2025年激光焊接工艺参数.pdfVIP

古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。——苏轼

激光焊接原理与主要工艺参数

1．激光焊接原理

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊

接的原理可分为热传导型焊接与激光深熔焊接。功率密度

小于104~105W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接

速度慢；功率密度大于105~107W/cm2时，金属表面

受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、

深宽比大的特点。

其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表

面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲

的宽度、能量、峰功率与重复频率等激光参数，使工件熔

化，形成特定的熔池。

用于齿轮焊接与冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及

激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。

激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其

冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是

通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功

率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满

蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能

量，孔腔内平衡温度达25000C左右，热量从这个高温

孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。

第1页

博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。——《礼记》

小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温

蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固

体材料（而在大多数常规焊接过程与激光传导焊接中，能

量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁

外液体流动与壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压

力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的

材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳

定状态。就是说，小孔与围着孔壁的熔融金属随着前导光

束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的

空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切

发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。

2.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，深熔焊与传导焊交替进行，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与焊接速度。焊接的熔深直接与光束

功率密度有关，且是入射光束功率与光束焦斑的函数。一

第2页

天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。——《周易》

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