关系
2.2.3Байду номын сангаас材料表面状态
表1 不同涂层材料的吸收率
表面粗糙、氧化膜或 涂层可增大吸收率
注：材料：40钢；激光功率：150W； 扫描速度：10mm/s
2.2.4 材料性质
波长在红外线范围内，电 阻越小，吸收率越低
图3 不同材料对不同波长激光的吸收率
约390nm-780nm
3. 小结
室温下激光波长增加，材料的吸收率减小；材料温度升 高，吸收率增大；表面粗糙、氧化膜等增大吸收率；波长 在红外区内，电阻越小，吸收率越低。
紫铜对激光的吸收率
紫铜对激光的吸收率引言激光技术在现代科学和工程中发挥着重要作用，而了解材料对激光的吸收率是研究激光与物质相互作用的基础。
本文将重点探讨紫铜对激光的吸收率，包括紫铜的物理特性、激光与物质相互作用的基本原理、紫铜的吸收率测量方法以及吸收率对激光加工的影响等方面。
紫铜的物理特性紫铜是一种常见的金属材料，具有良好的导电性和导热性。
其化学成分主要是铜（Cu）和少量的杂质元素。
紫铜的晶体结构为面心立方结构，在室温下属于固体状态。
紫铜的物理特性对其对激光的吸收率有着重要影响。
首先，紫铜的导电性使其在激光作用下容易产生电子的激发和跃迁，从而影响了能量的吸收和传递。
其次，紫铜的热导率较高，导致激光作用后的能量快速传递到周围环境，影响了材料的温度变化和热效应。
这些特性将在后续的内容中进一步讨论。
激光与物质相互作用的基本原理激光与物质相互作用的基本原理是激光能量的吸收和转换。
当激光束照射到物质表面时，其能量将被吸收，并在物质内部产生一系列的能量转移和转换过程。
这些过程包括光子与物质相互作用、电子的激发和跃迁、能量的传递和转换等。
对于紫铜来说，激光能量的吸收主要是通过光子与材料表面的电子相互作用实现的。
激光光子的能量被吸收后，将导致材料表面电子的激发和跃迁。
这些激发和跃迁过程将影响材料的能带结构和电子态密度，进而影响材料的光学和电学性质。
此外，激光能量的吸收还会导致材料的温度升高，从而引起热效应和热应力。
紫铜的吸收率测量方法为了准确测量紫铜对激光的吸收率，科学家们发展了多种测量方法。
以下是其中几种常用的方法：1.反射法：利用激光束在材料表面的反射特性来测量吸收率。
通过测量入射光和反射光的强度，可以计算出吸收率。
2.热传导法：利用激光束在材料内部产生的热效应来测量吸收率。
通过测量激光作用区域的温度变化，可以计算出吸收率。
3.光谱法：利用不同波长的激光束照射材料，并测量透射光谱和吸收光谱。
通过分析光谱数据，可以得到材料的吸收率。
材料对激光的吸收率及影响因素
材料对激光的吸收率及影响因素激光加工原理激光之所以能作为加工手段之一是因为其光作用。
激光的该种光作用主要有光化学反应和光热效应两类。
其中，激光去除加工（如切割、打孔）和激光焊接就是利用了激光的光热效应。
因此，为了获得较为理想的激光切割质量，首先须认识和理解激光与物质的相互作用机理。
激光加工材料的过程可分为如下几个：材料热吸收过程激光辐射到被加工材料表面时,该过程会发生反射、吸收、透射及散射等光学现象。
其中，散射或反射、透射会损失部分能量，而被吸收的大量光子通过与金属晶格的相互作用而转换成材料的热能，从而致使被加工材料表面发生温升。
在转换过程中，材料对激光的吸收率与材料的类型和结构、激光波长及是否偏振等参数有关。
由于吸收热较低，该阶段不能用于一般的热加工。
材料被加热过程当激光辐射到被加工材料时,其中，被吸收的那部分能量使内部晶格的热振动转换为热能。
转化后的热能以热传导的方式由外向里在被加工材料内部及四周扩散,从而形成温度场,从而达到加热的目的，该温度场致使其变性。
该过程为材料表面熔化和汽化做准备。
材料表面熔化和汽化过程当材料表面温度超过其熔点时，材料表面开始熔化，形成熔池，熔池外主要是传热，并随着热影响区不断向内部扩散，熔化也开始向内部发展。
当材料表面温度达到其气化点后，激光束可使材料表面产生气化和等离子体辐射。
随着照射时间的持续，熔池的表面将产生气化，并开始生成等离子体，进而形成表面烧蚀，从而达到去除材料的目的。
冷却、凝固过程当激光作用结束后,被加工区的材料开始冷却降温,熔化的材料重新凝固,形成新的表层。
该表层的形成会影响激光加工的质量，应尽量避免其形成或减小其形成面积。
激光加工实质上就是激光与物质之间的相互作用。
激光与物质的相互作用是指激光束投射到物质表面（或内部）时，部分能量被反射，部分被吸收，部分被传递出去，光能以电子和原子的振动激发形式被吸收，从而发生能量的转移与传递，能量转移与传递引起各种物理、化学和生物等效应与过程。
激光加工技术题目及答案
1、从激光束的特性分析，为什么激光束可以用来进行激光与物质的相互作用？答：（1）方向性好：发散角小、聚焦光斑小，聚焦能量密度高。
（2）单色性好: 为精密度仪器测量和激励某些化学反应等科学实验提供了极为有利的手段。
（3）亮度极高：能量密度高。
（4）相关性好：获得高的相关光强，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。
总之，激光能量不仅在空间上高度集中，同时在时间上也可高度集中，因而可以在一瞬间产生出巨大的光热，可广泛应用于材料加工、医疗、激光武器等领域。
2、什么是焦深，焦深的计算及影响因素？答：光轴上其点的光强降低至激光焦点处的光强一半时，该点至焦点的距离称为光束的聚焦深度。
光束的聚焦深度与入射激光波长和透镜焦距的平方成正比，与w12成反比，因此要获得较大的聚焦深度，就要选长聚焦透镜，例如在深孔激光加工以及厚板的激光切割和焊接中，要减少锥度，均需要较大的聚焦深度。
3、对于金属材料影响材料吸收率的因素有哪些？在目前激光表面淬火中常对工件进行黑化处理，为什么？答：波长、温度、材料表面状态波长越短，金属对激光的吸收率就越高温度越高，金属对激光的吸收率就越高材料表面越粗糙，反射率越低，吸收率越大。
提高材料对激光的吸收率4、简述激光模式对激光加工的影响，并举出2个它们的应用领域？答：基模光束的优点是发散角小，能量集中，缺点是功率不大，且能量分布不均。
应用：激光切割、打孔、焊接等。
高阶模的优点是输出功率大，能量分布较为均匀，缺点是发散厉害。
应用：激光淬火（相变硬化）、金属表面处理等。
5、试叙述激光相变硬化的主要机制。
答：当采用激光扫描零件表面，其激光能量被零件表面吸收后迅速达到极高的温度，此时工件内部仍处于冷态，随着激光束离开零件表面，由于热传导作用，表面能量迅速向内部传递，使表层以极高的冷却速度冷却，故可进行自身淬火，实现工件表面相变硬化。
6、激光淬火区横截面为什么是月牙形？在此月牙形区相变硬化有什么特点？特点：A,B部位硬化，C部位硬化不够原因：A,B部位接近材料内部，热传导速率大，可以高于临界冷却速度的速度冷却，因此可充分硬化，而C部位热传导速率小，不能以高于临界冷却速度的速度冷却，因此硬化不够。
材料对激光的吸收率及影响因素
材料对激光的吸收率及影响因素激光加工原理激光之所以能作为加工手段之一是因为其光作用。
激光的该种光作用主要有光化学反应和光热效应两类。
其中，激光去除加工（如切割、打孔）和激光焊接就是利用了激光的光热效应。
因此，为了获得较为理想的激光切割质量，首先须认识和理解激光与物质的相互作用机理。
激光加工材料的过程可分为如下几个：材料热吸收过程激光辐射到被加工材料表面时,该过程会发生反射、吸收、透射及散射等光学现象。
其中，散射或反射、透射会损失部分能量，而被吸收的大量光子通过与金属晶格的相互作用而转换成材料的热能，从而致使被加工材料表面发生温升。
在转换过程中，材料对激光的吸收率与材料的类型和结构、激光波长及是否偏振等参数有关。
由于吸收热较低，该阶段不能用于一般的热加工。
材料被加热过程当激光辐射到被加工材料时,其中，被吸收的那部分能量使内部晶格的热振动转换为热能。
转化后的热能以热传导的方式由外向里在被加工材料内部及四周扩散,从而形成温度场,从而达到加热的目的，该温度场致使其变性。
该过程为材料表面熔化和汽化做准备。
材料表面熔化和汽化过程当材料表面温度超过其熔点时，材料表面开始熔化，形成熔池，熔池外主要是传热，并随着热影响区不断向内部扩散，熔化也开始向内部发展。
当材料表面温度达到其气化点后，激光束可使材料表面产生气化和等离子体辐射。
随着照射时间的持续，熔池的表面将产生气化，并开始生成等离子体，进而形成表面烧蚀，从而达到去除材料的目的。
冷却、凝固过程当激光作用结束后,被加工区的材料开始冷却降温,熔化的材料重新凝固,形成新的表层。
该表层的形成会影响激光加工的质量，应尽量避免其形成或减小其形成面积。
激光加工实质上就是激光与物质之间的相互作用。
激光与物质的相互作用是指激光束投射到物质表面（或内部）时，部分能量被反射，部分被吸收，部分被传递出去，光能以电子和原子的振动激发形式被吸收，从而发生能量的转移与传递，能量转移与传递引起各种物理、化学和生物等效应与过程。
3种吸收率模型的金属激光加热数值研究比较
3种吸收率模型的金属激光加热数值研究比较陈彦北;陆建;倪晓武;徐立君;张喜和【摘要】为了比较单一常数吸收率模型、固态和液态吸收率分别为常数的组合吸收率模型以及温度相关吸收率模型对于数值结果的影响,分别采用这3种吸收率模型建立了空间轴对称有限元计算模型,模拟了激光加热铝板的过程,对比了不同吸收率模型下的计算结果,讨论了这几种吸收率模型的优劣和适用范围.结果表明,对于固态和液态均明显存在的加热过程,固态和液态阶段分别为不同常数的组合吸收率模型能得到与使用吸收率温度相关模型很相似的结果,而使用单一的常数吸收率模型与之相比则差别较大;对于加热区域为单一物态的加热过程,使用单一常数吸收率模型与使用吸收率温度相关模型的计算结果有一定的差别,但差别不大.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)006【总页数】4页(P622-625)【关键词】激光技术;激光加热;吸收率;有限元;金属【作者】陈彦北;陆建;倪晓武;徐立君;张喜和【作者单位】南京理工大学,理学院,南京,210094;南京理工大学,理学院,南京,210094;南京理工大学,理学院,南京,210094;长春理工大学,理学院,长春,130022;长春理工大学,理学院,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】O532+.25引言在金属材料激光加热的研究中，数值计算是一种重要的理论分析手段[1-2] 。
而在进行数值分析时，金属对激光的吸收率大小将决定激光能量的沉积速率，会对计算结果有较大的影响，因此是一个非常重要的计算参量。
影响吸收率的因素非常多，除了激光波长具有显著的影响外，与被作用金属材料的温度、入射角度、表面情况(粗糙度、氧化情况和有无涂层等)、表面物态(熔化和汽化)及金属成分等因素均有着密切的关系[3]，甚至对于同一试样进行重复加热时各次的吸收率也有较大差别[4]，因而，不同文献中给出的试验结果也往往有比较大的差别。
目前确定材料吸收率主要有3类方法：第1类是测量反射率，一般装置复杂精密且有局限性；第2类是通过测量热作用区域的几何尺寸进行间接评定，仅适合于定性评价；第3类是从量热角度，通过测量材料的温度变化并进行相应的传热学计算而得到吸收率。
用原位法测定铝合金对激光的吸收率
第30卷 第5期2003年5月中 国 激 光CHINESE JOURNAL OF LASERSVol.30,No.5May,2003文章编号:0258-7025(2003)05-0449-05用原位法测定铝合金对激光的吸收率黄延禄,杨福华,梁工英,苏俊义(西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049)摘要 利用文献所介绍的原位法并加以改进,测定了铝合金表面呈固态和液态时对激光的吸收率。
实验结果表明,试样的表面状况对激光吸收率有重要影响,激光功率对吸收率的影响甚小,但对表面涂黑的试样,激光功率过高会使涂层烧损而降低吸收率。
当试样表面出现熔池时,所测得的吸收率是激光斑点中液态表面和固态表面的综合平均值,真实的液态吸收率需用实测与数值模拟相结合的方法求取。
当激光入射角在0b ~45b 范围时,无论是固态试样还是出现熔池,其吸收率均随入射角的增大而线性增加。
文中对实测数据的回归处理方法亦做了改进,先将较复杂的曲线方程转换成直线方程,然后进行线性回归处理。
关键词 激光技术;吸收率;原位法;入射角;铝合金中图分类号 TG 665 文献标识码 AUsing In -situ Technique to Determine Laser Absorptivity of A-l alloysHUANG Yan -lu,YANG Fu -hua,LIANG Gong -ying,SU Jun -yi(School of Mechanical Engineering,Xi .an Jiaoton g Un iversit y ,Xi .an,Shaanxi 710049,China)Abstract In this paper,an in -si tu technique was used to determine the laser absorptivi ty of solid and liquid surfaces of A-l alloys.The experimental results show that the surface condition of the sample is the most important factor affecting the laser ually,the absorptivi ty increases a little with the increase in laser power.But if the laser power is too high,the absorpti vity of blacked samples will be decreased because of burnout of blacking layer.When melting pool emerges on the surface of sample,the measured laser absorptivity i s an ensemble average value for liquid and solid zones within the area of laser spot,and the real absorptivity of liquid surface will be determined by using a method combining experiment measurement and numerical simulation.It is also shown by the results that if the incident angle of laser beam is in a range from 0b to 45b ,the absorptivity increases linearly with increasing the angle,whatever the surface of specimen is in a state of solid or liq uid.The data processing procedure was also improved in this paper.The complex curvili near equation was replaced by a linear equation and the experimental data were dealt with using linear regression method.Key words laser technique;absorptivity ;in -situ technique;incident angle;aluminiu m alloy收稿日期:2002-11-18;收到修改稿日期:2003-01-27基金项目:国家自然科学基金(编号:59871038)、西安交通大学科研基金及华中科技大学激光技术国家重点实验室资助项目。
不同材料对不同激光波长的吸收率
不同材料对不同激光波长的吸收率文章标题：探讨不同材料对不同激光波长的吸收率在现代科技发展的今天，激光技术已经渗透到我们生活的方方面面，而不同材料对不同激光波长的吸收率，也成为了当前研究的热点之一。
本文将从深度和广度两个方面，对这一主题展开全面评估，并探讨不同材料在吸收不同激光波长时的特性和应用。
一、不同材料的吸收率表现1. 金属材料金属材料通常具有较高的反射率，对于大部分激光波长表现出很强的反射性。
然而，在某些特定的波长下，金属也会出现吸收的现象，这一现象在激光切割和激光打印等领域有着重要的应用价值。
2. 半导体材料半导体材料对于不同激光波长的吸收率表现出较大的差异，这一特性使得半导体材料在激光器件和光电器件的制造中具有极其重要的地位。
3. 有机材料有机材料在激光波长的吸收率方面通常表现出比较复杂的特性，受到分子结构的影响较大。
然而，正是因为这一复杂性，有机材料在激光医疗和生物科学研究中具有独特的应用优势。
二、不同激光波长在材料加工中的应用1. 激光切割在激光切割领域，不同材料对不同激光波长的吸收率直接影响着切割质量和效率。
红外激光对金属的吸收率较高，因此在金属切割中具有重要应用。
2. 激光打印激光打印涉及到对不同材料的精准加工，因此对于不同激光波长的吸收率也有着严格的要求。
利用材料对特定波长的吸收特性，可以实现高分辨率的打印效果。
三、个人观点和总结从以上对不同材料对不同激光波长的吸收率的探讨中，我们可以看到这一主题的复杂性与重要性。
不同材料对激光的吸收特性是激光技术得以广泛应用的基础之一，也是激光加工和激光应用的关键因素之一。
我认为对不同材料在不同激光波长下的吸收率进行深入研究，将有助于推动激光技术的进一步发展，拓展其应用领域。
总结起来，不同材料对不同激光波长的吸收率是一个复杂而又具有广泛应用价值的研究领域。
通过深入探讨和研究，我们可以更好地理解材料的光学特性，推动激光技术的发展，并拓展激光在材料加工、医疗、通信等领域的应用。
不同金属材料对不同波长激光的吸收
不同金属材料对不同波长激光的吸收随着激光技术在工业、医疗、通讯等领域的广泛应用，对不同金属材料对不同波长激光的吸收特性的研究日益受到重视。
金属材料作为激光加工的重要对象，其对激光能量的吸收特性直接影响到加工效果和质量。
本文将从吸收原理、影响因素、实验方法和应用前景等方面对不同金属材料对不同波长激光的吸收进行探讨，旨在为相关研究和应用提供参考。
一、吸收原理1.1 基本概念激光与金属材料相互作用时，激光能量会被材料吸收，转化为热能或电能。
金属材料对激光的吸收与其电子结构和能带结构有关，不同金属具有不同的吸收特性。
1.2 表面吸收和体吸收金属材料对激光的吸收包括表面吸收和体吸收两种类型。
表面吸收是指激光能量主要被材料表面吸收和转化为热能；体吸收是指激光能量穿透材料表面进入内部后被吸收和转化为热能。
二、影响因素2.1 材料性质金属材料的导热性、电导率、光学性质等对其吸收激光的特性有重要影响。
导热性能好的金属材料更容易进行表面吸收，而导热性能差的金属则更容易进行体吸收。
2.2 激光参数激光的波长、功率密度、脉冲宽度等参数也对金属材料的吸收特性产生影响。
一般来说，波长越短的激光对金属材料的吸收越强，而功率密度和脉冲宽度影响吸收深度和热影响区的大小。
三、实验方法3.1 光学测量利用光学仪器对金属材料在不同波长激光下的反射、透射、吸收等光学性质进行测试和分析。
常用的光学测量方法包括反射光谱仪、透射光谱仪、吸收光谱仪等。
3.2 热学测量通过热像仪、热敏电阻、红外线热像仪等热学仪器对金属材料在激光作用下的温度场分布进行测量，分析吸收特性和热传导性能。
四、应用前景不同金属材料对不同波长激光的吸收特性研究，对激光加工、激光成型、激光焊接、激光切割等领域具有重要意义。
通过深入研究金属材料的吸收特性，可以优化激光加工工艺参数，提高加工质量和效率，拓展激光加工的应用范围。
不同金属材料对不同波长激光的吸收是一个复杂的物理过程，受多种因素的影响。