部或紧贴在熔池表面。这种稳定的稀薄等离子层的存在有助于激光与金属材料的能量耦合。
对于

CO2 激光与钢的相互作用而言，稀薄的等离子体可以使工件对激光的吸收率由 10%达

到

30%~50%。在高功率密度激光深熔焊接条件下，产生的等离子体的电子密度很高，形态

为高亮的羽团状，它的存在和变化行为对于激光深熔焊接过程有着非常重要的影响。光致等
离子体位于熔池和小孔的上方的光路上，其本身的物理特性使其对激光束有折射、散射和吸
收作用。

 

　　

1.3.1 光致等离子对激光束的吸收 

　　

 等离子体通过多种机制吸收在其中传播的激光束的能量，使其本身的温度升高、电离

度增大。吸收机制可分为正常吸收和反常吸收两大类。正常吸收即为逆韧致吸收，是由电
子

―离子碰撞引起的，处在激光电场中的电子被激励发生高频振荡，并且以一定的概率与

粒子碰撞，把能量交给较重的粒子（离子、原子），从而使等离子体升温的过程。反常吸收
是指通过多种非碰撞机制，使激光能量转化为等离子体波能量的过程。这些波能量通过各种
耗散机制转化为等离子体的内能，也会使等离子体升温。

 

　　

1.3.2 光致等离子体对激光束的折射 

　　

 由于电子密度的不均匀性，等离子体具有一异常折射率性质，使得入射激光束发散，

使得激光束的实际焦点位置下移。通过光谱分析和理论估算，在激光深熔焊中，等离子对激
光的折射作用大大降低了作用在工件表面的激光能量密度。有研究人员将等离子体描述为一
个负透镜，而等离子体对激光的折射作用则被称为负透镜效应。

 

　　

2.钢结构厚板焊接施工要点 

　　

2.1 高功率激光填丝焊原理及工艺点 

　　

 激光填丝焊是指在进行激光焊接的同时向焊缝填充焊丝。焊丝的加入可以降低激光焊

接对坡口加工精度和装配精度的要求，扩展了激光焊接在工业生产的应用领域。

 

　　

 激光焊接过程中由于焊丝的加入，焊丝熔化需要吸收一部分激光的能量，这样在同样

的能量热输入条件下，填丝焊与激光自熔焊接相比焊缝的熔深有一定的减小。但是尽管如此，
通过填丝的方法大大拓展了激光焊接的应用范围，其优势主要表现在：

 

　　

 （1）在一定程度上改善了激光自熔焊接对工件装夹、拼装要求严的问题。由于激光束

在焊接时聚焦仅零点几毫米的光斑，因此接头的装配、拼缝间隙要求较高。举例来说，船用
钢板激光焊接能够接受最大的焊件接头间隙是

0.1~0.2mm，虽然采用机械加工的方法可以

满足要求，但会大大增加成本，因此造船厂在实际生产中普遍采用填丝激光焊接，以使熔
接的搭桥能力增大至

0.4mm[38]。 

　　

 (2)可以通过调节焊丝成分控制焊缝区组织性能，对熔合区的裂纹等缺陷更容易控制和

规避，这尤其对于异种材料及脆性材料的激光焊接工艺十分有利。

 

　　

 在实际激光焊接生产中，大部分的激光填丝焊都是冷丝焊，这是区别于激光热丝焊而

言的。两者的区别就在于焊丝在焊前是否经过加热措施。焊丝在焊接过程中都需要激光的能
量来实现熔化。在某些情况下，如焊丝的填入量很大或者焊丝材料本身热阻较高不容易熔化
时就需要实现对焊丝进行加热。热丝的加入可以减少激光消耗在焊丝上的能量，有效的提高
焊接的速度。

 

　　

2.2 高功率激光复合焊原理及工艺要点 

　　

 激光深熔焊接有其独特的优点，但同样也有不能忽视的缺点。例如，激光焊桥接性较

差，因此对工件装配精度要求高；由于激光焊特别是在大功率激光焊接时，在快熔快凝条
件下，焊缝热影响区的组织硬度较高，容易产生冷裂纹等缺陷，此外大功率作用条件下形
成深宽更大的焊缝熔池，在高速条件下熔池中的气泡更来不及排出，这就有可能带来气孔
问题。

 

　　

 相对于激光焊接来说，电弧焊的优点在于：1）电弧焊接经济便宜，焊接能量利用率