金属材料吸收激光的影响分析

金属材料的激光加工主要是基于光热效应的热加工，其前提是激光为被加工材料所吸收并转化为热。表5.6-4及图5.6-7为室温下不同金属对不同波长激光的吸收率，多数金属对CO₂激光的吸收率不足10%，随着激光波长的减小，吸收率增加。

图5.6-7 室温下垂直入射时金属对不同波长激光的吸收率

实际金属试样的表面质量与理想表面质量不同，随着表面粗糙度的增加，金属表面的吸收率将快速增大。表5.6-5为室温下35NCD16钢（法国高强度合金结构钢，其成分与我国40CrNiMoA接近）不同表面状态时对不同波长激光的吸收率，对于经砂布打磨过的试件，虽然表面粗糙度较磨削时有所降低，但吸收率反而增大，这主要是残留在试样表面的砂粒对激光有较高的吸收率造成的。

表5.6-4 室温下各种金属对不同波长激光的吸收率

表5.6-5 室温下35NCD16钢不同表面状态时对不同波长激光的吸收率(www.xing528.com)

影响金属表面对入射激光吸收率的另一个重要影响因素是光束偏振状态和入射角。图5.6-8所示为光束偏振状态和入射角对入射激光吸收率影响的理论计算结果，图5.6-9所示为铝和不锈钢对平行偏振CO₂激光的吸收率随入射角变化的试验结果与理论结果的比较，其中，下标“p”表示电场E与入射面平行的分量；下标“v”表示电场E与入射面垂直的分量。可见，对于平行偏振光，吸收率与入射角的依赖关系表现为在某一特定入射角——布儒斯特角时吸收率具有最大值，而在0°和90°时有最小值。垂直偏振光则相反，随着入射角的增大，吸收率持续下降。

图5.6-8 吸收率与偏振状态和入射角的理论关系

图5.6-9 平行偏振光的吸收率随入射角变化的实验结果和理论结果比较