激光焊接有兩種基本模式:熱導焊和深熔焊,前者所用激光功率密度較低(105~106W/cm2),工件吸收激光后,僅達到表面熔化,然后依靠熱傳導向工件內部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺,深寬比較小。后者激光動車密度高(106~107W/cm2),工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化,熔化的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底,使小孔不斷延伸,直至小孔內的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動時,小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方,凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大,深寬比也大。在機械制造領域,除了那些微薄零件之外,一般應選用深館焊。
深熔焊過程產生的金屬蒸氣和保護氣體,在激光作用下發(fā)生電離,從而在小孔內部和上方形成等離子體。等離子體對激光有吸收、折射和散射作用,因此一般來說熔池上方的等離子體會削弱到達工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對焊接不利。通常可輔加側吹氣驅除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應,使焊接過程中伴隨著具有特征的聲、光和電荷產生,研究它們與焊接規(guī)范及焊縫質量之間的關系,和利用這些特征信號對激光焊接過程及質量進行監(jiān)控,具有十分重要的理論意義和實用價值。
由于經聚焦后的激光束光斑小(0.1~0.3mm),功率密度高,比電弧焊(5×102~104W/cm2)高幾個數量級,因而激光焊接具有傳統(tǒng)焊接方法無法比擬的顯著優(yōu)點:加熱范圍小,焊縫和熱影響區(qū)窄,接頭性能優(yōu)良;殘余應力和焊接變形小,可以實現(xiàn)高精度焊接;可對高熔點、高熱導率,熱敏感材料及非金屬進行焊接;焊接速度快,生產率高;具有高度柔性,易于實現(xiàn)自動化。
激光焊與電子束焊有許多相似之處,但它不需要真空室,不產生X射線,更適合生產中推廣應用。激光焊接實際上已取得了電子束焊接20年前的地位,成為高能束焊接技術發(fā)展的主流。