现在，对许多制造业中的难题来说，激光已经是一个不可缺少的、廉价的解决方案了。激光器的功率成本在持续下降（以美元计），工业激光器的光束质量在不断改善。现在，又出现了高功率圆盘激光器和光纤激光器，竞争的范围在不断扩大，潜在的用户正面临着许多新问题。
焊接效率
从字面上看,“效率”通常是一个无量纲的数字、分数或百分比,它把实际得到的值与理论值或最佳值联系在一起。根据这种方法，术语“激光焊接效率”就是一个比率，是熔化一定数量的金属所需要的能量（理论值）与被传送的实际激光能量之比。为了获得这个比值，必须首先建立理论能量值。在本研究中，所用的材料是低碳钢，明确地说，是AISI-SAE Grade 1008。
把一定量的金属从室温加热到熔点温度所需的能量，包含“真正的热”、转化热和熔化热三部份。真正的热是温度和热容量(比热,Cp)的函数,从室温到熔化温度之间，这个热变化很大。当Cp变化时，便可获得转化热。这些数据不少可从材料手册中得到，但不是所有信息都可以从这样的手册中得到的。收集到的1008号钢的Cp值示于图1中。根据这些Cp值计算，将1克1008号钢从室温加热到熔点温度所需的能量为1131J/gm。低碳钢的熔化约为272J/gm，很容易在书中找到，它是个常数。总之，计算表明：熔化1008号钢所要求的“绝对”能量大约是1403J/gm或11J/mm3。
图1：1008号钢的比热随温度的变化
然而, 如此详细的信息对许多工程材料来说，都是很难得到的。因此，在我们的分析中，将不再强调所谓绝对效率。而术语“激光焊接效率”将被用来描述单位激光能量的熔化量，或mm3/kJ，这个术语不依赖于绝对值。
效率数据的产生和分析
为了决定激光焊接效率(如上面所定义的那样)，必须获得三个值：
◆工作点的激光功率(千瓦)
◆焊接速度(毫米/秒)
◆焊点熔化面积(毫米2)
在以前的工作4(1995)中，曾经收集和分析了100多套这样的数据，试图找出效率和功率、焊接速度、纵横比等因素之间的关系。但是，由图2可见，这些数据是非常分散的。然而，由这个图可以断定：最大可测得的激光焊接效率约在50-60mm3/kJ之间，与到达工作点的功率和焊接速度关系不大。
图2：激光焊接效率与功率之间的关系
（Laser’95,慕尼黑）
在EWI进行的工作中，有可能对焊接和数据分析进行严密得多的控制。在所探讨的4种激光器中，EWI就有3种：
◆PRC，6kw CO2激光器
◆IPG,4千瓦光纤激光器(在3.8千瓦下试验)
◆TRUMPF，4千瓦,灯泵Nd:YAG激光器。
来自第4个激光器，4千瓦圆盘激光器的数据,是由德国TRUMPF提供的。第4个激光器的基本数据也示于表1中。在EWI使用的离轴防护气体(对CO2用氦，对其它的用氩)以24升/分钟(50cfh)的流量流动。
为了分析焊点熔化面积，我们制备了金相学上的焊缝横截面，并使之成像。焊点熔化面积用AutoCAD分析(见图3)。几种激光器的焊接速度/渗透曲线示于图4中。
图3：焊点熔化面积分析方法
图4：在低碳钢中，激光焊接深度随焊接速度的变化。
激光焊接效率在焊点实际测得的激光功率基础上进行计算：
效率=焊点熔化面积 × 焊接速度/焊接点的激光功率=(mm3/kJ)
激光焊接效率概况如图5中。注意只有二个数据点是从TRUMPF圆盘激光器得到的。
图5：在低碳钢中，激光焊接效率随焊接速度的变化。
关于效率的讨论
与1995年的研究相比，本工作产生的数据要一致得多。在中等焊接速度范围内，所有四种激光器的焊接效率都很高,约为60mm3/kJ。这相当于66%的绝对效率,这个绝对效率以早期的Cp和熔化能讨论为基础。比Swift-Hook和Gick预言的最大效率48%要高很多。但是，两者之差虽然很大，但其中的一半是由于采用的Cp不同和在分析中不考虑溶解热所产生的。很清楚的是这4种激光器都能产生几乎是最佳的熔化效率。
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