激光焊接模式根据是否产生小孔效应通常分为两种——热导焊模式和深熔焊模式。由热导焊转变为深熔焊时,金属材料对激光的吸收率发生阶梯式的增长,焊接深度迅速增大。本文采用大功率CO₂和Nd:YAG激光焊接A3钢、铝合金2024、5083,结合高速摄像和光谱分析,对激光焊接模式转变特征进行了深入的研究。首先,对激光深熔焊接阈值的表征参量选择进行了对比实验研究。结果表明:无论使用CO₂激光还是Nd:YAG激光焊接,以激光功率与光斑直径之比P/d作为深熔焊接阈值的表征参量,其值与光斑大小无关;而采用激光功率密度表征深熔焊接阈值,其值随光斑大小不同而发生变化。其次,采用激光功率与光斑直径之比P/d作为深熔焊接阈值的表征参量,通过研究辅助气体、试样表面粗糙度和不同材料等因素对深熔焊接阈值的影响来分析探讨CO₂和YAG激光深熔焊接阈值的特性。实验结果表明:辅助气体、材料表面粗糙度和材料性质等因素的改变对YAG激光深熔焊接阈值影响明显;对CO₂激光深熔焊接阈值影响较小。最后,对比研究了CO₂和Nd:YAG激光深熔焊接过程建立时的金属蒸气羽辉的光谱特征,分析讨论了光致等离子体在CO₂激光深熔焊接过程建立时的作用。研究结果表明:YAG激光焊接模式转变阈值明显大于材料蒸发的阈值,在模式转变前的热导焊接阶段,金属材料已出现显著蒸发,而焊接模式转变后,蒸气羽辉的光谱保持不变。CO₂激光焊接模式转变前,金属仅发生微弱的蒸发。深熔焊接时,蒸发显著加强,且蒸气部分电离。分析表明,CO₂激光焊接时,金属蒸气电离形成等离子体增加金属对激光的吸收,促进深熔焊接过程的建立。