Параметры процесса лазерной сварки

(1) Плотность мощности. Плотность мощности является одним из наиболее важных параметров лазерной обработки. Благодаря более высокой плотности мощности поверхностный слой может быть нагрет до точки кипения в течение микросекундного диапазона времени, вызывая большое испарение. Таким образом, высокая плотность мощности выгодна для обработки удаления материала, такой как сверление, резка и гравировка. При более низкой плотности мощности требуется несколько миллисекунд, чтобы температура поверхности достигла точки кипения. Прежде чем поверхность испаряется, нижний слой достигает точки плавления, при которой легко образуется хороший расплавленный сварной шов. Таким образом, при сварке кондуктивным лазером плотность мощности колеблется от 10^4 до 10^6Вт/см^2.
(2) Форма лазерного импульса. Форма волны лазерного импульса является важной проблемой в лазерной сварке, особенно при сварке тонких пленок. Когда лазерный луч высокой интенсивности облучается на поверхность материала, 60–98% лазерной энергии отражается и теряется на поверхности металла, а отражательная способность меняется в зависимости от температуры поверхности. Во время действия лазерного импульса отражательная способность металла сильно меняется.
(3) Ширина лазерного импульса. Ширина импульса является одним из важных параметров импульсной лазерной сварки. Это не только важный параметр, отличающий съем материала от плавления материала, но и ключевой параметр, определяющий стоимость и объем технологического оборудования.
(4) Влияние расфокусировки на качество сварки. Лазерная сварка обычно требует определенной расфокусировки, поскольку плотность мощности в центре пятна в фокусе лазера слишком высока, и ее легко испарять в отверстия. Распределение плотности мощности относительно равномерно на каждой плоскости вдали от фокуса лазера. Существует два типа дефокусировки: позитивная дефокусировка и негативная дефокусировка. Фокальная плоскость расположена над заготовкой при положительной дефокусировке и наоборот при отрицательной дефокусировке. Согласно теории геометрической оптики, когда расстояние между плоскостями положительной и отрицательной дефокусировки и плоскостью сварки одинаково, плотность мощности на соответствующих плоскостях примерно одинакова, но форма получаемой ванны фактически различна. При отрицательной дефокусировке можно получить большую глубину плавления, что связано с процессом формирования ванны расплава. Эксперименты показывают, что при нагревании лазера в течение 50–200 мкс материал начинает плавиться, образуя жидкий металл и частично испаряясь, образуя пар под высоким давлением и выбрасываясь с чрезвычайно высокой скоростью, излучая ослепительный белый свет. В то же время высокая концентрация газа заставляет жидкий металл перемещаться к краю ванны расплава, образуя впадину в центре ванны расплава. Когда дефокусировка отрицательная, плотность мощности внутри материала выше, чем на поверхности, что облегчает формирование более сильного плавления и испарения, благодаря чему световая энергия передается глубже в материал. Поэтому в практических приложениях, когда требуется большая глубина плавления, используют отрицательную дефокусировку; при сварке тонких материалов подходит положительный расфокус.
(5) Скорость сварки. Скорость сварки будет влиять на подвод тепла в единицу времени. Если скорость сварки слишком низкая, тепловложение будет слишком большим, что приведет к прожогу заготовки. Если скорость сварки слишком высокая, подвод тепла будет слишком мал, что приведет к неполной сварке заготовки.