激光焊接调试——定焦点

激光在每次接触新设备，或者进行新的实验时，第一步一定是调焦，只有自己找到焦平面，才能正确的确定其他工艺参数如离焦量、功率、速度等，做到心中有数。在现场调试，第一件事也是定焦，如果焦点不对，直接导致后续缺陷，改进方向无从谈起，甚至走向错误方向，所以找到焦平面是工艺调试、打样、实验第一要务。

定焦原理如下：

首先激光束能量并非均匀分布，由于聚焦镜左右，呈现一个沙漏状，在束腰位置，能量最集中，最强，也就是焦点所在平面位置。如图1、2所示，不同能量的激光束的焦深特征不同，同时振镜和单模、多模激光器也有所不同，主要体现在能力空间分布上，有些比较紧凑，有些比较细长（瑞利长度不同），但能量都围绕焦点位置对称分布。

所以找焦点的依据就在于去感知能量变化，一般用小功率，200－500W左右，通过一定方式，在激光方向找到两个焊接现象（声光电）对称分布的位置坐标，求个中值，即为焦平面位置，如图所示：材料表面对激光单位能量密度极为敏感，一旦低于某个阈值就不会有反应。这就简单了，我们只要在激光方向找到如图1、2两个位置，在距离焦点两个方向同样位置应该有同样的声音、火花、飞溅现象，以此来确定焦点就在这两个位置中间。

波形设置：

1、焊接模式选择QCW模式。

2、最大功率设置为0．3左右，功率不要设置过大。

3、 波形脉宽设置为第一段0．1毫秒，功率100％，第二段2．5毫秒，功率100％。脉宽不能设置过长。

4、频率设置为1～1．5，频率不要设置过高。

5、开始调焦

针对不同的激光束有不同的定焦方法，总的来说分为三步。

第一种：打斜线法：

1、先通过引导光斑确定焦平面大概范围，找引导光斑最亮最小点确定为初步实验焦点；

2、平台搭建，如图4所示

2、打斜线注意事项

（1） 一般用钢板，半导体500W以内，光纤300W左右即可；速度上可以设置80－200mm

（2） 钢板斜面角度越大越好，尽量在45－60度左右，中点定在引导光斑最小最亮的粗定位焦点位置；

（3） 然后开始打线，打线要达到什么效果？理论上这个线会在焦点左右对称分布，轨迹有个从大到小再变大、或者从小变大再变小的变化过程；

（4） 半导体找最细点，钢板在焦点位置还会发白有明显的颜色特征，也可以作为定位焦点依据；

（5） 其次光纤尽量控制背面微透，在焦点位置微透，说明焦点在背面微透长度的中点，此时焦点粗定位完毕，使用线激光辅助定位进行下一步。

3、下一步放平工件，把线激光调到和焦点引导光斑重合，即为定位焦点，然后进行最后一步焦平面验证：即打点法，也是第二种方法

（1） 通过打脉冲点的方式进行验证，原理：是在焦点位置飞溅火花，声音特征明显，在焦点上下限有一个分界点，声音和飞溅、火花明显不一样的点，记录焦点上下限，中点即为焦点，

（2） 再调节线激光重合，焦点既定位完毕，误差在0．5mm以内。务必重复实验定位，提高精度，避免单次导致的系统误差。

打点法也分多种，每个厂商会有不同的使用习惯：适用于焦深较大的，光斑大小在Z轴方向变化较大的光纤激光，通过打一排点，看钢板表面的点的变化趋势，每次调节Z轴变化0．5mm，打在钢板上的印记由大到小，再由小变大的过程，最小的点即为焦点。

有些通过在相纸上打点，一般用小功率，看相纸烧蚀点的大小来判断焦点，烧蚀点由大到小再变大，最小即为焦点，这个误差比较大，一般在0．5－1mm左右；

还有在钢板上打点，动Z轴高度，间隔0．5mm打一个点，通过显微镜，放大观察，最小点即为焦点，这个一般要间距大一点，10mm左右，不然钢板发热，也会影响钢板对激光的吸收率，会导致误差，这种精度也在0．5－1mm之间；

还有就是上面说的靠声音、飞溅、火花，每个人根据各自的习惯和对这些特征的灵敏度来选择信号，每次寸动0．2－0．5mm，观察目标信号的变化，一般采取火花从无到有或者声音从无到有、飞溅从无到有，这个界限定为上边界，再找下边界，火花从有到无、飞溅从有到无、声音从有到无，来定下边界，再取个中间值即为焦平面。

这里要注意打点较多，一般是有专门打点的式样，一般直接用美工刀片，酒精擦去油污使用。注意打点位置不要重合，不然表面粗糙度，温度都会影响吸收率，影响特征信号异常导致误判；还有注意打点间距大一点，防止刀片变形翘曲造成误判；多次求平均值，平滑误差，这么搞一般能够把精度控制在0．3mm内。

打点过程一定要戴护目镜，防止强光、飞溅伤眼。

第三种打螺旋线，主要使用在振镜上。主要是振镜脉冲打点，特征不太明显，速度太快，所以采用螺旋线，原理同上，找两个临界点取中值。

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