激光焊接过程（图1）中激光与物质相互作用，涉及反射、吸收、加热、熔化、气化等现象。激光束照射在工件表面时，一般都存在强烈的反射。金属对激光的反射能力与它所包含的自由电子密度有关，自由电子密度越大（即电导率越大），反射越强。对同一种金属而言，反射率还与激光的波长有关。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，使反射率降低。因此，对同一金属，波长越短，反射率越低，吸收率越高。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。同时，金属内部的电子间也在不断地互相碰撞。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。激光焊接时，材料达到熔点所需的时间为微秒级；当功率密度为10⁹瓦/米²时，达到沸点的时间为几毫秒；当功率密度为10¹⁰瓦/米²时，被焊材料会产生急剧的蒸发。由于蒸发的存在，蒸汽压力和蒸汽反作用力等能克服熔化金属表面张力及液体金属静压力而形成小孔。小孔类似于黑体，有助于对光束能量的吸收。焊接过程中，工件与激光束做相对运动。小孔后方液体金属由于传热的作用，温度迅速降低，凝固形成焊缝。

图1　激光焊接示意图

根据激光对工件的作用方式，激光焊接可分为脉冲激光焊和连续激光焊。脉冲激光焊时，输入到工件上的能量是断续的、脉冲的。脉冲激光可通过脉冲激光器获得，也可通过连续激光器实现。

根据实际作用在工件上的功率密度，激光焊接可分为热传导焊（功率密度小于10⁹瓦/米²）和深熔焊（功率密度大于10⁹瓦/米²）。热传导焊时，工件表面温度不超过材料的沸点。工件吸收的光能转变为热能后，通过热传导将工件熔化，无小孔效应发生。焊接过程与非熔化极电弧焊相似，熔池形状近似为半球形。深熔焊时，金属表面在光束作用下，温度迅速上升到沸点，金属迅速蒸发形成的蒸气压力、反冲力等能克服熔化金属的表面张力及液体金属的静压力而形成小孔。由此激光束可直接深入材料内部，从而形成深宽比大的焊缝（图2）。

图2　激光深熔焊示意图

影响激光焊接质量的焊接因素有激光功率、光斑直径、焊接速度、离焦量、保护气体的种类及流速、材料的焊接性等。①激光功率主要影响熔深。当光斑直径保持不变时，熔深随激光功率的增加而变大。光束从激光器到工件的传输过程中存在能量损失，作用在工件上的功率总是小于激光器的输出功率。激光功率一定的条件下，光斑直径决定了功率密度的大小。②光斑直径与聚焦前的光斑直径、激光波长、聚焦镜焦距等因素有关。采用短焦距的聚焦镜可使光斑直径变小。③焊接速度会影响焊缝熔深和熔宽。深熔焊时，熔深与焊接速度基本上成反比。焊接速度过高，会导致焊不透；速度过低，又会使材料过量熔化，焊缝宽度急剧增加，甚至导致烧损和焊穿。④离焦量会改变工件表面光斑直径的大小，也会改变光束的入射方向，因而对焊缝形状、熔深和横截面大小有较大影响。⑤保护气体的作用有两个：一是保护工件被焊部位不被氧化，二是在深熔焊时抑制小孔上方等离子体或羽焰对激光的衰减作用。激光焊接中保护气体常用氩气、氦气和氮气。在一定流量范围内，熔深随保护气体流量的增加而增加，超过一定值后，熔深则基本维持不变。⑥影响材料激光焊焊接性的因素除了材料本身的冶金特性以外，还包括材料的光学性能，即材料对激光的吸收能力。吸收能力强的材料易于焊接，吸收能力差（反射率大）的材料，如铝、铜等，焊接较困难。

激光焊接设备主要由激光器、光学准直和聚焦系统、工作台和控制系统组成。用于焊接的激光器主要分为固体激光器和气体激光器两类。固体激光器有红宝石激光器、光纤激光器、钕玻璃激光器和YAG激光器（钇铝石榴石激光器）。气体激光器主要是二氧化碳气体激光器（图3）。

图3 二氧化碳气体激光器

①激光束能聚焦成极小的光点（可达微米量级），功率密度高（可达10¹¹～10¹⁶瓦/米²），加热集中，热输入小，热影响区窄，焊接变形小，适于精密焊接和微连接。②焊缝深宽比大，焊接厚度大的工件可以不开坡口一次成形。③适用于难熔金属、热敏感性强的金属及热物理性能相差悬殊、尺寸和体积差别大的工件的焊接。④可通过光学透明介质对密闭容器内的工件进行焊接，可在空气、惰性气体和真空中进行焊接。⑤可通过光路设计或光纤传输使激光束达到一般焊接方法无法施焊的部位，可达性好。⑥激光束不受电磁干扰，无磁偏吹现象，适用于磁性材料焊接。⑦不需要真空室，不产生X射线，观察及对中方便。⑧加工速度快，生产效率高。

①设备的一次投资大。②对高反射率的金属直接进行焊接比较困难。③在激光焊接过程中，过量的激光辐射会对人体眼睛、皮肤等造成伤害，必须采取措施，做好对激光危害的工程控制。