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高功率激光焊接離焦量問題的解決方法

　　在激光焊接領(lǐng)域，隨著高功率光纖激光器和碟片激光器的引入，機遇和挑戰(zhàn)以有史以來最快的速度在迅速地增長。最值得注意的是，更高激光功率和光束質(zhì)量使其應用范圍有機會擴展到更深的激光深熔焊接，這也為激光聚焦光學組件帶來了一個全新的挑戰(zhàn)。
　　具體來說，聚焦光學組件面對的挑戰(zhàn)或者說障礙被稱為“離焦量”，對這一問題的描述早在十年前就由Dirk Lange提出。該研究對離焦量進行了定義和量化（在YAG功率最低不超過3kW時為1 mm/kW）。巧合的是，在同一時期，EWI在一項涉及光束耦合器應用中觀察到在4kW光纖激光功率時也有類似的現(xiàn)象。但EWI在開始10kW功率的光纖激光焊接試驗時才觀察到離焦量對激光焊接造成的實際影響。
　　激光焊接過程中離焦量的產(chǎn)生過程如圖1所示。為了便于討論，我們假設(shè)具有非常低的吸收率的透鏡和一個保護蓋片的1微米聚焦光學組件在非常潔凈的情況下開始傳輸。不幸的是，這種情況在生產(chǎn)環(huán)境中是很少存在的。有時在焊接時(或之前)，煙塵、蒸汽、油、飛濺物或其他形式的污染物會在最近的光學表面上發(fā)現(xiàn)——保護玻璃窗口。這種污染會使得窗口局部過熱，產(chǎn)生熱變形和窗口折射率的變化。這個結(jié)果會導致焦點遠離工作面而向光學組件移動，從而產(chǎn)生更多污染和焊接熔深的損失。
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