影響激光焊接質(zhì)量的因素很多．其中一些極易波動(dòng)，具有相當(dāng)?shù)牟环�(wěn)定性。如何正確設(shè)定和控制這些參數(shù)，使其在高速連續(xù)的激光焊接過(guò)程中控制在合適的范圍內(nèi)，以保證焊接質(zhì)量首先是焊縫成形的可靠性和穩(wěn)定性，是關(guān)系到激光焊接技術(shù)實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化的重要問(wèn)題。 以板材對(duì)接單面焊雙面成形工藝為例，影響激光焊接質(zhì)量的主要因素分焊接設(shè)備，工件狀況和工藝參數(shù)三方面。

 1.激光器

對(duì)激光器的質(zhì)量要求最主要的是光束模式和輸出功率及其穩(wěn)定性。光束模式是光束質(zhì)量的主要指標(biāo)，光束模式階數(shù)越低，光束聚焦性能越好，光斑越小，相同激光功率下功率密度越高，焊縫深寬越大。一般要求基模（TEM00）或低階模，否則難以滿足高質(zhì)量激光焊接的要求。雖然目前國(guó)產(chǎn)激光器在光束質(zhì)量和功率輸出穩(wěn)定性方面用于激光焊接還有一定困難。但從國(guó)外情況來(lái)看，激光器的光束質(zhì)量和輸出功率穩(wěn)定性已相當(dāng)高，不會(huì)成為激光焊接的問(wèn)題。 

光學(xué)系統(tǒng)中影響焊接質(zhì)量最大的因素是聚焦鏡，所用焦距一般在127mm（5in）到200mm（7.9in）之間，焦距小對(duì)減小聚焦光束腰斑直徑有好處，但過(guò)小容易在焊接過(guò)程中受污染和飛濺損傷。

 2.工件狀況 

激光焊接要求對(duì)工件的邊緣進(jìn)行加工，裝配有很高的精度，光斑與焊縫嚴(yán)格對(duì)中，而且工件原始裝配精度和光斑對(duì)中情況在焊接過(guò)程中不能因焊接熱變形而變化。這是因?yàn)榧す夤獍咝。�焊縫窄，一般不加填充金屬，如裝配不嚴(yán)間隙過(guò)大，光束能穿過(guò)間隙不能熔化母材，或者引起明顯的咬邊、凹陷，如光斑對(duì)縫的偏差稍大就有可能造成未熔合或未焊透。所以，一般板材對(duì)接裝配間隙和光斑對(duì)縫偏差均不應(yīng)大于0.1mm，錯(cuò)邊不應(yīng)大于0.2mm。當(dāng)焊縫較長(zhǎng)時(shí)，焊前的準(zhǔn)備難度很大，普通剪床下料一般不能滿足要求．必須經(jīng)過(guò)機(jī)械加工或用高精度剪床剪切，最好是精密激光切割。還必須根據(jù)具體工件情況設(shè)計(jì)合適的精密胎夾具。實(shí)際生產(chǎn)中，有時(shí)因不能滿足這些要求，而無(wú)法采用激光焊接技術(shù)。

 3.焊接參數(shù) 

（1）對(duì)激光焊接模式和焊縫成形穩(wěn)定件的影響焊接參數(shù)中最主要的是激光光斑的功率密度，它對(duì)焊接模式和焊縫成形穩(wěn)定性影響如下：隨激光光斑功率密度由小變大依次為穩(wěn)定熱導(dǎo)焊、模式不穩(wěn)定焊和穩(wěn)定深熔焊，其產(chǎn)生條件和焊縫成形的基本特征 

焊接過(guò)程   穩(wěn)定熱導(dǎo)焊（HCW）  模式不穩(wěn)定焊（UMW）             穩(wěn)定深熔焊（DPW）

產(chǎn)生條件     低功率密度       功率密度介于HCW和DPW之間        高功率密度  

焊接模式     熱導(dǎo)焊           熱導(dǎo)焊和深熔焊隨機(jī)出現(xiàn)           深熔焊  

小孔特點(diǎn)     不形成小孔       小孔間斷性地產(chǎn)生和消失           小孔穩(wěn)定存在  

等離子體特點(diǎn) 不產(chǎn)生等離子體   等離子體間斷性地產(chǎn)生和消失       穩(wěn)定的等離子體  

焊縫成形特征 熔深和熔寬小半圓 焊縫不規(guī)則熔深和熔寬大小跳變     熔深大指狀焊縫   

激光光斑的功率密度，在光束模式和聚焦鏡焦距一定的情況下，主要由激光功率和光束焦點(diǎn)位置決定。激光功率密度與激光功率成正比。而焦點(diǎn)位置的影響則存在一個(gè)最佳值；當(dāng)光束焦點(diǎn)處于工件表面下某一位置（1～2mm范圍內(nèi)，依板厚和參數(shù)而異）時(shí)，即可獲得最理想的焊縫。偏離這個(gè)最佳焦點(diǎn)位置，工件表面光斑即變大，引起功率密度變小，到一定范圍，就會(huì)引起焊接過(guò)程形式的變化。 

焊接速度對(duì)焊接過(guò)程形式和穩(wěn)定件的影響不如激光功率和焦點(diǎn)位置那樣顯著，只有焊接速度太大時(shí)，由于熱輸入過(guò)小而出現(xiàn)無(wú)法維持穩(wěn)定深熔焊過(guò)程的情況。 

實(shí)際焊接時(shí)，應(yīng)根據(jù)焊件對(duì)熔深的要求選擇穩(wěn)定深熔焊或穩(wěn)定熱導(dǎo)焊，而要絕對(duì)避免模式不穩(wěn)定焊。 

（2）在深熔焊范圍內(nèi)，焊接參數(shù)對(duì)熔深的影響，激光功率越高，熔深越大，約為0.7次方的關(guān)系；而焊接速變?cè)礁撸�熔深越淺。在一定激光功率和焊接速度條件下焦點(diǎn)處于最佳位置時(shí)熔深最大，偏離這個(gè)位置，熔深則下降，甚至變?yōu)槟Ｊ讲环�(wěn)定焊接或穩(wěn)定熱導(dǎo)焊。 

（3）保護(hù)氣體的影響：保護(hù)氣體通常采用氬氣或氦氣．它們產(chǎn)生等離子體的傾向顯著不同：氦氣因其電離電體高，導(dǎo)熱快。在同樣條件下，比氬氣產(chǎn)生等離子體的傾向小，因而可獲得更大的熔深。 

在一定范圍內(nèi)，隨著保護(hù)氣體流量的增加，抑制等離子體的傾向增大，因而熔深增加，但增至一定范圍即趨于平穩(wěn)。 

（4）各參數(shù)的可監(jiān)控性分析在四種焊接參數(shù)中，焊接速度和保護(hù)氣體流量屬于容易監(jiān)控和保持穩(wěn)定的參數(shù)，而激光功率和焦點(diǎn)位置則是焊接過(guò)程中可能發(fā)生波動(dòng)而難于監(jiān)控的參數(shù)。 

雖然從激光器輸出的激光功率穩(wěn)定性很高且容易監(jiān)控，但由于有導(dǎo)光和聚焦系統(tǒng)的損耗，到達(dá)工件的激光功率會(huì)發(fā)生變化，而這種損耗與光學(xué)工件的質(zhì)量、使用時(shí)間及表面污染情況有關(guān)，故不易監(jiān)測(cè)，成為焊接質(zhì)量的不確定因素。 

光束焦點(diǎn)位置是焊接參數(shù)中對(duì)焊接質(zhì)量影響極大而又最難監(jiān)測(cè)和控制的一個(gè)因素。目前在生產(chǎn)中需靠人工調(diào)節(jié)和反復(fù)工藝試驗(yàn)的方法確定合適的焦點(diǎn)位置，以獲得理想的熔深。但在焊接過(guò)程中由于工件變形，熱透鏡效應(yīng)或者空間曲線的多維焊接，焦點(diǎn)位置會(huì)發(fā)生變化而可能超出允許的范圍。 對(duì)于上述兩種情況，一方面要采用高質(zhì)量、高穩(wěn)定性的光學(xué)元件，并經(jīng)常維護(hù)，防止污染，保持清潔；另一方面要求發(fā)展激光焊接過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制方法，以優(yōu)化參數(shù)，監(jiān)視到達(dá)工件的激光功率和焦點(diǎn)位置的變化，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，提高激光焊接質(zhì)量的可靠件和穩(wěn)定性。這是激光焊接技術(shù)發(fā)展方向之一。

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2015-030201