激光焊接体能量及其对焊缝熔深的影响讲解
激光焊接工艺参数知识点,英杰职业教育
激光焊接工艺参数知识点，英杰职业教育激光深熔焊接的主要工艺参数激光功率激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。
只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。
如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。
而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。
激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。
焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。
一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。
光束焦斑1.1光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。
但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。
1.2光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。
最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。
这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。
焊接速度焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。
所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深。
图10-2给出了1018钢焊接速度与熔深的关系。
焊接构件的振动时效技术是对已焊接成型的构件进行振动处理,用以降低和均化由於焊接造成的残余应力。
而振动焊接是首先将被焊部件进行振动,且边振动边焊接,直到焊完为止。
材料吸收值1.1 材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。
1.2 影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；其次，材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。
激光焊接技术名词解释
激光焊接技术名词解释
激光焊接：一种利用激光能量将物体的两个或者多个部分连接在一起的焊接技术。
激光器：发出激光束的装置，是激光焊接系统的核心部件。
焊接速度：激光焊接中激光头移动的速度，影响着焊接的效率和质量。
功率密度：激光焊接中单位面积上激光功率的大小，通常以瓦/平方毫米表示。
熔深：激光焊接时，激光能量使焊缝下部金属熔化的深度。
以下是一些常见的激光焊接技术名词解释：
•激光聚焦：将激光束聚集到一个小点，提高激光功率密度。
•传输光纤：将激光能量从激光器传输到焊接头的光纤。
•焊缝：两个或者多个物体连接部分之间的空隙。
•气体保护：在激光焊接过程中，使用惰性气体或者活性气体保护焊接区域，防止氧化或者污染。
•融池：激光焊接时，金属部分熔化形成的液态区域。
激光焊接熔深检测原理解析
激光焊接熔深检测原理解析激光焊接熔深检测原理解析简介：激光焊接是一种广泛应用于许多行业领域的高精度焊接技术。
这项技术通过将高浓度的激光束聚焦到工件上，以达到高能量密度，从而实现焊接的效果。
然而，激光焊接的一项重要指标是焊缝的熔深，即焊缝的深度。
为了确保焊缝达到设计要求，熔深检测是一个必不可少的步骤。
概述：激光焊接熔深检测是通过测量焊缝的熔深来评估焊接质量的一项关键技术。
焊缝的熔深通常是指从焊接表面到焊接底部最深处的距离。
熔深的大小可以直接反映焊接质量及焊接参数的调整是否适当。
原理解析：激光焊接熔深检测依赖于激光的特性以及焊接过程中的热传导规律。
在激光焊接过程中，激光束的高能量密度会使工件受热并迅速熔化，而焊接过程中的热传导会使热量从焊接区域向周围传播。
在焊接完成后，焊缝区域会自然冷却，熔化的金属会重新凝固成为固体。
依靠热耦合效应，焊缝的温度和固化过程的热传导效应会产生独特的温度-时间曲线。
利用这一特性，可以通过测量焊接表面的温度变化来推断焊缝的熔深。
一种常用的方法是使用红外热像仪或其他热像技术来实时监测焊接过程中焊接表面的温度变化。
在熔深检测过程中，可以将焊接表面的温度曲线与已知的标准曲线进行比较。
根据曲线的形状和变化趋势，可以确定焊接缺陷或焊接参数的不符合情况。
通过分析焊接表面的温度分布，可以计算出焊缝的熔深。
观点和理解：激光焊接熔深检测是确保激光焊接质量的关键步骤之一。
通过测量焊缝的熔深，可以确定焊接参数的是否合适，并及时发现焊接缺陷。
熔深检测不仅可以改善焊接的质量，还可以提高生产效率。
对于激光焊接熔深检测技术的研究还在不断深入。
一些新的高精度传感器和测量方法已经被开发出来，以提高检测的准确性和灵敏度。
同时，通过结合人工智能和机器学习等技术，可以实现对焊接过程的实时监测和自动调整。
总结和回顾：激光焊接熔深检测是一项关键技术，用于评估激光焊接质量。
它基于测量焊接表面的温度变化来推断焊缝的熔深。
激光深熔焊接的主要工艺参数(精)
（一）激光深熔焊接的主要工艺参数1)激光功率。
激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。
只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。
如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。
而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。
激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。
焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。
一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。
2)光束焦斑。
光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。
但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。
光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。
最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。
这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。
3)材料吸收值。
材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。
影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；其次，材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。
CO2激光器的输出波长通常为10.6μm，陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等非金属对它的吸收率在室温就很高，而金属材料在室温时对它的吸收很差，直到材料一旦熔化乃至气化，它的吸收才急剧增加。
采用表面涂层或表面生成氧化膜的方法，提高材料对光束的吸收很有效。
4)焊接速度。
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。
激光焊接参数对焊缝熔深和熔宽的影响机制
激光焊接参数对焊缝熔深和熔宽的影响机制1. 引言激光焊接作为一种高能量密度、高效率的焊接方法，在工业制造中得到了广泛应用。
激光焊接参数的选择对焊接质量具有重要影响，其中焊缝熔深和熔宽是两个关键的焊接质量指标。
本文将探讨激光焊接参数（如功率、焦距、扫描速度等）对焊缝熔深和熔宽的影响机制。
2. 激光焊接参数2.1 功率激光焊接功率是激光束每秒传递给工件的能量，直接影响焊缝的熔深和熔宽。
功率越大，焊接区域的温度升高，导致更大的熔深和熔宽。
2.2 焦距焦距是激光焊接头焦点到工件表面的距离，影响焦点能量密度分布。
较小的焦距通常导致更高的能量密度，从而影响焊缝的熔深和熔宽。
2.3 扫描速度扫描速度是激光焊接头在工件表面移动的速度。
较高的扫描速度通常会导致较小的熔深和较窄的熔宽，因为焊接区域的加热时间减少。
3. 影响机制3.1 温度分布激光焊接时，焊接区域受到高能量密度的激光束照射，导致温度急剧升高。
功率的增加会使焊接区域温度升高，从而增加熔深和熔宽。
3.2 熔池形成焊接过程中，激光能量使工件表面产生熔池。
功率较大、焦距较小的情况下，形成的熔池更大，熔深和熔宽相应增加。
3.3 凝固速度焊接后，熔池要经历冷却凝固过程。
较高的扫描速度会导致凝固速度增加，使熔池在较短时间内冷却凝固，从而减小熔深和熔宽。
3.4 热输入热输入是焊接区域单位宽度上的总热量，与功率、焦距和扫描速度等参数有关。
适当的热输入可调节焊缝的宽度和深度，影响焊接效果。
4. 最佳参数选择4.1 平衡在选择激光焊接参数时，需要平衡熔深和熔宽之间的关系。
过高的功率和过小的焦距可能导致过大的熔深，而过高的扫描速度则可能导致较小的熔深。
4.2 焦点位置选择适当的焦点位置是影响焊接质量的关键。
通过调整焦点位置，可以在熔深和熔宽之间找到最佳平衡点。
5. 应用与展望激光焊接参数的选择对于不同材料和应用有不同的最佳值。
在未来，通过先进的模拟和实验手段，更准确地理解激光焊接过程中的物理机制，将有助于制定更精准的参数选择策略，提高激光焊接的效率和质量。
激光焊接实验报告
激光焊接实验报告激光焊接实验报告激光焊接是一种高精度、高效率的焊接技术，近年来在工业生产中得到广泛应用。
本次实验旨在探究激光焊接的原理、工艺参数对焊接质量的影响以及激光焊接在不同材料上的应用情况。
一、激光焊接原理激光焊接是利用激光束高能量密度的特性，使焊接材料局部加热至熔点以上，并通过熔融池的形成和凝固来实现焊接的过程。
激光束的高能量密度使得焊接过程能够在极短的时间内完成，从而减少了热对焊接材料的影响区域，避免了热变形和材料的退火等问题。
二、激光焊接工艺参数对焊接质量的影响在实验中，我们通过调整激光功率、焊接速度和焊接距离等工艺参数，探究它们对焊接质量的影响。
1. 激光功率：激光功率的大小直接影响焊接材料的加热速度和熔融深度。
当激光功率过低时，焊接材料无法达到熔点，焊接效果差；当激光功率过高时，会导致焊接材料过度熔化，产生焊缝过宽或焊接变形等问题。
因此，选择合适的激光功率对于获得良好的焊接质量至关重要。
2. 焊接速度：焊接速度决定了激光束在焊接材料上停留的时间，直接影响焊接区域的加热时间和冷却速度。
当焊接速度过快时，焊接材料的加热时间不足，焊接质量较差；当焊接速度过慢时，焊接区域的热量传导时间过长，可能引起焊接材料的过热和变形。
因此，选择适当的焊接速度能够提高焊接质量。
3. 焊接距离：焊接距离是指激光束与焊接材料的距离，它决定了激光束的焦点位置和焊接区域的大小。
当焊接距离过大时，激光束的能量密度降低，焊接质量下降；当焊接距离过小时，激光束的能量密度过高，可能导致焊接材料熔化过度。
因此，选择合适的焊接距离对于获得理想的焊接效果十分重要。
三、激光焊接在不同材料上的应用情况激光焊接技术在不同材料上都有广泛的应用，如金属、塑料、陶瓷等。
1. 金属焊接：激光焊接在金属焊接领域具有独特的优势。
由于激光束的高能量密度和聚焦性，可以实现对金属材料的高精度焊接，焊接接头的强度和密封性都较高。
激光焊接还可以用于焊接不同种类的金属材料，如不锈钢、铝合金等。
激光焊接的工艺技术和性能特点介绍讲解
激光焊接的工艺技术和性能特点介绍激光焊接的工艺技术和性能特点一、激光焊接的工艺参数。
1、功率密度。
功率密度是激光加工中最关键的参数之一。
采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。
因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。
对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。
因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。
2、激光脉冲波形。
激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。
当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。
在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。
3、激光脉冲宽度。
脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。
4、离焦量对焊接质量的影响。
激光焊接通常需要一定的离做文章一，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。
离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。
离焦方式有两种：正离焦与负离焦。
焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。
按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。
负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。
实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。
与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。
当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。
所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。
、激光焊接工艺方法1、片与片间的焊接。
包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等 4种工艺方法。
激光焊接工艺参数对中铬铁素体不锈钢焊缝成型的影响
中 国 科 技 信 息 ２ ０ １ ４ 年 第Ｏ ６ 期Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｍ ａ ｒ ． ２ ０ １ ４
表２不同激光功率对Ｓ Ｕ Ｓ ４ ３ ０ 不锈钢熔深熔宽影响
图１ 所示 。
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（ ａ ）正 离焦 （ ｂ ）零 离焦 （ Ｃ ）负离焦 图１ 不同离焦量下 ，激光光束与工件间位置关系
００ ０ １ ２船 巷 Ｉ ４ Ｏ０ ， 矗 ００ ８０ ０ ２ ００ ０
相 同 ，但 由于 工件 实 际从 激 光 中所获 得 的能 量不 同 ，正 离 焦只获得相应平面以下所提供的能量；负离焦获得的能量 则是 来 自从焦 点 到激 光光 源之 间的平 面 以下 能量 ，包括 了 能 量最 为 密集 的 焦平 面 ，获得 了更 多的能 量 使得 材料 受 热
处于较为过热的状态 ，因此表面氧化情况也较为严重。如
２ ． 激光功率的影响
功 率 密度 是 激光 焊接 中最关 键 的工 艺 参数 之一 。深熔 焊时 ，功率密度必须大于临界功率密度，才能 引起小孔效
应【 ２ ］ 。
３ ． 保护气体的影响
西安 交 通 大 学 的张 林 杰 ［ ３ 】 等 人研 究 了侧 吹辅 助气 体 对
研 究 不 同激 光功 率 对熔 深熔 宽 的影 响 。焊 接 方式 为 平 板 对 接 ，离 焦量 均 为一 Ｉ ｍｍ 。焊 缝 正面 背 面均 采 用 氩气 作 为 保 护 气体 ，气 体 流量 为 １ ５ Ｌ ／ ｍｉ ｎ 。表 ２ 所 示 为焊 接 速 度 为５ ｍｍ／ ｓ 时 ，不 同激光 功率 对Ｓ ＵＳ ４ ３ ０ 熔 深熔 宽 的影 响 。 图２ 给 出 了Ｓ Ｕ Ｓ ４ ３ ０ 铁素 体 不锈 钢随 着 功率 的增加 ，熔 深 熔 宽的 变化 趋 势 。在激 光 功率 较 低时 ，功 率 密度 不足 以
影响激光焊接质量的主要因素
影响激光焊接质量的主要因素1.焊接设备激光焊接设备通常由激光器、导光和聚焦系统组成。
1.1 激光器用于焊接的激光器主要有脉冲激光器和连续激光器。
最重要的性能是输出功率和光束质量。
焊接对激光器的质量要求最主要的是光束模式和输出功率的稳定性。
1。
1.1 光束模式光束模式阶数越低,光束的聚焦性能越好（即光束质量越好）,光斑越小，相同激光功率下激光功率密度越高，焊接深宽比越大.图1 光束模式对焊接熔深的影响图2 功率密度对熔深的影响1。
1.2 输出功率稳定性激光器的输出功率稳定性越好,焊接一致性就越好。
1。
2 导光和聚焦系统导光和聚焦系统主要由光纤、准直（扩束)镜、反射镜和聚焦镜组成，实现传输光束和聚焦的功能。
这些光学零件，在大功率激光作用下，性能可能会劣化使透过率下降，产生热透镜效应（透镜受热膨胀焦距发生变化）。
如有表面污染，则会增加传输损耗甚至可能导致光学零件的损坏。
所以光学零件的质量，维护和工作状态监测对保证焊接质量至关重要。
2.工件状态2。
1 焊接工件的加工精度、装配精度以及清洁程度因为激光光斑小,焊缝窄,一般不加填充金属，如装配不严间隙过大,光束会穿过间隙不能熔化母材，或者引起明显的咬边、凹陷。
所以一般板材对接装配间隙和光斑对缝偏差均不应大于0.1mm，错边不应大于0.2mm。
当然对焊接质量要求更高的工件,其焊接工件的加工精度及装配精度也更高，尤其是焊接前的人工装配,要保证焊接位置的高低差、装配间隙和加工件的清洁程度。
2。
2 焊接工件的材料均匀性材料的均匀性是指物质的一种或几种特性具有同组分或相同结构的状态.材料的均匀性直接影响到材料的有效使用。
影响材料均匀性的因素有合金成分的分布、材料厚度等.合金元素的种类和含量本身就对焊接质量存在影响，其分布的均匀性直接影响到焊缝的一致性。
例如铝合金材料焊接时, 合金元素的分布不均匀，或者内部存在杂质的含量不同，容易出现焊接缺陷:炸孔、咬边及凹陷。
3.焊接工装夹具在激光焊接过程中，焊接工装夹具主要是将焊接工件准确定位和可靠夹紧，便于焊接工件进行装配和焊接，保证焊接结构精度，有效的防止和减轻焊接热变形。
激光焊接体能量及对焊缝熔深的影响
范参数的变化。 (源自：中国焊接协会) 2 焊接体能量对焊缝熔深的影响试 验条件实验用的激光器为额定功率为2 kW的Nd:YAG固体 激光器，输出波长为1.06 μm的连续波激光，激光束由内 径为0.6 mm的光纤传输，经焦距为200 mm的透镜聚焦输 出激光束焦点半径为0.3 mm，工件为250×100×1.8 mm 的Q235钢板，同轴保护气为Ar气。本文的主要目的在于 研究焊接体能量对焊缝熔深的影响，因此为了减少接头 形式及其尺寸等因素的影响，实验采用Nd:YAG激光平板 堆焊，深熔焊接模式，并且只测
量工件未焊透时的焊缝熔深。通过激光功率、焊接速度、 离焦量的离散变化实现了焊接体能量的变化。实验过程 中的焊接规范参数变化如表1所示。焊接体能量对焊缝熔 深的影响焊接体能量与激光功率呈正比，激光功率密度 随着激光功率增大而增大，焊接体能量也随之增大。因 而在单位时间内将有更多的激光束能量辐照到小孔底部， 激光束对孔底的辐照加热作用增强，孔底蒸发的材料越 多，焊缝熔深也就越深。如图2a所示。焊接体能量与焊 接速度呈反比关系，随着焊接速度的加快，激光束对小 孔的辐照时间越短，辐照在小孔内的焊接体能量就越小， 则孔底蒸发
激光焊接体能量及对焊缝熔深的影响课件
激光焊接工艺参数优化实验
03Байду номын сангаас
研究
实验材料与方法
材料
选用XX型号的钢材，其化学成分和机械性能分别符合 GB/T 1591-2008和GB/T 228-2002标准规定。
方法
采用XX激光焊接机，通过控制激光功率、焊接速度、 离焦量等工艺参数，进行多组实验。
实验结果分析
01 激光功率对熔深的影响
随着激光功率的增加，熔深逐渐增大。当激光功 率达到一定值时，熔深增加速度变缓。
• 参考文献4：在激光焊接过程中，为了获得高质量、高熔深的焊缝，通常需要 对激光焊接过程进行实时监测和控制。例如，可以采用激光束能量监测装置、 光学显微镜、红外线热像仪等设备对激光焊接过程进行监测和控制。这些设备 的引入和应用不仅可以提高激光焊接的质量和效率，还可以为进一步研究和优 化激光焊接工艺提供有力的技术支持。
01
激光焊接过程中，随着激光功率的增加，熔化深度会逐渐增加
。
凝固速度
02
凝固速度是指熔化金属冷却的速度，它与熔化深度密切相关。
相变温度
03
相变温度是指材料发生相变的温度，它对焊接熔深和熔宽有着
重要影响。
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扫描速度对焊缝熔深的影响
扫描速度是激光焊接过程中控制热输入的另一个重要因素。 随着扫描速度的增加，焊缝熔深会减小。这是因为增加扫描 速度会导致热输入减小，使材料更难以熔化。
扫描速度对焊缝熔深的影响在厚板材料焊接中尤为显著。在 厚板材料焊接过程中，较低的扫描速度可以产生更深的焊缝 和更窄的热影响区。
02 焊接速度对熔深的影响
随着焊接速度的增加，熔深逐渐减小。当焊接速 度过快时，熔池不稳定，影响焊缝质量。
激光焊过程中的几种效应
激光焊过程中的几种效应
激光焊是一种高能束焊接方式，在焊接过程中存在几种主要的效应，这些效应对焊接质量、焊接速度和焊接效率等都有重要影响。
以下是激光焊接过程中的几种主要效应：
1. 热传导效应：激光焊接时，激光能量在工件表面转化为热能，导致工件表面温度升高。
热能向工件内部传播，使得工件内部温度升高，这一过程称为热传导效应。
热传导效应是激光焊接过程中的主要传热方式，对焊接区的熔化、汽化、热影响区的大小等有重要影响。
2. 热辐射效应：激光焊接过程中，高能束的激光照射到工件表面，工件表面吸收激光能量后温度升高，产生热辐射。
热辐射的强度和波长与工件温度有关，这一效应对焊接区的加热速度和加热均匀性有重要影响。
3. 热对流效应：在激光焊接过程中，由于工件表面温度升高，与周围环境之间存在温差，导致工件表面附近的气体流动，这一流动现象称为热对流。
热对流对焊接区的温度场和气体保护效果有重要影响，也影响着焊接质量和焊接效率。
4. 光致等离子效应：在激光焊接过程中，高能束的激光照射到工件表面，使得工件表面的部分物质蒸发并形成等离子体。
等离子体对激光具有吸收和散射作用，影响着激光能量的传输和分布，这一效应称为光致等离子效应。
光致等离子效应对焊接区的加热效果和焊接质量有重要影响。
了解和掌握这些效应的特点和规律，有助于更好地控制激光焊接过程，提高焊接质量、焊接速度和焊接效率。
同时，也有助于优化激光焊接工艺参数，例如激光功率、激光焦距、焊接速度等，以获得更好的焊接效果。
激光焊接体能量及其对焊缝熔深的影响讲解
激光焊接体能量及其对焊缝熔深的影响讲解激光焊接体能量及其对焊缝熔深的影响定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数对激光焊接过程的影响，焊接体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、与离焦量呈指数关系。
研究结果表明，随着焊接体能量的增大，焊缝熔深近似呈线性增大。
前言激光焊接，特别是激光深熔焊接是一个非常复杂的物理化学过程，涉及到激光—材料—等离子体之间的相互作用。
但是在激光焊接过程中影响并决定焊缝熔深等焊缝成型状况的是激光定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数对激光焊接过程的影响，焊接体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、与离焦量呈指数关系。
研究结果表明，随着焊接体能量的增大，焊缝熔深近似呈线性增大。
前言激光焊接，特别是激光深熔焊接是一个非常复杂的物理化学过程，涉及到激光—材料—等离子体之间的相互作用。
但是在激光焊接过程中影响并决定焊缝熔深等焊缝成型状况的是激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数，其中离焦量（在激光焊接中，一般用离焦量来表征激光光斑及焦点尺寸）是焊缝熔深的重要影响因素之一。
在电弧焊中，人们常采用焊接线能量或热输入(二者的单位均为J·m-1)来描述和评价焊接过程中电弧电压、焊接电流和焊接速度等焊接规范参数对焊缝熔深的影响，但是这两个参数都没有考虑电弧作用面积对焊缝熔深的影响。
如果用电弧焊中的焊接线能量或热输入来综合评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响，则不能反映离焦量及焦点尺寸对焊缝熔深的影响。
若考虑离焦量的影响，用热输入来评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响，则容易和电弧焊中的热输入在物理意义上混淆。
目前，在激光焊接的研究中，还没有一个参数能够综合体现焊接规范参数对焊接过程的影响。
为了综合评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响以及区别电弧焊中的热输入，本文定义了焊接体能量，并研究了Nd:YAG 激光深熔焊接过程中焊接体能量对焊缝熔深的影响。
7.4 激光焊接的焊缝介绍讲解
课程名称：激光焊接工艺实践 承担单位：浙江工贸职业技术学院
9/30/2018
1.教学目标
• 了解激光焊接接头的构成，并掌握焊缝成形系数的概 念和影响因素。
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2
激光焊接接头的构成
1）激光焊接接头主要包括：焊缝、热影响区和母材三个部分。 焊缝是指两个被焊工件的结合部分金属，由熔化后的母材和填充材料共同构成； 热影响区是指由于焊接热作用，焊缝两侧发生了组织和性能变化的母材金属； 母材指的是被焊工件。
图2 激光焊接接头的不同位置 a)平焊；b)横焊；c)立焊；d)仰焊；e)平角焊；f)仰角焊
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3）激光焊缝的形状系数 焊缝的形状可用一系列几何尺寸来表示，不同形式的焊缝其形状尺寸也不一样。 焊缝的成形系数是指熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度B与焊缝熔深H的比值。 焊缝宽度是指焊缝表面两焊趾之间的距离；焊趾是焊缝表面与母材的交界处。 焊缝熔深是指在焊接接头横截面上母材熔化的深度； 余高是指超出母材表面的连线上面的那部分焊缝金属的最大高度。
焊缝
母材 热影响区
图1 高强钢的激光焊接接头的构成
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2）激光焊缝的形式 根据激光焊接常用的不同接头形式，激光焊缝相应地分为对接焊缝、搭接焊缝、 角接焊缝和T形焊缝等几种； 按照施焊时焊缝的空间所处位置分为：平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝，图2 所示； 按焊缝断续情况分为连续焊缝、断续焊缝和定位焊缝；
图5 激光功率对焊缝熔宽的影响
图6 激光功率对焊缝熔深的影响
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3. 小结
本次课介绍了激光焊缝的不同形式和焊缝成形系数以及影
响激光焊缝成形的主要因素。
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激光焊接能量模式
激光焊接能量模式激光焊接是一种常见的金属焊接技术，它利用激光束将金属加热至熔化或半熔化状态，然后通过固化形成焊缝。
而激光焊接的能量模式则是指在激光焊接过程中，能量的分布和调控方式。
激光焊接中的能量模式主要有连续模式和脉冲模式两种。
连续模式是指激光束以连续的方式输出能量，这种模式下激光束的功率和能量密度一直保持不变。
连续模式适用于对焊接速度要求较高的情况，因为它可以提供稳定的焊接能量，确保焊接速度不受影响。
同时，连续模式也适用于对焊接深度要求较大的情况，因为连续的能量输入可以使焊缝更深更牢固。
脉冲模式是指激光束以脉冲的方式输出能量，这种模式下激光束的功率和能量密度会有周期性的变化。
脉冲模式适用于对焊接质量要求较高的情况，因为它可以提供更精确的能量控制，从而实现更精细的焊接。
同时，脉冲模式也适用于对焊接热影响区要求较小的情况，因为脉冲的能量输入可以减少热量的扩散，从而降低热影响区的大小。
在实际应用中，激光焊接的能量模式选择需要根据具体的焊接要求来确定。
一般来说，当焊接速度和焊接深度都是重要考虑因素时，连续模式是一个较好的选择。
而当焊接质量和热影响区控制是重要考虑因素时，脉冲模式则更为适合。
除了连续模式和脉冲模式外，激光焊接还可以根据能量的调控方式进行分类。
常见的能量调控方式有恒功率调控和恒能量密度调控两种。
恒功率调控是指在焊接过程中，激光束的功率保持不变，而焊接速度根据需要进行调整。
这种调控方式适用于对焊接速度要求较高的情况，因为它可以确保焊接速度的稳定性。
同时，恒功率调控也适用于对焊接深度要求较大的情况，因为恒定的功率可以提供足够的能量来实现深度焊接。
恒能量密度调控是指在焊接过程中，激光束的功率随焊接速度的变化而自动调整，以保持焊接区域的能量密度不变。
这种调控方式适用于对焊接质量要求较高的情况，因为它可以确保焊接区域的能量分布均匀，从而实现更稳定的焊接质量。
激光焊接的能量模式对于焊接质量、焊接速度、焊接深度和热影响区控制等方面都有重要影响。
激光深熔焊接
（一）激光深熔焊接的主要工艺参数1)激光功率。
激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。
只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。
如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。
而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。
激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。
焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。
一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。
2)光束焦斑。
光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。
但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。
光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。
最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。
这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。
3)材料吸收值。
材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。
影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；其次，材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。
CO2激光器的输出波长通常为10.6μm，陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等非金属对它的吸收率在室温就很高，而金属材料在室温时对它的吸收很差，直到材料一旦熔化乃至气化，它的吸收才急剧增加。
采用表面涂层或表面生成氧化膜的方法，提高材料对光束的吸收很有效。
4)焊接速度。
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。
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定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数对激光焊接过程的影响，焊接体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、与离焦量呈指数关系。研究结果表明，随着焊接体能量的增大，焊缝熔深近似呈线性增大。前言激光焊接，特别是激光深熔焊接是一个非常复杂的物理化学过程，涉及到激光—材料—等离子体之间的相互作用。但是在激光焊接过程中影响并决定焊缝熔深等焊缝成型状况的是激光
定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数对激光焊接过程的影响，焊接体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、与离焦量呈指数关系。研究结果表明，随着焊接体能量的增大，焊缝熔深近似呈线性增大。
前言
激光焊接，特别是激光深熔焊接是一个非常复杂的物理化学过程，涉及到激光—材料—等离子体之间的相互作用。但是在激光焊接过程中影响并决定焊缝熔深等焊缝成型状况的是激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数，其中离焦量（在激光焊接中，一般用离焦量来表征激光光斑及焦点尺寸）是焊缝熔深的重要影响因素之一。
3、结论
（1）定义激光焊接体能量，其由激光功率、焊接速度及离焦量计算得到。
（2）焊接体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、离焦量呈指数关系，激光束焦点尺寸越小，焊接体能量越大。
（3）焊缝熔深随着焊接体能量的缝熔深的影响。
（编辑：文静）
从焊接体能量的定义及图可以看出，焊接体能量综合了激光功率、焊接速度及离焦量等焊接规范参数对焊缝熔深的影响。
此外，从焊接体能量的定义中还可以看出，焊接体能量与激光束焦点半径成平方关系，能够体现激光束焦点大小对焊缝熔深的影响。激光束焦点尺寸越小，焊接体能量就越大，也就可以获得更深的焊缝熔深。或者说，在一定的焊接体能量下，获得一定深度的焊缝熔深，如果所用激光束焦点越小，则所需要的激光功率也就越小。因此，可采用强聚焦的方法减小激光束焦点尺寸，从而达到增加熔深或减小激光器输出功率的目的，这一点已被国外有关研究成果所证明。
2、焊接体能量对焊缝熔深的影响
试验条件
实验用的激光器为额定功率为2kW的Nd:YAG固体激光器，输出波长为1.06μm的连续波激光，激光束由内径为0.6mm的光纤传输，经焦距为200mm的透镜聚焦输出激光束焦点半径为0.3mm，工件为250×100×1.8mm的Q235钢板，同轴保护气为Ar气。本文的主要目的在于研究焊接体能量对焊缝熔深的影响，因此为了减少接头形式及其尺寸等因素的影响，实验采用Nd:YAG激光平板堆焊，深熔焊接模式，并且只测量工件未焊透时的焊缝熔深。
通过激光功率、焊接速度、离焦量的离散变化实现了焊接体能量的变化。
焊接体能量对焊缝熔深的影响
焊接体能量与激光功率呈正比，激光功率密度随着激光功率增大而增大，焊接体能量也随之增大。因而在单位时间内将有更多的激光束能量辐照到小孔底部，激光束对孔底的辐照加热作用增强，孔底蒸发的材料越多，焊缝熔深也就越深。
焊接体能量与焊接速度呈反比关系，随着焊接速度的加快，激光束对小孔的辐照时间越短，辐照在小孔内的焊接体能量就越小，则孔底蒸发的材料就越少，焊缝熔深就越浅。
焊接体能量与离焦量呈指数关系，在离焦量变化过程中，随着激光束焦点到工件上表面距离的减小，辐照在小孔内的激光光斑就越小，激光功率密度就越大，焊接体能量也就越大，对孔底材料的轰击也就越强，孔底蒸发的材料也就越多，焊缝熔深也就越深。
焊缝熔深随焊接体能量的变化而近似呈线性变化。焊接体能量越大，则单位时间、单位面积内工件材料接受的激光束辐照的能量越多，蒸发的材料也就越多，从而小孔深度和焊缝熔深也就越深。
从焊接体能量的定义中可以看出，焊接体能量的物理意义为单位时间内的激光功率密度或单位面积内的焊接线能量，其单位为J·m-3，不同于电弧焊中焊接线能量和热输入的物理意义和单位J·m-1。
从焊接体能量的定义可以看出，焊接体能量可由激光功率、焊接速度、及离焦量及激光束焦点半径计算得出。图1为焊接体能量随激光功率、焊接速度和离焦量等焊接规范参数的变化。从焊接体能量的定义及图1中可以看出，焊接体能量与激光功率成正比关系，与焊接速度成反比关系，与焦点尺寸成平方关系，而与离焦量成指数关系。焊接体能量的变化能够体现激光功率、焊接速度、离焦量等焊接规范参数的变化。
在电弧焊中，人们常采用焊接线能量或热输入(二者的单位均为J·m-1)来描述和评价焊接过程中电弧电压、焊接电流和焊接速度等焊接规范参数对焊缝熔深的影响，但是这两个参数都没有考虑电弧作用面积对焊缝熔深的影响。
如果用电弧焊中的焊接线能量或热输入来综合评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响，则不能反映离焦量及焦点尺寸对焊缝熔深的影响。若考虑离焦量的影响，用热输入来评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响，则容易和电弧焊中的热输入在物理意义上混淆。
目前，在激光焊接的研究中，还没有一个参数能够综合体现焊接规范参数对焊接过程的影响。为了综合评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响以及区别电弧焊中的热输入，本文定义了焊接体能量，并研究了Nd:YAG激光深熔焊接过程中焊接体能量对焊缝熔深的影响。
1、焊接体能量的定义
为了能够综合评价激光功率、焊接速度、激光辐照面积（离焦量）以及焦点尺寸等焊接规范参数对焊缝熔深的影响，引入焊接体能量的概念，并将焊接体能量qV的定义。