金屬激光焊接機功率與光束聚焦特征的關系

金屬激光焊接機功率與光束聚焦特征的關系

金屬激光焊接機有兩種焊接方式：熱傳導焊接和深熔焊接，當激光功率密度低于10⁶W/cm²時， 激光焊接屬于熱傳導焊接的范疇；當激光功率密度達到10⁶W/cm²時，才能形成深熔焊接，在金屬工件上產生小孔效應。今天我們就以深熔焊接為例，了解金屬激光焊接機的激光光束聚焦特征如何影響激光功率。

金屬激光焊接機對材料進行深熔焊接時，存在一個臨界閾值功率密度，而功率密度與激光器輸出功率成正比，與有效光斑直徑的平方成反比。由光束聚焦特征參數的定義式可以得到：ω=K_f/θ=2K_ff/D。公式中，ω代表聚焦后光束的束腰半徑；f為聚焦鏡的焦距；D為聚焦鏡處光束直徑。由公式可知，當K_f越小時，聚焦斑點也越小，金屬激光焊接機要達到臨界閾值功率密度，K_f小的激光束的閾值功率明顯要小于K_f大的激光束。

如果金屬激光焊接機想要獲得同樣高的激光功率密度，K_f越大的激光束就要求激光器的輸出功率越高。K_f越大的激光束就要求激光器的輸出功率越高。而大功率激光束會引起一系列的熱效應，如大功率激光光束傳輸一般采用銅反射鏡，由于激光功率比較高，照射到銅反射鏡表面會引起銅鏡表面產生熱變形。除此之外，大功率激光束在介質中傳播時，介質將吸收一部分激光能量，從而引起介質的溫度、折射率、形狀或者是介質的質量分布發生變化，反過來影響金屬激光焊接機激光光束的傳輸和聚焦。