4. 激光焊接的工藝參數(shù)

一般而言，激光焊接的工藝參數(shù)有功率密度、激光脈沖波形、激光脈沖寬度、離焦量、焊接速度和保護(hù)氣體等，圖1是激光焊接的主要工藝參數(shù)圖。

4.1. 功率密度：功率密度是激光加工中較關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工如打孔、切割、雕刻十分有利。對于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。

4.2. 激光脈沖波形：當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)有60～98%的激光能量反射而損失掉，尤其是金、銀、銅、鋁、鈦等材料反射強(qiáng)、傳熱快。一個(gè)激光脈沖訊號(hào)過程中，金屬的反射率隨時(shí)間而變化。當(dāng)材料表面溫度升高到熔點(diǎn)時(shí)，反射率會(huì)迅速下降，當(dāng)表面處于熔化狀態(tài)時(shí)，反射穩(wěn)定于某一值。

4.3. 激光脈沖寬度：脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)，。脈寬由熔深與熱影響分區(qū)確定，脈寬越長熱影響區(qū)越大，熔深隨脈寬的1/2 次方增加。但脈沖寬度的增大會(huì)降低峰值功率，因此增加脈沖寬度一般用于熱傳導(dǎo)焊接方式，形成的焊縫尺寸寬而淺，尤其適合薄板和厚板的搭接焊。但是，較低的峰值功率會(huì)導(dǎo)致多余的熱輸入，每種材料都有一個(gè)可使熔深達(dá)到較大的較佳脈沖寬度[2]。

4.4. 離焦量：激光焊接通常需要一定的離焦量，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所對應(yīng)平面上的功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀有一定差異。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。

4. 5.焊接速度：焊接速度對熔深有較大的影響，提高速度會(huì)使熔深變淺，但速度過低又會(huì)導(dǎo)致材料過度熔化、工件焊穿。因此，對一定激光功率和一定厚度的特定材料有一個(gè)合適的焊接速度范圍，并在其中相應(yīng)速度值時(shí)可獲得較大熔深。

3.6. 保護(hù)氣體：激光焊接過程常使用惰性氣體來保護(hù)熔池，對大多數(shù)應(yīng)用場合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護(hù)。保護(hù)氣體的第二個(gè)作用是保護(hù)聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射，在高功率激光焊接時(shí)，噴出物非常有力，此時(shí)保護(hù)透鏡則更為必要。保護(hù)氣體的第三個(gè)作用是可以有效驅(qū)散高功率激光焊接產(chǎn)生的等離子屏蔽。金屬蒸氣吸收激光束電離成等等離子體，如果等離子體存在過多，激光束在某種程度上會(huì)被等離子體消耗掉。 圖1 激光焊接的主要工藝參數(shù)