1.激光功率:
激光焊接存在一個(gè)激光能量密度閾值。低于這個(gè)值,滲透深度很淺。一旦達(dá)到或超過這個(gè)值,穿透深度就會增加。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超過閾值(與材料有關(guān))時(shí),才會產(chǎn)生等離子體,這表明穩(wěn)定的深熔焊接。如果激光功率低于這個(gè)閾值,只有工件的表面會熔化,也就是說,焊接將以穩(wěn)定的熱傳導(dǎo)模式進(jìn)行。然而,當(dāng)激光功率密度接近小孔形成的臨界條件時(shí),深熔焊接和導(dǎo)電焊接交替進(jìn)行,成為不穩(wěn)定的焊接過程,導(dǎo)致熔深波動很大。在激光深穿透焊接中,激光功率同時(shí)控制穿透深度和焊接速度。焊接熔深與光束功率密度直接相關(guān),并且是入射光束功率和光束焦點(diǎn)的函數(shù)。一般來說,對于一定直徑的激光束,穿透深度隨著光束功率的增加而增加。
2.光束焦斑:束斑尺寸是激光焊接中重要的變量之一,因?yàn)樗鼪Q定了功率密度。但是對于高功率激光器來說,雖然有很多間接測量技術(shù),但是它的測量是一個(gè)難題。光束的衍射極限光斑尺寸可根據(jù)光衍射理論計(jì)算,但由于聚焦透鏡的像差,實(shí)際光斑大于計(jì)算值。簡單的測量方法是等溫輪廓法,即用厚紙灼燒穿透聚丙烯薄片后測量焦斑和穿孔直徑。這種方法要通過測量實(shí)踐掌握激光功率和光束作用時(shí)間。
3.材料吸收值:材料對激光的吸收取決于材料的一些重要性質(zhì),如吸收率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等。其中重要的是吸收率。影響激光束吸收率的因素包括兩個(gè)方面:一是材料的電阻系數(shù)。測量材料拋光表面的吸收率后發(fā)現(xiàn),材料的吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比,電阻系數(shù)隨溫度而變化;其次,材料的表面狀態(tài)(或光滑度)對光束的吸收率有重要影響,對焊接效果有明顯的作用。
4.焊接速度:焊接速度對熔深影響很大。提高速度會使熔深變淺,但過低的速度會導(dǎo)致材料過度熔化和工件的焊接熔深。因此,對于一定激光功率、一定厚度的特定材料,存在一個(gè)合適的焊接速度范圍,在相應(yīng)的速度值下可以獲得較大熔深。
5.保護(hù)氣體:在激光焊接過程中,惰性氣體常用于保護(hù)熔池。當(dāng)某些材料可以不考慮表面氧化而進(jìn)行焊接時(shí),可以不考慮保護(hù)。然而,在大多數(shù)應(yīng)用中,氦、氬、氮和其他氣體通常用于保護(hù),以防止工件在焊接過程中被氧化。二是保護(hù)聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液滴濺射。尤其是大功率激光焊接,這個(gè)時(shí)候更需要保護(hù)鏡片,因?yàn)樯淞髯兊梅浅?qiáng)大。第三,對消除高功率激光焊接產(chǎn)生的等離子體屏蔽非常有效。
6.焦點(diǎn)位置:焊接時(shí),為了保持足夠的功率密度,焦點(diǎn)位置非常重要。焦點(diǎn)和工件表面之間相對位置的變化直接影響焊縫的寬度和深度。在大多數(shù)激光焊接應(yīng)用中,焦點(diǎn)通常設(shè)置在工件表面下所需穿透深度的大約1/4處。
7.激光束位置:激光焊接不同材料時(shí),激光束位置控制著焊縫的質(zhì)量,尤其是對接接頭比搭接接頭更敏感。例如,當(dāng)將淬火鋼齒輪焊接到低碳鋼鼓上時(shí),正確控制激光束的位置將有助于產(chǎn)生主要由低碳成分組成的焊縫,該焊縫具有良好的抗裂性。在一些應(yīng)用中,焊接工件的幾何形狀要求激光束偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度。當(dāng)光束軸和接合平面之間的偏轉(zhuǎn)角在100度以內(nèi)時(shí),工件對激光能量的吸收將不受影響。
8.焊接起點(diǎn)和終點(diǎn)的激光功率增減控制:激光深熔焊接時(shí),無論焊縫深度如何,小孔總是存在的。當(dāng)焊接過程終止且電源開關(guān)關(guān)閉時(shí),焊接結(jié)束時(shí)會出現(xiàn)凹坑。此外,當(dāng)激光焊接層覆蓋原焊縫時(shí),會發(fā)生對激光束的過度吸收,導(dǎo)致焊件過熱或產(chǎn)生氣孔。為了防止上述現(xiàn)象,可以對功率的起止點(diǎn)進(jìn)行編程,使功率的起止時(shí)間可調(diào),即通過電子方法在短時(shí)間內(nèi)將啟動功率從零增加到設(shè)定的功率值,并調(diào)整焊接時(shí)間,在焊接結(jié)束時(shí)將功率從設(shè)定的功率逐漸降低到零。