金属激光焊接机功率与光束聚焦特征的关系

金属激光焊接机功率与光束聚焦特征的关系

金属激光焊接机有两种焊接方式：热传导焊接和深熔焊接，当激光功率密度低于10⁶W/cm²时， 激光焊接属于热传导焊接的范畴；当激光功率密度达到10⁶W/cm²时，才能形成深熔焊接，在金属工件上产生小孔效应。今天我们就以深熔焊接为例，了解金属激光焊接机的激光光束聚焦特征如何影响激光功率。

金属激光焊接机对材料进行深熔焊接时，存在一个临界阈值功率密度，而功率密度与激光器输出功率成正比，与有效光斑直径的平方成反比。由光束聚焦特征参数的定义式可以得到：ω=K_f/θ=2K_ff/D。公式中，ω代表聚焦后光束的束腰半径；f为聚焦镜的焦距；D为聚焦镜处光束直径。由公式可知，当K_f越小时，聚焦斑点也越小，金属激光焊接机要达到临界阈值功率密度，K_f小的激光束的阈值功率明显要小于K_f大的激光束。

如果金属激光焊接机想要获得同样高的激光功率密度，K_f越大的激光束就要求激光器的输出功率越高。K_f越大的激光束就要求激光器的输出功率越高。而大功率激光束会引起一系列的热效应，如大功率激光光束传输一般采用铜反射镜，由于激光功率比较高，照射到铜反射镜表面会引起铜镜表面产生热变形。除此之外，大功率激光束在介质中传播时，介质将吸收一部分激光能量，从而引起介质的温度、折射率、形状或者是介质的质量分布发生变化，反过来影响金属激光焊接机激光光束的传输和聚焦。