第一章、緒論
1-1 前言
隨著科技的進展，吾人對於產品品質與特性之要求更高，其中精 密 加 工 產 業 發 展 尤 甚 。 雷 射 （ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation，LASER）早在1917年被著名的物理學家愛因 斯坦（Albert Einstein）所發現，直至1958年雷射才被首次成功應 用於製造。其原理係光受到激發射之輻射後，而產生之光放大的結
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1-2 雷射原理與特性
在 1900 年物理學家普朗克（Planck）為了克服腔體輻射的困難，
首先提出了原子振子及能量不連續的概念。1905 年愛因斯坦（Albert Einstein）把普朗克所提的能量不連續的概念推展到光量子理論，並 於 1917 年提出了受激輻射（Stimulated Emission）的概念，奠定了雷 射理論基礎。1928 年拉連堡（Ladenberg）和可布夫曼（Kopfmann）
經實驗證實了受激輻射現象。1950 年波塞爾（Purcell）和龐德（Pound）
利用實驗證實粒子數反轉（Population Inversion）。美國科學家梅曼
（Maiman）博士利用一個高強閃光燈管，來刺激紅寶石，獲得了波 激吸收過程（Stimulated Absorption Process）。對於原子中處於較高 能階的電子，可以藉著兩種方式向外界發射出特定頻率的的光子，其 中一種是不受外界光場影響，自發放出光子到較低的能階，稱為自發
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輻射過程（Spontaneous Emission Process），另一種則是在外界特定 頻率的入射光場作用下，被迫或受激放出一個相同波長與相同入射光 頻率的光子，而躍遷到較低的能階，此種過程稱為受激輻射過程
（Stimulated Emission Process），如圖 1-2 所示[5-6]。
雷射原理主要為利用外加能量轉變成電磁波，並將其放大的一種
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(d) 高干涉性：光源的干涉性分為干涉時間和干涉長度。干涉時間是 指光源先後發出的兩束光能夠產生干涉現象的最大時間間隔，在 最大時間間隔內的光程就是干涉長度，雷射光具有相同的相位關 係。
雷射按工作物質的物態特性的不同加以分類，可以分為固體、液 體、氣體及半導體雷射四種，其分類如表 1-1 所示。在製造加工業應 用上常見的是固體雷射和氣體雷射兩種，種類特徵及應用，如表 1-2 所示[9]。本研究使用的雷射種類為固體雷射中的 Nd：YAG 雷射銲接 機。
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圖 1- 1 低能階與高能階示意圖
圖 1- 2 光子受激過程
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圖 1- 4 Nd3 +YAG 雷射的受激發射能級示意圖
圖 1- 5 YAG 雷射共振腔結構[10]
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圖 1- 6 雷射輸出形式，(a)為脈衝式輸出；(b)為連續式輸出
圖 1- 7 熱傳導銲接示意圖
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置等雷射參數條件，觀察各項參數對於穿透深度與銲道寬度之變化，
實驗提供了電子零件封裝之最佳雷射銲接參數參考[15]。Shaibu 等人 利用有限元素分析法，進行 AISI 304 不銹鋼與銅 CO2雷射對接實驗，
探討熱傳導情況與銲道熔池形狀，結果顯示有限元素分析結果與實際 結果具有良好的一致性[16]。Fuerschbach 和 Hinkley 針對 AISI 304L 不銹鋼心臟起搏器的電池於銲接時所產生的熱量進行研究。改變脈衝 能量、峰值功率及透鏡焦距銲接參數進行實驗，實驗結果得知增加尖 峰功率和降低脈衝能量，其結果可以減少電池受到的熱影響，藉由更 寬的熔融區可達到良好的密封性[17]。Fuerschbach 和 Eisler 利用 Nd：
YAG 雷射點銲 304 不銹鋼，探討雷射點銲能量和持續時間對熔化和
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開口的石英管安裝與雷射束同軸，透過實驗後檢查石英管的內表面，
以確定噴射顆粒的尺寸範圍，結果發現較高的功率密度和較大的脈衝 寬度，在點銲期間液態金屬排出有明顯增加的趨勢[20]。
Farazila 等人使用 YAG 雷射點銲進行不同材料接頭塑料和金屬 材料之間的研究，結果表明可將聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)與 A5052 鋁合金、AISI 304 不銹鋼及 Cu 成功接合。PET 與鋁合金及 304 不銹 鋼接合強度會隨著熱輸入增加而增加，金屬材料的反射率、雷射吸收 率及熱導率等，會影響接合強度[21]。Siva Shanmugam 等人用有限元 素法預測 Nd：YAG 雷射點銲在厚度 2.5 mm 的 AISI 304 不銹鋼上的 銲點幾何形狀，如銲點長度、銲點寬度和銲點深度，將實驗試驗所獲 得的結果與有限元素法預測之結果進行比較，發現實驗與預測的結果 相同[22]。由此顯示雷射加工使用非常廣泛，而本研究利用 Nd：YAG 雷射點銲三種不同厚度(1.0 mm、1.2 mm 及 1.5 mm)的 AISI 304 不銹 鋼第二層薄板，探討各種點銲參數對其銲點外型及抗剪強度的影響。
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1-4 研究目的
本研究探討雷射點銲 AISI 304 不銹鋼時，雷射點銲條件對銲後的 抗剪強度及銲點表面與接合面直徑的影響特性，並找出最適化參數，
提供一套實際加工時可以遵循的操作模式。實驗規劃是先藉由改變點 銲電流及脈衝寬度兩項參數，來分析其雷射點銲銲點形狀之影響，並 且找出最適化參數組合對應最大抗剪強度。另外，透過不同板厚組合 及焦點位置，探討電流及脈衝寬度對雷射點銲銲點形狀之影響。最後 透過拉伸試驗，以驗證銲點接合面積對應其最大抗剪負載有呈正比趨 勢。
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