激光焊接安全及其特性介绍

激光是受激辐射放大的光，与传统的光源相比，它的四个显著特点是方向性好、亮度高、单色性强、相干性好。激光具有良好的时空特性，聚焦后功率密度可达l05W／cm2以上，对材料的作用既可以是连续式的，又可以是准连续的，还可以脉冲式的。脉冲宽度可以短至μs、ns、甚至更短：其作用在材料上的面积、形状、功率(或能量)均可以方便调节。波长为1.06μm的YAG激光还可用光纤传输，千瓦级的YAG激光光纤传输时的光纤直径仅几百μm，激光的这些特点使其在焊接及其相关领域诸如切割、打孔、打标、熔覆等领域得到了日益广泛的应用，并受到了越来越多的关注。 
另外，激光也像一般光一样有生物效应，这种生物效应一方面可给人类带来益处，诸如育种、医疗，另一方面，无防护的大功率激光辐射，也会造成 人体组织直接或间接的损害。因此，了解激光对生物体可能造成的损伤，对从事激光焊接的工作者是十分必要的。 
1 激光的生物效应 
激光对生物机体的效应主要有热效应、光效应、压力效应以及电磁场效应。 
1.1热效应 
热效应是指高功率密度的激光辐照生物体时所引起的生物体组织蛋白质的破坏、烧伤、炭化、气化、穿孔等。 
研究表明，用100焦耳的激光照射到0.1cm3的生物体上，在几μm的时间内可升温至200℃。然而，温度下降的速度却很慢，温度的急升和缓冷会引起基因的突变。通常情况下，基因约由1000个原子组成，原子受高热会改变其位置，变成异构分子。 
1.2光效应 
是指激光照射生物体所引起的刺激、抑制以及分解等作用，激光对人体的光效应与激光波长、照射时间、照射剂量等有关。 
1.2.l光敏作用 
是指激光对生物体的刺激或抑制作用。He-Ne激光的波长为0.6328μm，mw级的He一Ne激光照在人体上几乎没有温升的感觉，然而，却能刺激酶的活性，增强血液中的吞噬细胞、红血球和血色素的含量。 
l.2.2光致损伤 
高度单色性的激光会使分子里的化学键受激发而引起分子分解。例如核糖酸吸收0.25～0.26.μm的紫外光会引起细胞死亡。 
1.2.3压力效应 
光照射在物体上，把光的动量传递给物体即形成光压，光压与功率密度成正比。激光的压力来自两个方面，一是辐射压力，当功率密度为：108 W/cm 2时，辐射压力可达3400 Pa，二是功率密度超过人体损伤的阈值时，组织蒸发、气化产生的冲击压力。辐射压力和冲击压力构成了总压力。 
l.2.4电磁场效应 
正常机体细胞和组织有一定的游离电荷储备，存在一特殊的生物场。激光作为一种很强的电磁波，其照射人体组织时，其电磁场会对人体组织的生物场产生干扰，影响其生理状态。 
激光光波的电磁场主要影响机体的原子和分子状态，进而影响生物电位，生物电位对神经脉冲传递有重要作用，所以，激光辐照会引起神经脉冲传递受刺激、抑制或破坏。 
激光焊接的主要特性 
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。