不同激光束模式对焊缝熔深影响

随着焊接材料种类越来越丰富，客户对焊接质量的要求也越来越高。影响激光焊接质量的因素很多，如保护气体种类，气体流量大小，运动控制方式和精度等。诸多影响因素中光纤激光器是保证良好焊接质量的关键因素。激光器影响焊接质量的因素也有很多，如激光功率、焊接速度、离焦量等，但往往忽略光束模式这一因素。

光纤激光器的光束模式分为单模和多模两种。在焊接应用中，聚焦光斑对焊缝熔深有很大影响，间接影响焊缝的抗拉强度。单模激光器的纤芯比较细，光束质量优于多模，激光能量呈高斯分布，中间能量密度最高，三维图是一个尖圆的山峰状，如图中上排两图。多模激光器的纤芯相比粗一些，光束质量相比单模要差一些，能量分布相比单模光斑平均一些，三维图像一个倒扣的杯子，如图中下排两图。

以不同光束模式对Q235钢板进行相关焊接测试，测试结果仅供客户和终端应用厂家在选择焊接用激光器时作参考使用。本次测试采用2000W连续激光器，分别以单模和多模两种模式搭配光纤激光高功率及具有同轴 CCD 显示和照明功能的焊接头（准直聚焦配比为100:200），及六轴机器人进行焊接，并采用熔深显微镜观察焊缝熔深。
焊接参数如下表所示：

不同光束模式的实验结果如下图所示：

由上图分析发现：
01、激光功率一定的情况下，随着焊接速度的减小，无论采用单模还是多模激光器，焊缝熔深都会逐渐增大。
02、激光功率一定的情况下，随着离焦量的减小，无论采用单模还是多模激光器，焊缝熔深都会逐渐增大。
03、在功率、离焦量和速度保持不变的情况下，单模激光器的焊接熔深比多模大。
总结：不同的激光束模式需搭配不同的工艺参数才能达到最佳焊接效果。