影响激光焊接的主要工艺参数

影响激光焊接的主要工艺参数第一、功率密度功率密度是激光加工包括激光焊接中最关键和最重要的参数之一。

较高的功率密度，在极端时间范围内（微秒），将工件表层加热至沸点，产生大量汽化。所以高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻十分有利。

较低功率密度，表层温度达到沸点可能需要数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接，热传导型激光焊接，功率密度范围一般在10四次方—10六次方W/cm2。

一般而言，导电率高的材料对光波的反射率高，表面光亮度高的材料反射率高。实际应用中，功率密度的选取取决于材料本身的特性。

另外，要需考虑焊接的具体要求，如薄壁材料焊接(0.01-0.1mm)，则要求工件任何位置不允许温升超过沸点，否则易使焊点成孔，功率密度不能太高。

而对于厚材料(0.5mm)要求穿透焊时，为达到定熔深，表面应维持在熔沸点之间。第二、脉冲能量脉冲能量是激光焊接中是一个重要参数，是区别去除材料还是熔化材料的关键参数，脉冲能量决定这加热能量的大小，主要影响金属的熔化量。

当高强度激光束射至材料表面，材料表面将会有60～98%的激光能量反射而损失掉，尤其是金、银、铜、铝、钛等材料反射强、传热快。

金属的反射率随温度而变化，当材料表面温度升高到熔点时，反射率会迅速下降，当表面处于熔化状态时，反射稳定于某一值。

金属在常温下对激光反射率较高，如钢铁类金属表面对1064nm波长的YAG激光的反射率达60%，但金属表面温度升高以后，反射率迅速下降，金属对激光能量的吸收率很快增加。简单的方波脉冲使焊斑熔化不好，流动性差，甚至出现裂纹，焊接效果不理想。这就需要对仿真线参数进行修正。目前传统的电子电路与微处理机结合，实现了以前电子电路无法实现的功能，有效地提高了整机的性能和水准，通过单晶片微处理机使激光脉冲可任意设置的激脉冲波形。第三、脉冲宽度脉冲宽度，通常是指激光功率维持在一定值时所持续的时间。不同的激光器，其脉冲宽度可以在很大范围内变化。激光焊接机脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于切割和焊接的重要参数，也是决定焊接质量的稳定可靠，供电电源体积庞大程度和成本高低的关键参数。

当焊接工件确定后,脉宽的选取主要考虑到激光焊接机脉宽所对应的热通量密度的调整范围，最小的熔深所需要的脉宽和焊点的热损伤区。脉宽由熔深与热影响共同确定，脉宽越长热影响区越大，熔深随脉宽的1/2 次方增加。但脉冲宽度的增大会降低峰值功率，因此增加脉冲宽度一般用于热传导焊接方式，形成的焊缝尺寸宽而浅，尤其适合薄板和厚板的搭接焊。但是，较低的峰值功率会导致多余的热输入，每种材料都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。

激光焊接机脉冲宽度的选择主要根据以下三点来选择：1）熔深要求大于0.3mm的激光焊接，脉冲宽度选取主要决定于熔深。2）熔深要求小于0.1mm的激光焊接，若对热影响区（热损伤区）有严格要求的脉宽主要由热影响区来确定，即在热损伤区允许的情况下，脉冲宽度选在1.5ms左右为好。3）对于熔深需要在0.1-0.3mm、对焊点仅有强度要求、对热影响区无严格要求的一类单次脉冲微型焊接，大部分金属的激光脉宽选择在3ms左右。第四、离焦量对于能够正常焊接的激光功率（或是脉冲能量），在焦平面处的激光功率密度往往已经超过激光焊接所需的功率密度，在焦点位置焊接，可能会出现金属汽化、熔渣飞溅或是打孔现象。需要激光焊接需要一定的离焦量。离焦量是指焦平面离开工件表面一小段距离，以工件表面为准，离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。一般对熔深要求不高时最好用正离焦，这样很容易获得牢固美观的焊缝。实际焊接过程中经常是激光器各项参数设置完毕后，最后经由微调离焦量，来达到完美的焊接效果。焊接0.5～1mm厚钢板时，聚焦镜焦距通常是100～200mm，对光斑尺寸要求并非十分严格，因而离焦量的选取也有较大的范围。激光焊接金属膜片时，要求熔斑直径小，聚焦镜的焦距也小，在这种情况下离焦量的选择要谨慎，离焦量不宜太大。

总之，一般情况，在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。第五、焊接速度焊接速度决定了焊接表面质量、熔深、热影响区等。焊接速度的快慢会影响单位时间内的热输入量，焊接速度过慢，则热输入量过大，导致工件烧穿，焊接速度过快，则热输入量过小，造成工件焊不透。通常采用降低焊接速度的方法来增加熔深。第六、保护气体保护气体在高功率激光焊接中必不可少，增加保护气体，一方面是防止金属材料溅射而污染聚焦镜，另一方面防止焊接过程中产生的等离子体过多聚焦，阻挡激光到达材料表面。激光焊接过程常用氦、氩、氮等气体保护熔池，使工件在焊接工程中免受氧化。保护气体种类和气流大小、吹气角度等因素对焊接结果有较大影响，不同的吹气方法也会对焊接质量产生一定的影响。氦气较贵，一般选择氩气和氮气。氩气作为保护气体，因为氩气密度大保护效果较好，氩气保护的焊件表面要比使用氦气保护光滑。但它易受高温金属等离子体电离，结果屏蔽了部分光束射向工件，减少了焊接的有效激光功率，也