影響激光焊接的主要工藝參數(shù)

影響激光焊接的主要工藝參數(shù)第一、功率密度功率密度是激光加工包括激光焊接中最關鍵和最重要的參數(shù)之一。

較高的功率密度，在極端時間范圍內（微秒），將工件表層加熱至沸點，產(chǎn)生大量汽化。所以高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻十分有利。

較低功率密度，表層溫度達到沸點可能需要數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接，熱傳導型激光焊接，功率密度范圍一般在10四次方—10六次方W/cm2。

一般而言，導電率高的材料對光波的反射率高，表面光亮度高的材料反射率高。實際應用中，功率密度的選取取決于材料本身的特性。

另外，要需考慮焊接的具體要求，如薄壁材料焊接(0.01-0.1mm)，則要求工件任何位置不允許溫升超過沸點，否則易使焊點成孔，功率密度不能太高。

而對于厚材料(0.5mm)要求穿透焊時，為達到定熔深，表面應維持在熔沸點之間。第二、脈沖能量脈沖能量是激光焊接中是一個重要參數(shù)，是區(qū)別去除材料還是熔化材料的關鍵參數(shù)，脈沖能量決定這加熱能量的大小，主要影響金屬的熔化量。

當高強度激光束射至材料表面，材料表面將會有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、傳熱快。

金屬的反射率隨溫度而變化，當材料表面溫度升高到熔點時，反射率會迅速下降，當表面處于熔化狀態(tài)時，反射穩(wěn)定于某一值。

金屬在常溫下對激光反射率較高，如鋼鐵類金屬表面對1064nm波長的YAG激光的反射率達60%，但金屬表面溫度升高以后，反射率迅速下降，金屬對激光能量的吸收率很快增加。簡單的方波脈沖使焊斑熔化不好，流動性差，甚至出現(xiàn)裂紋，焊接效果不理想。這就需要對仿真線參數(shù)進行修正。目前傳統(tǒng)的電子電路與微處理機結合，實現(xiàn)了以前電子電路無法實現(xiàn)的功能，有效地提高了整機的性能和水準，通過單晶片微處理機使激光脈沖可任意設置的激脈沖波形。第三、脈沖寬度脈沖寬度，通常是指激光功率維持在一定值時所持續(xù)的時間。不同的激光器，其脈沖寬度可以在很大范圍內變化。激光焊接機脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于切割和焊接的重要參數(shù)，也是決定焊接質量的穩(wěn)定可靠，供電電源體積龐大程度和成本高低的關鍵參數(shù)。

當焊接工件確定后,脈寬的選取主要考慮到激光焊接機脈寬所對應的熱通量密度的調整范圍，最小的熔深所需要的脈寬和焊點的熱損傷區(qū)。脈寬由熔深與熱影響共同確定，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降低峰值功率，因此增加脈沖寬度一般用于熱傳導焊接方式，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，較低的峰值功率會導致多余的熱輸入，每種材料都有一個可使熔深達到最大的最佳脈沖寬度。

激光焊接機脈沖寬度的選擇主要根據(jù)以下三點來選擇：1）熔深要求大于0.3mm的激光焊接，脈沖寬度選取主要決定于熔深。2）熔深要求小于0.1mm的激光焊接，若對熱影響區(qū)（熱損傷區(qū)）有嚴格要求的脈寬主要由熱影響區(qū)來確定，即在熱損傷區(qū)允許的情況下，脈沖寬度選在1.5ms左右為好。3）對于熔深需要在0.1-0.3mm、對焊點僅有強度要求、對熱影響區(qū)無嚴格要求的一類單次脈沖微型焊接，大部分金屬的激光脈寬選擇在3ms左右。第四、離焦量對于能夠正常焊接的激光功率（或是脈沖能量），在焦平面處的激光功率密度往往已經(jīng)超過激光焊接所需的功率密度，在焦點位置焊接，可能會出現(xiàn)金屬汽化、熔渣飛濺或是打孔現(xiàn)象。需要激光焊接需要一定的離焦量。離焦量是指焦平面離開工件表面一小段距離，以工件表面為準，離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學理論，當正負離做文章一相等時，所對應平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關。一般對熔深要求不高時最好用正離焦，這樣很容易獲得牢固美觀的焊縫。實際焊接過程中經(jīng)常是激光器各項參數(shù)設置完畢后，最后經(jīng)由微調離焦量，來達到完美的焊接效果。焊接0.5～1mm厚鋼板時，聚焦鏡焦距通常是100～200mm，對光斑尺寸要求并非十分嚴格，因而離焦量的選取也有較大的范圍。激光焊接金屬膜片時，要求熔斑直徑小，聚焦鏡的焦距也小，在這種情況下離焦量的選擇要謹慎，離焦量不宜太大。

總之，一般情況，在實際應用中，當要求熔深較大時，采用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。第五、焊接速度焊接速度決定了焊接表面質量、熔深、熱影響區(qū)等。焊接速度的快慢會影響單位時間內的熱輸入量，焊接速度過慢，則熱輸入量過大，導致工件燒穿，焊接速度過快，則熱輸入量過小，造成工件焊不透。通常采用降低焊接速度的方法來增加熔深。第六、保護氣體保護氣體在高功率激光焊接中必不可少，增加保護氣體，一方面是防止金屬材料濺射而污染聚焦鏡，另一方面防止焊接過程中產(chǎn)生的等離子體過多聚焦，阻擋激光到達材料表面。激光焊接過程常用氦、氬、氮等氣體保護熔池，使工件在焊接工程中免受氧化。保護氣體種類和氣流大小、吹氣角度等因素對焊接結果有較大影響，不同的吹氣方法也會對焊接質量產(chǎn)生一定的影響。氦氣較貴，一般選擇氬氣和氮氣。氬氣作為保護氣體，因為氬氣密度大保護效果較好，氬氣保護的焊件表面要比使用氦氣保護光滑。但它易受高溫金屬等離子體電離，結果屏蔽了部分光束射向工件，減少了焊接的有效激光功率，也