影响激光焊接质量的关键因素有哪些

激光焊接已经成为众多制造领域广泛应用的焊接工艺，激光焊接技术在不断完善，工艺也越来越精细，那么，影响激光焊接质量的因素有哪些呢？

1、焊接设备

激光类型：激光焊接机使用脉冲激光或连续激光。应根据所用材料选择适当的激光类型。

光束模式：光束模式阶数越低，表明聚焦性能越好（即光束质量越好），从而在相同激光功率下，光斑尺寸更小、激光功率密度更高，从而可实现更大的焊接深宽比。

输出功率稳定性：激光输出功率越稳定，焊接一致性越好。

光学传输和聚焦系统：这些光学元件在高功率激光的影响下可能会发生性能下降，导致透射率下降并产生热透镜效应（透镜因加热而改变焦点）。表面污染会增加传输损耗，甚至损坏光学元件。因此，光学元件的质量、维护和监控对于确保焊接质量至关重要。

2、焊接工件

焊接材料的吸收率：激光束与材料的兼容性取决于吸收率、反射率、热导率等重要特性，其中吸收率最为关键。有些材料对激光的吸收率极好，而有些材料吸收率很差或为零。

焊接工件材料的均匀性：材料的均匀性直接影响焊接质量。例如，在焊接铝合金时，合金元素分布不均匀或杂质含量不同会导致焊接缺陷，例如气孔、咬边和凹坑。材料尺寸不均匀，尤其是厚度和高度不均匀，会导致与夹具配合不良、偏离焦点以及焊接质量不理想。

焊接工件装配的精度：由于激光点尺寸小且焊缝窄，焊接通常不涉及添加填充金属。如果装配因配合不良而产生过多间隙，激光束可能会穿过间隙而不熔化基材或导致明显的咬边和凹坑。

被焊工件的清洁度：表面清洁度不够，含有杂质也会导致焊接质量不良。

3、焊接工艺参数

焊接工艺参数包括激光输出功率、焊接速度、激光波形、脉冲频率、离焦量、脉冲宽度等。

输出功率：激光焊接存在一个阈值能量密度，低于该值时熔深较浅，一旦达到或超过该值，熔深会大幅增加。只有当工件表面的激光功率密度超过阈值（与材料有关）时，才会产生等离子，标志着稳定的深熔焊接的开始。如果激光功率低于该阈值，则只发生表面熔化，从而实现稳定的热传导焊接。当激光功率密度接近形成气孔的临界条件时，焊接过程变得不稳定，导致熔深波动较大。在深熔焊接过程中，激光功率既控制熔深，又控制焊接速度。熔深与入射光束的功率密度和焦点大小直接相关。一般来说，激光功率越高，焊接速度越快，但过高的功率会导致熔池过深，从而产生裂纹等缺陷。因此，建议在调优过程中优先确定有效的功率范围，以便更好地进行参数调整。

焊接速度：焊接速度越高，熔深越浅。低速时会形成大而宽的熔池，使其容易坍塌。高速焊接时，熔池中心的液态金属强烈流动，在有机会重新分布之前就凝固在焊缝的两侧，导致焊缝不均匀。因此，建议对薄板或可焊性好的材料使用高速焊接，对厚板和难加工材料使用较低的速度。

激光波形：激光波形包括脉冲激光常用的脉冲波形和连续焊接的缝焊波形。例如，在焊接铜、铝、金或银等高反射率材料时，可以使用梯形激光波形来克服高反射率的障碍。对于铁和镍等表面反射率较低的黑色金属，最好使用矩形波或逐渐衰减的波形。

脉冲频率：脉冲频率、光束大小和焊接速度必须匹配才能达到所需的重叠率。一般来说，重叠率越大，焊缝越平滑，但焊接速度也会相应降低。当激光脉冲频率超过一定值时，重叠率会变得过高，超出材料的焊接极限，导致熔深或焊接飞溅。

离焦量：离焦有正离焦和负离焦两种，正离焦是将焦平面置于工件上方，负离焦是将焦平面置于工件下方。负离焦时材料内部的功率密度比表面高，容易发生更强烈的熔化和汽化，使光线能够更深地穿透材料。实际应用中，当需要较大的熔深时，使用负离焦，而正离焦适用于焊接薄材料。

脉冲宽度：该参数主要适用于脉冲激光焊接机。脉冲宽度是脉冲激光焊接机的重要参数之一。它区分了材料的去除和材料的熔化，是决定加工设备成本和体积的关键参数。脉冲宽度越长，焊缝直径越大，在相同的工作距离下，熔深越深。

4、工作表

工作台直接影响焊接效果和加工效率，焊接平台不水平或不垂直都会影响焊缝质量。另外，如果焊接平台表面含有油污、灰尘等杂质，焊接过程中这些杂质会混入焊缝中，影响焊缝的致密性和强度。在大规模生产中，全自动激光焊接机为了提高生产效率，经常会采用自动工作台，因此工作台的差异对焊接效果影响很大。

5、焊接夹具

焊接工装夹具保证焊接构件的准确定位和安全夹紧，方便构件的安装和焊接，满足结构精度的工艺要求。在现代焊接生产中积极推广应用与产品结构相适应的工装夹具，对提高产品质量、减轻工人劳动强度、加速焊接过程的机械化、自动化有着至关重要的作用。

6、保护气体

保护气体，又称屏蔽气体，也是影响焊接质量的重要因素之一。保护气体是在激光焊接过程中用来保护熔池的惰性气体。如果不担心表面氧化，某些材料可能不需要保护气体，但大多数应用通常都需要保护气体。保护气体有多种用途，例如排出或削弱等离子体（在激光焊接过程中容易产生，对激光的吸收、折射和反射有影响）、增加焊缝的冷却速度、降低焊缝表面氧化程度以及改善焊缝的表面外观。常用的保护气体包括氮气、氩气、氦气以及氩气和氦气的混合气。