2．实验结果与讨论

2.1 连续激光焊接

连续激光焊接焊缝表面成型如下图：

通过实验，我们将离焦量、焊接速度、激光功率对焊缝表面的影响总结如下：

激光深熔焊的离焦方式有三种：正离焦，零离焦与负离焦，一般要求焊接深度较大时采用负离焦，而针对薄材料焊接时多采用零离焦或者正离焦。在铝合金激光焊接中，离焦量的变化对焊缝的表面成形和熔深都有较大的影响。如上图1－4所示，在零焦点和正离焦量条件下焊缝成型比较平滑，但熔深随之变浅，甚至出现焊不透的现象。随着负离焦的增大，焊缝表面变得粗糙，熔深也随之增加。当离焦量为－2mm时，焊缝表面蒸发剧烈而出现沟壑，下表面也出现明显下塌。所以3003铝合金焊接的聚焦范围在－1mm左右时可获得较好的表面成型以及良好熔深。

激光焊接速度对焊缝表面成型影响也较大，如图5－8所示，在高速焊接时表面成型较为粗糙，随着速度的降低焊缝表面成型较为平滑，但速度过低由于单位输入的线能量较大，下表面也会出现下塌现象。

在进行工艺参数优化时，同时发现在保持零离焦量和焊接速度等其他工艺参数不变的条件下，当功率低于1500W时，焊接基本不能进行，只是对表面进行一定加热。当高于1500W时，可以进行正常焊接。所以针对3系铝合金材料激光焊接，存在一个激光功率密度的阈值，当高于此阈值时才能实现焊接。

2.2 脉冲激光焊接

脉冲激光焊接焊缝表面成型如下图：

采用脉冲模式对3003铝合金进行焊接，如图1－4所示，在激光功率为2000W，离焦量为0的位置时进行焊接，发现无论是改变调制频率还是占空比，焊点的成型均由于功率密度过大，造成焊缝熔池中低熔点Mn金属元素的蒸发汽化，蒸汽压力造成金属飞溅，焊缝表面粗糙，焊缝不连续，有孔洞。当占空接近100％（及接近连续焊接时），焊缝上表面会出现较严重的沟壑，下表面会出现下塌，如图5所示。

通过对比改变离焦量发现在离焦量为＋1时焊缝表面成型最好，在离焦量为＋2时虽然焊缝表面成型较好，但由于离焦太大激光功率密度不足，直接由深熔焊变为热传导焊，仅熔化工件表面，如图5－7所示。

采用单一变量法对6－7、6－11、7－8、8－9、10－11、12－13进行实验数据分析得知，激光功率密度对3003铝合金焊成型影响最大。激光频率与焊接速度两个参数共同决定了光斑重合率的大小，所以要获得致密鱼鳞纹可以增加激光焊接频率或者降低焊接速度，一般工业加工对产品产能有严格的要求，所以在进行需要控制鱼鳞纹致密性的焊接时，例如微波组件的激光封装焊接，要适当的提高激光焊接频率。激光焊接占空比不仅影响焊缝的深度和整个焊接件的变形程度，也会影响焊缝的热影响区晶粒的大小，这对焊接接头的承受抗拉压应力是极其重要的。

3．结论

综合以上实验结果，通过连续－脉冲激光焊接的相比较，发现：在单位时间内线能量一定的条件下，激光功率密度对3003铝合金的焊缝成型起着关键作用。

所以在对3003铝合金进行焊接时不仅要考虑离焦量的变化，更重要的是选择激光器时要充分考虑激光器的光斑模式（即光纤激光器的模块组成分为单模和多模两种，单模激光器的纤芯比较细，光束质量优于多模，能量分布呈高斯分布，中间能量密度最高，三维图是一个尖圆的山峰状。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，从边缘陡峭程度来看，多模的比单模的陡峭很多）。同时影响激光功率密度也有激光焊接头的准直聚焦的配比。