激光焊接体能量及对焊缝熔深的影响
激光焊接工艺参数
激光焊接工艺参数激光焊接是一种高精度、高效率的焊接方法，其原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。
前者适用于功率密度小于104~105 W/cm2的情况，而后者则适用于功率密度大于105~107 W/cm2的情况。
在激光深熔焊接中，能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。
在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔，小孔内充满高温蒸汽，孔壁外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。
小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。
激光焊接的主要工艺参数包括激光功率、激光束直径、焊接速度、焊接距离、焊接角度、焊接气体等。
其中，激光功率是最关键的参数，它决定了焊缝的宽度和深度。
激光束直径和焊接速度的关系也非常重要，如果激光束直径过大，焊缝将会过宽，而如果焊接速度过快，焊缝将会过窄。
焊接距离和焊接角度也会影响焊缝的质量，而焊接气体则可以保护焊缝和减少氧化。
因此，在进行激光焊接时，需要根据具体情况调整这些参数，以获得最佳的焊接效果。
激光焊接中，激光功率是一个关键因素。
当激光功率密度超过一定的阈值时，熔深会大幅度提高，等离子体才会产生，从而实现稳定深熔焊。
如果激光功率低于此阈值，则只会发生表面熔化，即焊接以稳定热传导型进行。
当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，导致熔深波动很大。
因此，在激光深熔焊时，需要同时控制激光功率和焊接速度。
光束焦斑大小是激光焊接中最重要的变量之一，因为它决定功率密度。
然而，对于高功率激光来说，测量光束焦斑大小是一个难题。
最简单的方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。
但是，需要通过实践来掌握激光功率大小和光束作用的时间。
材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。
激光焊接功率与速度匹配表
激光焊接功率与速度匹配表激光焊接主要参数——激光功率激光功率激光功率的大小是激光焊接技术的首选参数，只有保证了足够的激光功率，才能得到好的焊接效果。
激光功率较小时，虽然也能产生小孔效应，但有时焊接效果不好，焊缝内有气孔，激光功率加大时，焊缝内气孔消失，因此激光深熔焊接时，不要采用勉强能够产生小孔效应的最小功率。
适当加大激光功率，可以提高焊接速度和熔深，只有在功率过大时，才会引起材料过分吸收，使小孔内气体喷溅，或焊缝产生疤痕，甚至使工件焊穿。
不同焊接参数与熔深的关系为使焊缝平整光滑，实际焊接时，激光功率在开始和结束时都设计有渐变过程，启动时激光功率由小变大到预定值，结束焊接时激光功率由大变小，焊缝才没有凹坑或斑痕。
激光功率与速度配比表激光焊接常见工艺参数解读激光焊接是激光加工技术应用的重要方面之一，更是21世纪最受瞩目、最有发展前景的焊接技术。
与传统焊接方法对比，激光焊接具有很多优势，焊接质量更高、效率更快。
目前，激光焊接技术已广泛应用于制造业、粉末冶金、汽车工业、电子工业、生物医学等各个领域。
一、激光焊接原理激光焊接属于熔融焊，以激光束作为焊接热源，其焊接原理是：通过特定的方法激励活性介质，使其在谐振腔中往返震荡，进而转化成受激辐射光束，当光束与工件相互接触时，其能量则被工件吸收，当温度高达材料的熔点时即可进行焊接。
△激光焊接原理按焊接熔池形成的机理划分，激光焊接有两种基本的焊接机理：热传导焊接和深熔（小孔）焊接。
热传导焊接时产生的热量通过热传递扩散至工件内部，使焊缝表面熔化，基本不产生汽化现象，常用于低速薄壁构件的焊接。
深熔焊使材料汽化，形成大量等离子体，由于热量较大，熔池前端会出现小孔现象。
深熔焊能彻底焊透工件，且输入能量大、焊接速度快，是目前使用最广泛的激光焊接模式。
二、激光焊接主要工艺参数影响激光焊接质量的工艺参数较多，如功率密度、激光脉冲波形、离焦量、焊接速度和辅助吹保护气等。
1、激光功率密度功率密度是激光加工中最关键的参数之一。
激光焊接体能量及其对焊缝熔深的影响讲解
定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数对激光焊接过程的影响，焊接体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、与离焦量呈指数关系。研究结果表明，随着焊接体能量的增大，焊缝熔深近似呈线性增大。前言激光焊接，特别是激光深熔焊接是一个非常复杂的物理化学过程，涉及到激光—材料—等离子体之间的相互作用。但是在激光焊接过程中影响并决定焊缝熔深等焊缝成型状况的是激光
定义焊接体能量用来综合评价激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数对激光焊接过程的影响，焊接体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、与离焦量呈指数关系。研究结果表明，随着焊接体能量的增大，焊缝熔深近似呈线性增大。
前言
激光焊接，特别是激光深熔焊接是一个非常复杂的物理化学过程，涉及到激光—材料—等离子体之间的相互作用。但是在激光焊接过程中影响并决定焊缝熔深等焊缝成型状况的是激光功率、焊接速度、离焦量及焦点尺寸等焊接规范参数，其中离焦量（在激光焊接中，一般用离焦量来表征激光光斑及焦点尺寸）是焊缝熔深的重要影响因素之一。
3、结论
（1）定义激光焊接体能量，其由激光功率、焊接速度及离焦量计算得到。
（2）焊接体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、离焦量呈指数关系，激光束焦点尺寸越小，焊接体能量越大。
（3）焊缝熔深随着焊接体能量的缝熔深的影响。
（编辑：文静）
从焊接体能量的定义及图可以看出，焊接体能量综合了激光功率、焊接速度及离焦量等焊接规范参数对焊缝熔深的影响。
此外，从焊接体能量的定义中还可以看出，焊接体能量与激光束焦点半径成平方关系，能够体现激光束焦点大小对焊缝熔深的影响。激光束焦点尺寸越小，焊接体能量就越大，也就可以获得更深的焊缝熔深。或者说，在一定的焊接体能量下，获得一定深度的焊缝熔深，如果所用激光束焦点越小，则所需要的激光功率也就越小。因此，可采用强聚焦的方法减小激光束焦点尺寸，从而达到增加熔深或减小激光器输出功率的目的，这一点已被国外有关研究成果所证明。
激光深熔焊接的主要工艺参数(精)
（一）激光深熔焊接的主要工艺参数1)激光功率。
激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。
只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。
如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。
而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。
激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。
焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。
一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。
2)光束焦斑。
光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。
但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。
光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。
最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。
这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。
3)材料吸收值。
材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。
影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；其次，材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。
CO2激光器的输出波长通常为10.6μm，陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等非金属对它的吸收率在室温就很高，而金属材料在室温时对它的吸收很差，直到材料一旦熔化乃至气化，它的吸收才急剧增加。
采用表面涂层或表面生成氧化膜的方法，提高材料对光束的吸收很有效。
4)焊接速度。
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。
激光焊接机的参数设置调整【教程】
激光焊接机的参数设置调整是怎么样的?我们在使用激光焊接机的过程中，如何知道激光焊接机的参数应该做哪些调整，对焊接不同的材料，激光焊接机的参数都是不同的，我们来看一下激光焊接机的参数设置。
激光脉冲宽度：激光脉冲宽度是激光焊接机在焊接过程的一个重要参数，激光脉宽，决定着焊接物的焊接宽度和深度，激光脉宽的设置影响着焊接的效果;脉宽越长热影响区越大，熔深是随脉宽的1/2次方增加。
其实对于每种材料，都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。
激光功率密度：激光功率密度是激光加工中最关键的参数之一。
激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高;因此功率密度越高，工件表层加热至沸点越快,采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。
因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。
对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。
激光脉冲波形：激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。
当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有40~70%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。
在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大，是以，不合的金属对于激光的反射率和激光的应用率都不一样，要进行有效的焊接就必须输入不合波形的激光，如许焊缝处的金属组织才能在最佳的方法结晶，形成与基体金属一致的组织，才能形成高质量的焊缝。
在实际焊接中可针对不同材料的焊接特性，灵活调整脉冲波形。
如对于易脆材料可以采用能量缓慢降低的脉冲波形,减慢冷淬速度。
激光焊接机的参数设置调整主要是对激光脉冲宽度，激光功率密度，激光脉冲波形的设置调整，对应不同的焊接材料，激光焊接机的参数都是有不同的调试数据。
激光焊接机的参数设置调整主要是你这三大要点，用户可根据焊接材料自行调整激光焊接机参数。
扩展资料：点焊机参数设置：在使用点焊机时,点焊机的点焊参数主要有焊接电流,焊接(通电)时间,电极压力和电极尺寸。
激光焊接的工艺技术和性能特点介绍讲解
激光焊接的工艺技术和性能特点介绍激光焊接的工艺技术和性能特点一、激光焊接的工艺参数。
1、功率密度。
功率密度是激光加工中最关键的参数之一。
采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。
因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。
对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。
因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。
2、激光脉冲波形。
激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。
当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。
在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。
3、激光脉冲宽度。
脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。
4、离焦量对焊接质量的影响。
激光焊接通常需要一定的离做文章一，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。
离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。
离焦方式有两种：正离焦与负离焦。
焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。
按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。
负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。
实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。
与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。
当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。
所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。
、激光焊接工艺方法1、片与片间的焊接。
包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等 4种工艺方法。
激光焊接工艺参数对中铬铁素体不锈钢焊缝成型的影响
中 国 科 技 信 息 ２ ０ １ ４ 年 第Ｏ ６ 期Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｍ ａ ｒ ． ２ ０ １ ４
表２不同激光功率对Ｓ Ｕ Ｓ ４ ３ ０ 不锈钢熔深熔宽影响
图１ 所示 。
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（ ａ ）正 离焦 （ ｂ ）零 离焦 （ Ｃ ）负离焦 图１ 不同离焦量下 ，激光光束与工件间位置关系
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相 同 ，但 由于 工件 实 际从 激 光 中所获 得 的能 量不 同 ，正 离 焦只获得相应平面以下所提供的能量；负离焦获得的能量 则是 来 自从焦 点 到激 光光 源之 间的平 面 以下 能量 ，包括 了 能 量最 为 密集 的 焦平 面 ，获得 了更 多的能 量 使得 材料 受 热
处于较为过热的状态 ，因此表面氧化情况也较为严重。如
２ ． 激光功率的影响
功 率 密度 是 激光 焊接 中最关 键 的工 艺 参数 之一 。深熔 焊时 ，功率密度必须大于临界功率密度，才能 引起小孔效
应【 ２ ］ 。
３ ． 保护气体的影响
西安 交 通 大 学 的张 林 杰 ［ ３ 】 等 人研 究 了侧 吹辅 助气 体 对
研 究 不 同激 光功 率 对熔 深熔 宽 的影 响 。焊 接 方式 为 平 板 对 接 ，离 焦量 均 为一 Ｉ ｍｍ 。焊 缝 正面 背 面均 采 用 氩气 作 为 保 护 气体 ，气 体 流量 为 １ ５ Ｌ ／ ｍｉ ｎ 。表 ２ 所 示 为焊 接 速 度 为５ ｍｍ／ ｓ 时 ，不 同激光 功率 对Ｓ ＵＳ ４ ３ ０ 熔 深熔 宽 的影 响 。 图２ 给 出 了Ｓ Ｕ Ｓ ４ ３ ０ 铁素 体 不锈 钢随 着 功率 的增加 ，熔 深 熔 宽的 变化 趋 势 。在激 光 功率 较 低时 ，功 率 密度 不足 以
激光焊接体能量及对焊缝熔深的影响课件
激光焊接工艺参数优化实验
03Байду номын сангаас
研究
实验材料与方法
材料
选用XX型号的钢材，其化学成分和机械性能分别符合 GB/T 1591-2008和GB/T 228-2002标准规定。
方法
采用XX激光焊接机，通过控制激光功率、焊接速度、 离焦量等工艺参数，进行多组实验。
实验结果分析
01 激光功率对熔深的影响
随着激光功率的增加，熔深逐渐增大。当激光功 率达到一定值时，熔深增加速度变缓。
• 参考文献4：在激光焊接过程中，为了获得高质量、高熔深的焊缝，通常需要 对激光焊接过程进行实时监测和控制。例如，可以采用激光束能量监测装置、 光学显微镜、红外线热像仪等设备对激光焊接过程进行监测和控制。这些设备 的引入和应用不仅可以提高激光焊接的质量和效率，还可以为进一步研究和优 化激光焊接工艺提供有力的技术支持。
01
激光焊接过程中，随着激光功率的增加，熔化深度会逐渐增加
。
凝固速度
02
凝固速度是指熔化金属冷却的速度，它与熔化深度密切相关。
相变温度
03
相变温度是指材料发生相变的温度，它对焊接熔深和熔宽有着
重要影响。
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扫描速度对焊缝熔深的影响
扫描速度是激光焊接过程中控制热输入的另一个重要因素。 随着扫描速度的增加，焊缝熔深会减小。这是因为增加扫描 速度会导致热输入减小，使材料更难以熔化。
扫描速度对焊缝熔深的影响在厚板材料焊接中尤为显著。在 厚板材料焊接过程中，较低的扫描速度可以产生更深的焊缝 和更窄的热影响区。
02 焊接速度对熔深的影响
随着焊接速度的增加，熔深逐渐减小。当焊接速 度过快时，熔池不稳定，影响焊缝质量。
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范参数的变化。 (源自：中国焊接协会) 2 焊接体能量对焊缝熔深的影响试 验条件实验用的激光器为额定功率为2 kW的Nd:YAG固体 激光器，输出波长为1.06 μm的连续波激光，激光束由内 径为0.6 mm的光纤传输，经焦距为200 mm的透镜聚焦输 出激光束焦点半径为0.3 mm，工件为250×100×1.8 mm 的Q235钢板，同轴保护气为Ar气。本文的主要目的在于 研究焊接体能量对焊缝熔深的影响，因此为了减少接头 形式及其尺寸等因素的影响，实验采用Nd:YAG激光平板 堆焊，深熔焊接模式，并且只测
量工件未焊透时的焊缝熔深。通过激光功率、焊接速度、 离焦量的离散变化实现了焊接体能量的变化。实验过程 中的焊接规范参数变化如表1所示。焊接体能量对焊缝熔 深的影响焊接体能量与激光功率呈正比，激光功率密度 随着激光功率增大而增大，焊接体能量也随之增大。因 而在单位时间内将有更多的激光束能量辐照到小孔底部， 激光束对孔底的辐照加热作用增强，孔底蒸发的材料越 多，焊缝熔深也就越深。如图2a所示。焊接体能量与焊 接速度呈反比关系，随着焊接速度的加快，激光束对小 孔的辐照时间越短，辐照在小孔内的焊接体能量就越小， 则孔底蒸发
能量的物理意义为单位时间内的激光功率密度或单位面 积内的焊接线能量，其单位为J?m-3，不同于电弧焊中焊 接线能量和热输入的物理意义和单位J?m-1。从焊接体能 量的定义可以看出，焊接体能量可由激光功率、焊接速 度、及离焦量及激光束焦点半径计算得出。图1为焊接体 能量随激光功率、焊接速度和离焦量等焊接规范参数的 变化。从焊接体能量的定义及图1中可以看出，焊接体能 量与激光功率成正比关系，与焊接速度成反比关系，与 焦点尺寸成平方关系，而与离焦量成指数关系。焊接体 能量的变化能够体现激光功率、焊接速度、离焦量等焊 接规
，则容易和电弧焊中的热输入在物理意义上混淆。目前， 在激光焊接的研究中，还没有一个参数能够综合体现焊 接规范参数对焊接过程的影响。为了综合评价激光焊接 过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响以及区别电弧焊 中的热输入，本文定义了焊接体能量，并研究了Nd:YAG 激光深熔焊接过程中焊接体能量对焊缝熔深的影响。1 焊 接体能量的定义为了能够综合评价激光功率、焊接速度、 激光辐照面积（离焦量）以及焦点尺寸等焊接规范参数 对焊缝熔深的影响，引入焊接体能量的概念，并将焊接 体能量qV的定义。从焊接体能量的定义中可以看出，焊 接体
可知，焊缝熔深随焊接体能量的变化而近似呈线性变化。 焊接体能量越大，则单位时间、单位面积内工件材料接 受的激光束辐照的能量越多，蒸发的材料也就越多，从 而小孔深度和焊缝熔深也就越深。从焊接体能量的定义 及图可以看出，焊接体能量综合了激光功率、焊接速度 及离焦量等焊接规范参数对焊缝熔深的影响。此外，从 焊接体能量的定义中还可以看出，焊接体能量与激光束 焦点半径成平方关系，能够体现激光束焦点大小对焊缝 熔深的影响。激光束焦点尺寸越小，焊接体能量就越大， 也就可以获得更深的焊缝熔深。或者说，在一定的焊接 体能量下，获得一
焦量（在激光焊接中，一般用离焦量来表征激光光斑及 焦点尺寸）是焊缝熔深的重要影响因素之一。在电弧焊 中，人们常采用焊接线能量或热输入(二者的单位均为 J?m-1)来描述和评价焊接过程中电弧电压、焊接电流和焊 接速度等焊接规范参数对焊缝熔深的影响，但是这两个 参数都没有考虑电弧作用面积对焊缝熔深的影响。如果 用电弧焊中的焊接线能量或热输入来综合评价激光焊接 过程中焊接规范参数对焊缝熔深的影响，则不能反映离 焦量及焦点尺寸对焊缝熔深的影响。若考虑离焦量的影 响，用热输入来评价激光焊接过程中焊接规范参数对焊 缝熔深的影响
。 (源自：中国焊接协会)
颚破机 EPjsd210
定深度的焊缝熔深，如果所用激光束焦点越小，则所需 要的激光功率也就越小。因此，可采用强聚焦的方法减 小激光束焦点尺寸，从而达到增加熔深或减小激光器输 出功率的目的，这一点已被国外有关研究成果所证明。 (源自：中国焊接协会)3 结 论（1）定义激光焊接体能量， 其由激光功率、焊接速度及离焦量计算得到。（2）焊接 体能量与激光功率呈正比、焊接速度呈反比、离焦量呈 指数关系，激光束焦点尺寸越小，焊接体能量越大。（3） 焊缝熔深随着焊接体能量的增大而近似呈线性增大。焊 接体能量能够综合体现焊接规范参数对焊缝熔深的影响
的材料就越少，焊缝熔深就越浅。如图2b所示。焊接体 能量与离焦量呈指数关系，且在理论上关于?z＝0 mm对 称（在实际焊接过程中，由于激光束焦点位置的漂移， 使焊接体能量并不关于?z＝0 mm对称，而是向入焦方向 偏பைடு நூலகம்了一定距离，本文中试验中激光束焦点位置的偏移 为入焦1mm）。在离焦量变化过程中，随着激光束焦点 到工件上表面距离的减小，辐照在小孔内的激光光斑就 越小，激光功率密度就越大，焊接体能量也就越大，对 孔底材料的轰击也就越强，孔底蒸发的材料也就越多， 焊缝熔深也就越深。如图2c所示。从上面的分析及图2中