浅谈激光焊接设备

聚焦光束在毫秒内将接头处金属加热至熔点以上。功率密度约 10^6 W/cm² 时金属汽化，形成小孔，小孔捕获光束，使能量穿透深度超过光斑尺寸。小孔在移动光束后方闭合，熔池凝固成深宽比高的窄焊缝。功率密度较低时为热导模式，表面熔化但不形成小孔，得到宽而浅、表面平滑的焊道。

这一区别解释了大多数工艺选择。小孔模式单道可焊 1 mm 不锈钢，变形小。热导模式适合外观焊缝和薄箔，飞溅或咬边会导致零件报废。两者在同一台设备上运行，区别在于功率密度、焊接速度和焦点位置。

热输入是实用指标。光纤激光以 1.5 kW、4 m/min 焊接 1 mm 304 时，输入零件的能量远低于 60 A 的 TIG，热影响区窄，零件保持平面度。对 300 mm 长焊缝，这往往决定零件是直接合格还是需要校直。

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  小孔模式熔深大、热影响区窄，要求严格装配间隙和保护气体。
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  热导模式焊道浅而平滑；对间隙容忍度较高，适合可见焊缝。
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  热输入低于电弧工艺，可限制薄壁件的变形。

光纤激光在新装机中占主导。1–6 kW 光纤光源通过柔性铠装光缆将 1,070 nm 光束传输到紧凑焊头，可安装在机器人、龙门架或五轴机床上。电光转换效率高，维护量低，无需更换灯管或晶体棒。

Nd:YAG 灯泵浦设备仍在老旧工作站中使用。它们可焊接反射金属，并能切换脉冲输出进行点焊，但光学元件和闪光灯需定期维护。半导体激光光斑更宽更均匀，适合钎焊、塑料焊接和薄板热导模式焊缝。

就接头几何本身而言，两项硬件选择比光源类型更重要。振镜扫描器高速移动光束以填充间隙或形成摆动模式，在不提高平均功率的情况下加宽熔池。送丝机添加 0.3–0.8 mm 填充丝以桥接间隙或调整成分。两者都不能替代良好的装配，但都能增加工艺容差。

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  光纤激光柔性传输、维护量低，是 1–6 kW 金属焊接的默认选择。
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  Nd:YAG老旧工作站；脉冲模式适合点焊和反射合金。
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  半导体激光光斑宽而均匀；用于钎焊和热导模式焊缝。
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  扫描器+送丝光束摆动和填充丝拓宽工艺窗口。

聚焦到 0.2 mm 的光纤激光在小孔模式下无法桥接 0.3 mm 间隙。光束穿过，小孔塌陷，结果是看似焊好但无熔深的焊缝。这是来料零件上最常见的问题，属于工装问题，不是激光问题。

对接接头目标间隙小于材料厚度的 10%。1 mm 不锈钢即 0.1 mm。激光切割边缘若切割干净通常能满足；剪切边缘往往不行。若设计无法保证间隙，改用带摆动模式的热导模式、添加填充丝，或将接头改为搭接或法兰。

搭接接头容忍度更高。光束熔穿上板进入下板，间隙只在两板接触处有影响。0.5 mm 上板搭 1 mm 下板，1–2 kW、3 m/min、0.1 mm 间隙即可焊接。使工艺可重复的是接头设计，而非设备参数。

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  对接接头间隙小于厚度的 10%；干净的激光切割边缘有帮助。
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  搭接接头容忍度更高；熔穿上板进入下板。
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  法兰或角接零件无法平放做对接焊缝时使用。

奥氏体不锈钢 304 和 316L 在氩气保护下焊接良好。303 含硫以改善切削性，焊缝可能开裂；若零件必须用 303，使用填充丝或接受热裂纹风险。铝反射光束且导热快，需要更高功率。6061 可焊，但热影响区会失去 T6 态，因此不要设计必须保持完整 T6 强度而无焊后时效处理的焊接 6061 零件。

钛及其合金需要全面的氩气保护，包括拖罩和背面保护，否则焊缝吸氧变脆。Inconel 焊接良好，但接头受约束时易产生热裂纹。铜和黄铜反射近红外光；蓝光或绿光波长光源有帮助，但高峰值功率、小光斑的光纤激光仍可焊接薄壁件。

填充焊丝不只是用来填缝。铝件上用 4043 或 5356 会改变凝固区间并减少裂纹。304 上用 308L 能让焊缝成分接近母材。Inconel 上用 ERNiCr-3 同理。规则很简单：母材合金对裂纹敏感，或间隙超过板厚的 10%，就加填充丝。

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  304 / 316L用氩气保护，焊缝干净；薄壁件的常规选择。
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  6061-T6可焊，但热影响区会失去时效状态；需安排焊后时效。
• 3
  钛需要拖罩和背面保护，否则会脆化。
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  铜、黄铜反射率高；可用高峰值功率或更短波长改善。