解读激光光束特性对激光加工质量的影响

激光加工过程首先是一个热变化过程，激光器发出的能量聚焦于很小的靶区，并将热量传递给被加工的材料，激光加工过程高度依赖于材料所能吸收的能量。加工过程的效率往往是辐照度的平方或立方的函数。因而可以断定，工件上的焦斑总能量和能量空间分布是加工过程的成功关键，而且 对激光束空间能量分布形状的变形是非常敏感的。在激光焊接中，零件之间的间隙必须控制非常精准，这就需要把激光束的能量始终对准相同的靶区而不发生焦斑漂移。如果进行高速焊接，不良光束结构可以引起焊缝不良的问题。在激光切割中，光束的质量和聚焦能力对切口本身的质量非常关键。质量低劣的光束可以造成零件报废或返修而增加成本。  1. 激光加工光束特性参数及其评价指标

  高功率激光加工过程中，影响激光热加工的因素很多，对于激光束，其中主要是焦点功率密度、焦斑形状、光强分布和焦斑漂移等，这些参数不仅与激光输出功率有关，而且更依赖于光束模式的分布和稳定性。

  1.1激光加工光束特性参数

  按照激光光束对激光加工的影响，可以把激光加工光束特性参数分成三类：功率特性（激光功率、功率密度、连续或脉冲）、光束特性（光束模式、光束质量、异形光束）、焦点特性（焦点大小、焦点位置、焦深）。

  这些光束特性参数并不是独立的，而是相互影响的。同样功率的激光束，光束质量越好，聚焦焦点就越小，焦点的功率密度就越大。同一束激光，采用短焦距聚焦镜，可得到较小的聚焦焦点和较大的焦点功率密度，但是造成像差大，镜片加工困难，短聚焦也容易造聚焦镜污染。采用长焦距聚焦镜，可得到较大的焦斑和较长的焦深，光斑偏移对激光加工的质量影响相对较小。光束质量作为光束特性中最重要的参数之一，对光束能量分布、聚焦焦点大小、功率密度大小等重要参数有很大影响，是评价激光制造系统的关键参数，它不仅标志了激光制造系统的可加工能力（如图1所示），还对激光材料加工过程产生重要的影响。