激光与材料作用引起的物态变化：

     金属材料的激光加工主要是基于光热效应的热加工，激光辐照材料表面时，

在不同的功率密度下，材料表面区域将发生各种不同的变化。这些变化包括表面

温度升高、熔化、汽化、形成匙孔以及产生光致等离子体等。而且，材料表面区

域物理状态的变化***的影响材料对激光的吸收。

     激光功率密度较低、辐照时间较短时，金属吸收的激光能量只能引起材料由

表及里温度升高，但维持固相不变。只要用于零件退火和相变硬化处理。

     随着激光功率的提高和辐照时间的加长，材料表层逐渐熔化，随输入能量增

加，液-固相分界逐渐向材料深部移动。这种物理过程主要用于金属的表面重熔、

合金化、熔覆和热导型焊接。

     进一步提高功率密度和加长作用时间，材料表面不仅熔化，而且汽化，汽化

吴聚集在材料表面附件并微弱的电离形成等离子体，这种稀薄等离子体有助于材

料对激光的吸收。在汽化膨胀压力下，液态表面变形，形成凹坑。这一阶段可以

用于激光焊接。

     再进一步提高功率密度和加长辐照时间，材料表面强烈汽化，形成较高电离

度的等离子体，这种致密的等离子体可逆着光束入射方向传输，对激光有屏蔽作

用，大大降低激光入射到材料内部的能量密度。在较大的蒸气反作用力下，熔化

的金属内部形成小孔，通常称之为匙孔，匙孔的存在有利于材料对激光吸收。这

一阶段可用于激光深熔焊接、切割和打孔、冲击硬化等。

   不同条件下，不同波长激光照射不同金属材料，每一阶段的功率密度的具体数

值会存在一定的差异。

     就材料对激光的吸收而言，材料的汽化是一个分界线。当材料没有发生汽化

时，不论处于固相还是液相，其对激光的吸收仅随表面温度的升高而有较慢的变

化；而一旦材料出现汽化并形成等离子体和匙孔，材料对激光的吸收则会突然发

生变化。

   激光加工的物理基础是激光与物质的相互作用，这是一个极为广泛的概念，既

包括复杂的围观量子过程，也包括激光作用与各种介质材料所发生的宏观现象，

如激光的反射、吸收、折射、偏振、光电效应、气体击穿等。

金属材料对激光的吸收：

   金属中存在密度很大的自由电子，自由电子受到光波电磁场的强迫振动而产生

次波，这些次波造成了强烈的反射和比较弱的透射波。由于自由电子密度大，透

射波仅能在很薄的金属表层被吸收，因而金属表面对激光常有较高的反射率。特

别是频率较低的红外线，其光子能量较低，主要对金属中的自由电子起作用，形

成强烈的反射。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，呈现出某种非金属的光学性质。