簡介：
在上一篇文章中，我們討論了深熔雷射焊接的原理和特點。在這裡，我們將重點放在主要製程參數。這有助於您更多地了解這種焊接技術。
深熔雷射焊接主要製程參數
1. 雷射功率
雷射焊接的雷射能量密度存在一個閾值。低於這個值，穿透深度很淺。一旦達到或超過這個值，穿透深度就會大大增加。只有當工件上的雷射功率密度超過閾值（取決於材料）時才會產生等離子體。這標誌著穩定深熔焊接取得了進展。
如果雷射功率低於該閾值，則僅發生工件的表面熔化。即穩定的熱傳導焊接。但當雷射功率密度接近形成小孔的臨界條件時，深熔焊和傳導焊接交替進行。這成為不穩定的焊接過程，導致熔深深度波動較大。
雷射深熔焊接時，雷射功率同時控制熔深深度和焊接速度。焊接熔深與光束功率密度直接相關，並且是入射光束功率和光束焦斑的函數。一般來說，對於一定直徑的雷射光束，穿透深度隨著光束功率的增加而增加。
2. 光束焦點
光束光斑尺寸是雷射焊接中最重要的變數之一。因為它決定了功率密度。但對於高功率雷射來說，其測量是困難的。儘管有許多間接測量技術。
根據光衍射理論可以計算出光束焦點的衍射極限光斑尺寸。但由於聚焦透鏡像差的存在，實際光斑尺寸比計算值大。最簡單的實用方法是等溫剖面法。即用厚紙炭化並穿透聚丙烯板後測量焦斑和穿孔直徑。此方法需要透過測量實務來掌握雷射功率和光束作用時間。
3.材料吸收值
材料對雷射的吸收取決於材料的一些重要特性。如吸收率、反射率、導熱率、熔化溫度、蒸發溫度等。
最重要的是吸收率。
影響材料對雷射光束吸收率的因素包括兩個面向：
- 首先，測量材料拋光錶面的吸光度。結果發現，材料的電阻率與電阻率係數的平方根成正比。電阻率係數隨溫度變化。
- 其次，材料的表面狀況（或光潔度）對光束吸收率有更重要的影響。因此它對焊接效果有顯著影響。
陶瓷、玻璃、橡膠、塑膠等非金屬在室溫下有較高的吸收率。然而，金屬材料在室溫下的吸收率較差。而且一旦物質融化甚至蒸發，就會急劇增加。採用表面塗層或表面氧化膜有效提高材料的光束吸收能力。
4.焊接速度
焊接速度對熔深影響很大。增加速度會使穿透變淺。但如果速度太低，材料就會過度熔化，工件就會焊接。因此，對於具有一定雷射功率和厚度的特定材料，存在適當的焊接速度範圍。在相應的速度值下即可獲得最大穿透深度。
5.保護氣體
雷射焊接過程中常使用惰性氣體來保護熔池。有些材料不顧表面氧化而進行焊接，可能不考慮防護。但對於大多數應用，通常使用氦氣、氬氣、氮氣和其他氣體作為保護。
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氦
氦氣不易電離（電離能較高）。這使得雷射能夠順利通過，光束能量無障礙地到達工件表面。這是雷射焊接中使用的最有效的保護氣體。但它更貴。
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氬氣
氬氣價格便宜，密度大，所以保護效果更好。然而，它容易受到高溫金屬等離子體電離的影響。這會屏蔽部分光束擊中工件，降低焊接的有效雷射功率，並損害焊接速度和熔深。經氬氣保護的銲件表面比經氦氣保護時更光滑。
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氮
氮氣是最便宜的保護氣體。然而，它不適合焊接某些類型的不銹鋼，主要是由於冶金問題，例如吸收。有時，這會在重疊區域產生孔隙。
使用保護氣體的好處，主要表現在以下三個方面：
- 焊接時保護工件不被氧化。
- 保護聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液滴濺射，特別是在高功率雷射焊接中。由於噴射變得強大，因此現在有必要保護鏡頭。
- 消散高功率雷射焊接產生的等離子屏蔽。金屬蒸氣吸收雷射光束並電離成等離子體雲。金屬蒸氣周圍的保護氣體也因熱而電離。如果存在太多等離子體，則雷射光束會被等離子體部分消耗。等離子體作為第二能量存在於工作表面，使熔深變淺，熔池表面變寬。透過增加電子與離子和中性原子的三體碰撞來降低等離子體中的電子密度，從而提高電子的複合率。中性原子越輕，碰撞頻率和複合率越高。另一方面，只有電離能高的保護氣體才不會因氣體本身的電離而增加電子密度。
6.鏡頭焦距
焊接時通常以聚焦方式聚集激光，一般採用焦距為63~254mm的透鏡。焦點尺寸與焦距成正比。焦距越短，光點越小。然而，焦距也會影響焦深。即，焦深與焦距同步增加。因此，短焦距可以提高功率密度。由於焦深較小，鏡頭與工件之間的距離必須精確保持，穿透深度不大。
由於焊接過程中產生的飛濺和雷射模式的影響，實際焊接中使用的最短焦深多為126mm（5英吋）焦距。當接合處較大或需要透過增加光斑尺寸來增加焊接時，可選擇焦距為254mm的鏡頭。在這種情況下，需要更高的雷射輸出功率（功率密度）才能實現深穿透針孔效應。
當雷射功率超過2kW時（特別是10.6μm CO2雷射光束），由於採用特殊光學材料構成光學系統，常採用反射式聚焦方式，以避免聚焦透鏡光學損壞的風險。反射鏡一般採用拋光銅鏡。由於有效冷卻，通常建議用於聚焦高功率雷射光束。
7. 焦點位置
焦點位置對於焊接時保持足夠的功率密度至關重要。焦點相對於工件表面的位置變化直接影響焊接寬度和深度。
在大多數雷射焊接應用中，焦點通常位於工件表面下方所需熔合深度的約 1/4 處。
8. 雷射光束位置
當雷射焊接異種材料時，雷射光束位置控制焊接的最終質量，特別是在對接接頭而不是搭接接頭的情況下。例如，當將硬化鋼齒輪焊接到低碳鋼滾筒上時，正確控制雷射光束位置將有助於產生具有相對抗裂性和主要低碳成分的焊接。在某些應用中，待焊接工件的幾何形狀要求雷射光束偏轉一定角度。當光束軸與接合面的偏轉角度在100度以內時，不會影響工件對雷射能量的吸收。
9.焊接起點和終點雷射功率的逐漸升降控制
在雷射深熔焊過程中，無論焊縫深度如何，小孔始終存在。當焊接過程終止並關閉電源開關時，焊縫末端會出現一個凹坑。另外，當雷射焊接層覆蓋原來的焊接時，會發生雷射光束的過度吸收。這會導致銲接件過熱或產生氣孔。
為防止上述現象發生，可對開機和停止點進行編程，調整開機和結束時間。初始功率在短時間內以電子方式從零增加到設定功率值。且焊接時間可以調整。最後，焊接結束時，功率從設定功率逐漸減少至零。