雷射焊接幾點小知識分享

原標題：雷射焊接幾點小知識分享

離焦量

離焦量是雷射焦點離作用物質間的距離。在焊接過程中，離焦量對焊接質量的影響很大。雷射焊接通常需要一定的離焦量，因為雷射焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發成孔。離開雷射焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。

離焦方式按焦平面與工件的位置關係，可分為正離焦與負離焦，焦平面位於工件上方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學理論，當正負離焦平面與焊接平面距離相等時，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。實驗表明，雷射加熱50〜200us材料開始溶化，形成液相金屬並出現部分汽化，形成使壓蒸汽，並以極高的速度噴射，發出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當負離焦時，材料內部功率密度比表面還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應用中，當要求熔深較大時，採用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。當離焦較小時，就會產生較高的功率密度，在微秒時間範圍內，表層即可加熱至沸點，產生大量汽化。因此，高功率密度對於材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。當離焦量適中，雷射處於較低功率密度時，表層溫度達到沸點需要經曆數毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。

焊接時，光束的聚焦特性（包括焦距和離焦量）對焊接質量有影響。採用短焦距可獲得較高的能量密度，光斑小，要求工件配合間隙要小。長焦距能量密度低，焦距較大，但仍可維持一定的能量密度。對接頭定位的精度不高時，能量密度足夠用於焊接時，可採用長焦距焊接。焦平面位於工件上方的為正離焦，反之為負離焦。正、負離焦量相等時，平面上的功率密度近似相同，但熔池形狀不同。在實際運用中，薄板焊接時，熔深小，適宜用正離焦；熔深較大時，採用負離焦，如果離焦太遠效果也不明顯，能量也比較容易分散。通過調節離焦量可以在光束的某一截面選擇一光斑直徑使其能量密度適合於焊接。在實際加工中，離焦量的控制應先在加工的材料上進行試加工，選擇合適的電流及脈寬大小、雷射頻率，看雷射打在材料上的情況，合適的離焦量基本無熔渣濺出。

焊接質量影響因素

影響到雷射焊接質量的主要參數有焊接電流、脈衝寬度、脈衝頻率等，其影響效果主要如下：

1.隨著電流的增大，焊縫的寬度增大，焊接過程逐漸出現飛濺，焊縫表面出現氧化現象，並有粗糙感。

2.隨脈衝寬度的增大，焊縫的寬度也在增大。脈寬的變化對不繡鋼超薄板雷射焊接機焊接的效果影響非常顯著。脈衝寬度的微小增大，都可能導致試樣被氧化和燒穿。

3.隨脈衝頻率的增加，焊點重疊率增大，焊縫寬度先增大.後基本保持不變。在顯微鏡下觀察，焊縫越來越光滑美觀。但脈衝頻率増加到一定值時，焊接過程飛濺嚴重，焊縫變得粗糙，並且焊接件的上下表面都出現氧化現象。

4.超薄板材料的雷射焊接適宜釆用正離焦，在相同離焦量的情況下，正離焦雷射焊得到的焊縫表面比負離焦時要光滑美觀。

脈寬的選擇原則

脈寬由熔深與熱影響分區確定，脈寬越長熱影響區越大，熔深是隨脈寬的 1/2次方增加。但脈衝寬度的增大會降低峰值功率，因此增加脈衝寬度一般用於熱傳導焊接方式，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餘的熱輸入。對於每種材料，都有一個可使溶深達到的脈衝寬度。鋼的脈衝寬度為5 ~ 8ms。

1.對於熔深需要在0.11mm以下的雷射焊接，若對熱影響區，或者說熱損傷區有嚴格的要求，則脈寬主要由熱影響區來確定，即在熱損傷區允許的情況下，脈寬選在l.5ms左右為好。

2.對於熔深需要在0.1-0.2mm、對焊點僅有強度要求、對熱影響區無嚴格要求的一類單次脈衝微型焊接，大部分金屬的雷射脈寬選擇在3ms左右。對此類，脈寬的選取主要決定於焊點形成牢固可靠的熔融焊接時，熱通量密度變化的可允許範圍。

3.熔深要求大於0.33mm的一類焊接，脈寬選取主要決定於熔深。