解决高功率激光焊接的离焦量问题
一直以来，EWI（爱迪生焊接研究所）都致力于促进制造技术的发展，特别是在材料连接领域。这方面的进展充满着新兴的机遇，同时也不乏挑战。在激光焊接领域，随着高功率光纤激光器和碟片激光器的引入，机遇和挑战以有史以来最快的速度在迅速地增长。最值得注意的是，更高激光功率和光束质量使其应用范围有机会扩展到更深的激光深熔焊接，这也为激光聚焦光学组件带来了一个全新的挑战。具体来说，聚焦光学组件面对的挑战或者说障碍被称为“离焦量（focal shift）”，对这一问题的描述早在十年前就由Dirk Lange提出。该研究对离焦量进行了定义和量化（在YAG功率最低不超过3kW时为1 mm/kW）。巧合的是，在同一时期，EWI在一项涉及光束耦合器应用中观察到在4kW光纤激光功率时也有类似的现象。但EWI在开始10kW功率的光纤激光焊接试验时才观察到离焦量对激光焊接造成的实际影响。控制和管理离焦量
激光焊接过程中离焦量的产生过程如图所示。为了便于讨论，我们假设具有非常低的吸收率的透镜和一个保护盖片的1微米聚焦光学组件在非常洁净的情况下开始传输。不幸的是，这种情况在生产环境中是很少存在的。有时在焊接时(或之前)，烟尘、蒸汽、油、飞溅物或其他形式的污染物会在最近的光学表面上发现——保护玻璃窗口。这种污染会使得窗口局部过热，产生热变形和窗口折射率的变化。这个结果会导致焦点远离工作面而向光学组件移动，从而产生更多污染和焊接熔深的损失。
激光焊接中离焦量的发生
有很多关于控制和管理离焦量的解决方案。首先，最常见的是气刀，这实际是一种高速、横向的清洁的气流或其他气体，旨在保护最末的光学表面免受污染。有许多种不同的气刀（也被称为“窗口保护”装置）被用来解决离焦量问题。其中有些设备使用了散射光监控解决方案来检测污染何时开始，并希望以此能在产生不良焊缝之前暂停焊接过程。不幸的是，目前还没有人能制作出一种完全有效的窗口保护装置，并且过程中的污染并不是让透射聚焦光学组件发生热移位的唯一原因。
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