激光焊接可在連續(xù)波波連續(xù)波焊接(CW)模式或脈沖波(PW)在模式下進(jìn)行。PW該模式提供了更好的控制、更光滑的接頭特性和更深的滲透。原因是在連續(xù)波模式下，可以控制較少的參數(shù)，如掃描速度、激光功率和隔離距離。PW除掃描速度和焦距外，還可以控制更多的參數(shù)，如脈沖功率、脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖形狀和脈沖重復(fù)率。通過(guò)控制更多的參數(shù)，PW激光焊接具有熱量輸入低、焊接周期短、能量輸入位置精度高、能連接小部件等優(yōu)點(diǎn)。

　　平均功率為1萬(wàn)萬(wàn)W在離焦位置使用時(shí)，ff=250mm聚焦透鏡連續(xù)激光束的三維輪廓。

　　熔池的特性、相組成、焊縫的力學(xué)性能和失效模式都受到工藝中脈沖輪廓的強(qiáng)烈影響。能有效減少脈沖輸入IMC提高不銹鋼的形成(SS)鈦基焊縫的均勻性。與矩形脈沖波形相比，緩降波形傳遞的能量較少，從而減少了對(duì)流體的流動(dòng)，從而產(chǎn)生較小的焊縫尺寸。較小的Marangoni流導(dǎo)致兩相混合程度低，從而降低脆性IMC形成的可能性最終會(huì)影響斷裂模式。熔深和熔池寬度也是脈沖寬度和峰值功率的函數(shù)，如Ti-6Al-4V如焊縫所示。與PW接頭相比，Ti-2Al-1.5Mn焊縫凹面邊緣連續(xù)焊接接頭的應(yīng)力集中系數(shù)較高。脈沖能量較低Ti-6Al-4V與高脈沖能量焊縫相比，產(chǎn)生較淺、較窄的熔池相對(duì)光滑。脈沖重疊也是影響光斑區(qū)域的脈沖集的一個(gè)因素。脈沖能量、脈沖持續(xù)時(shí)間、脈沖重復(fù)率和行程速度的結(jié)合決定了重疊因子值。通過(guò)增加重疊、再熔化和再凝固重疊、再熔化和再凝固來(lái)擴(kuò)大。

　　熱輸入的影響

　　熱輸入表示為工件提供的能量。熱輸入是最具影響力和可控的參數(shù)之一，可以改變?nèi)鄢氐幕瘜W(xué)成分、幾何約束、稀釋程度和缺陷的形成。熔池幾何形狀的變化取決于冷卻速率，冷卻速率與熔池長(zhǎng)度的平方形成反比。通過(guò)限制熔池的大小和范圍，可以限制峰值溫度和凝固時(shí)間的變化IMC相。當(dāng)溫度梯度瞬時(shí)引起時(shí)FZ縮小并鼓勵(lì)形成IMC此時(shí)，還觀察到馬拉戈尼流體的馬拉戈尼流體流動(dòng)?？焖倮鋮s可以是熱應(yīng)變和裂紋的基礎(chǔ)，但不易開(kāi)裂的金屬合金可以獲得高冷卻率的優(yōu)勢(shì)。其形式是微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)化，導(dǎo)致FZ區(qū)域硬度增加。

　　掃描速度的影響

　　降低掃描速度會(huì)導(dǎo)致更高的熱輸入，從而在焊縫中提供更厚的晶粒尺寸和更少的晶體邊界。此外，更高的掃描速度通常會(huì)導(dǎo)致更高的冷卻速率，從而改變孔的幾何形狀、熔池的穩(wěn)定性和光束的吸收。在某些情況下，焊接速度和熱輸入的結(jié)合也可以抑制IMC形成。焊接速度的提高可能會(huì)改變?nèi)鄢氐男螤?。Ti掃描速度的增加導(dǎo)致晶粒尺寸的減小(圖5)，這是由于冷卻速度的加快導(dǎo)致焊接強(qiáng)度的增加?；诖?。FZ取向錯(cuò)角觀結(jié)構(gòu)演變的特點(diǎn)是位錯(cuò)纏結(jié)的低角晶界較多(形成為位錯(cuò)纏結(jié)的低角晶界)α亞結(jié)構(gòu))和較小比例的高角度晶界(形成α起源于β晶粒)。在高功率下，掃描速度對(duì)晶粒尺寸和硬度的影響更加明顯。功率和焊接速率(掃描速度)有助于焊接區(qū)域的凈功率密度(能量與功率/焊接速率成比例)。

　　保護(hù)氣體

　　保護(hù)焊縫免受各種夾雜物、氣孔等缺陷的影響。(Ar)和氦(He)它是最常用的保護(hù)氣體。在保護(hù)焊接過(guò)程中，熔池上方的等離子體由惰性非反應(yīng)保護(hù)氣體和鈦離子組成，鈦離子產(chǎn)生相對(duì)穩(wěn)定的焊劑。氦是首選，因?yàn)樗瓤諝獾?，有利于保護(hù)焊縫底部Ar。在焊縫表面和根部使用有效的屏蔽非常重要，以防止氣孔從頂部和底部的入口點(diǎn)進(jìn)入。接頭之間的間隙越大，咬邊缺陷就越窄，根部填充就越不足。這些缺陷也是由空氣中污染物引起的等離子體不穩(wěn)定性引起的?？諝獾脑黾痈淖兞说入x子體的強(qiáng)度，防止了激光輻射，導(dǎo)致了孔隙、裂紋和凹陷。

　　試樣管由(a)激光束和(b)鎢惰性氣體焊接而成。

　　鎖孔和傳導(dǎo)模式

　　固體/液體和液體/氣體界面的形成對(duì)學(xué)術(shù)界至關(guān)重要，因?yàn)樗x了熔化是作為表面還是孔發(fā)生的。一般來(lái)說(shuō)，激光束吸收的能量通過(guò)孔或與材料相互作用的傳導(dǎo)模式發(fā)生。焊接過(guò)程中的孔模式允許激光束產(chǎn)生深而窄的焊縫。這些模式的主要控制目標(biāo)是通過(guò)更寬的熔池表面?zhèn)鲗?dǎo)模式(20%)或更深更窄的孔(70%)–90%)吸收的激光束能量。這些?？梢燥@著改變焊接特性。不同的材料在從傳導(dǎo)到小孔的過(guò)渡過(guò)程中表現(xiàn)出差異，這取決于材料的熱性能(導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、熔點(diǎn)和汽化溫度)。

　　眾所周知，在金屬固相和液相加熱過(guò)程中，激光脈沖的能量吸收是活躍的，直到達(dá)到汽化溫度，開(kāi)始形成小孔。通過(guò)反彈輻射機(jī)制和菲涅耳反射顯著增加了能量吸收。Panwisawas通過(guò)使用高速攝像機(jī)和計(jì)算流體力學(xué)，等人模擬和驗(yàn)證Ti-6Al-4V連續(xù)時(shí)間隔內(nèi)孔的形成和穿透深度(圖6)。固液界面的不同性質(zhì)使人們能夠捕捉到這些現(xiàn)象并變得有趣，因?yàn)槿酆蠀^(qū)(FZ)邊界預(yù)測(cè)對(duì)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都很有意義。

　　殘余應(yīng)力

　　當(dāng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性是首要問(wèn)題時(shí)，與殘余應(yīng)力有關(guān)的信息非常重要。在激光焊接過(guò)程中，無(wú)論工件夾具如何，激光材料的瞬時(shí)熔化和隨后保護(hù)氣體的冷卻過(guò)程都會(huì)引起熱循環(huán)。同時(shí)，加熱和冷卻梯度引起差分塑性流動(dòng)、熱應(yīng)變和應(yīng)力，由夾緊結(jié)構(gòu)約束的相變引起，從而誘發(fā)系統(tǒng)中的集體殘余應(yīng)力，可能對(duì)屈曲強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度有害。對(duì)于不同的Al-Ti焊縫，由于鋁的變形能力較高，鋁側(cè)的變形較大。然而，如果焊接件在夾具中保留一天，由于持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，壓應(yīng)力消除了變形。材料的延展性越高，塑性變形和垂直升力就越大。最后，及時(shí)硬化是徹底消除變形的可行方法。激光焊接的變形低于高熱量輸入焊接工藝。

　　Ti以及合金的異種焊接

　　組裝不均勻的多材料有助于獲得能夠在不均勻條件下執(zhí)行和維護(hù)的多功能先進(jìn)材料組件，降低比例，防止材料浪費(fèi)。在接下來(lái)的一章中，我們將討論這種不同焊接的機(jī)械和材料。

　　鈦-鈦基接頭

　　鈦合金的異種接頭可以保持母合金的機(jī)械性能。主要原因是熱物理性質(zhì)和化學(xué)兼容性差異小，防止了IMC的形成。在0.65–4.1kW在范圍內(nèi)施加的入射功率產(chǎn)生足夠的硬度(圖7)(a))和UTS(圖7(b))焊縫，并使用氬氣來(lái)防止氣孔。焊接過(guò)程敏感，低光束能量可能表示焊接，在高激光功率下可觀察咬邊和燒穿蒙皮。此外，入射角和入射偏移可能會(huì)影響缺陷的形成。為了提高接頭的機(jī)械性能，焊接后進(jìn)行了熱處理(PWHT)。焊后熱處理在改善自由區(qū)、熱影響區(qū)和母材(BM)延展性(伸長(zhǎng)率)和硬度表現(xiàn)出良好的效果。但焊后熱處理有助于焊后熱處理。UTS輕微改善。

　　與鎳合金相比，這些合金的重量減輕了40%，使用溫度高于鈦鋁基合金。然而，承載力的降低主要是由于較小顆粒的變形機(jī)制由位錯(cuò)滑移轉(zhuǎn)變?yōu)槿渥?。?duì)于晶粒較厚的焊縫，由于在緩慢冷卻下生長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，沉淀量通常較大。在某些情況下，誘導(dǎo)孔是不可避免的。如果限制在5%以?xún)?nèi)。