要点161  激光焊接和切割不宜采用高阶模激光束

要点161 激光焊接和切割不宜采用高阶模激光束

聚焦后的激光束，照射在工件表面上，就形成光斑。焦后光束直径的大小，一般就反映了聚焦的好坏；虽然激光光斑直径很小，但是仔细对光斑进行深入研究后发现：在激光光斑直径方向上，激光的光强分布并不是均匀的。这种激光光斑直径方向的分布状态称为光斑模式。

光斑模式的英文含意是Transverse Electromagnetic Modes（TEM），即横向电磁模式之意。

图6-43示意给出三种光斑模式与横向（径向）光斑强度分布的对应关系。

其中，TEM₀₀模式光斑是进行激光热加工，特别是激光焊接与切割所要求的光斑模式，因为光强是以光斑圆心为中心呈现所谓高斯分布（图6-44、图6-45），它具有良好的工艺性能。

图6-43 光斑模式示意图

图6-44 TEM₀₀模光斑的光强“高斯分布”

而其他光斑模式（图6-46）都有光强为零的区域，这会恶化光斑的工艺性能。

通常用TEM_mn表示激光束横模的光场分布，m和n为横模指数；横模的阶次越高，模体积越大，聚焦光斑直径也越大，功率密度则越低。对激光焊接和切割，适合的激光功率密度为10⁶～10¹²W/cm²，采用高阶模激光束不能满足其要求。因此希望激光器输出激光束为基模或低阶模，图6-47给出了适用于焊接的激光束横模类型。

图6-45 TEM₀₀模式光斑的热成像图

图6-46 常见光斑模式