При лазерной сварке сфокусированным лучом формируется парогазовый канал вследствие плавления металла и выдавливания расплавленного металла силой реактивной отдачи пара металла. Возникновению канала препятствуют силы поверхностного натяжения, тяжести и внутреннее давление в жидком металле. При возникновении канал вытесняет жидкий металл, что является причиной выпуклости поверхности ванны. При кристаллизации поверхность ванны фиксируется, что формирует выпуклость в начале шва. Фиксация значительного количества металла в начале шва уменьшает количество расплава в сварочной ванне. В конце шва из-за недостаточного количества расплава возникает кратер. Формированию выпуклости в начале шва и кратеру в конце шва способствует уменьшение плотности и локальное увеличение объема металла при нагревании и плавлении.
Парогазовый канал является неустойчивым образованием, глубина которого периодически изменяется. Однако период колебаний длины канала значительно меньше времени формирования сварочной ванны, поэтому колебаниями глубины канала можно пренебречь и принять, что его форма определяется равновесием между капиллярным давлением и давлением реактивной отдачи пара металла. Не учитывали также колебания поверхности сварочной ванны, вызванные колебаниями канала. Поэтому расположение поверхности сварочной ванны определяли как равновесное, возникающее вследствие равновесия давлений капиллярного, реактивной отдачи пара и внутреннего в расплаве. Колебания глубины канала, выдавливание расплава вследствие термического расширения и термокапиллярный эффект являются причиной движения расплава.
В процессе экспериментальных исследований и путем моделирования установлено, что при сварке импульсами постоянной мощности и с постоянной скоростью перемещения луча формируется шов со значительной выпуклостью в начале шва и глубоким кратером в его конце. Для уменьшения размеров этих дефектов рекомендовано изменять мощность и скорость луча в процессе сварки. Характерные дефекты сварных соединений в виде выплесков и выпуклостей в начале и усадочных кратеров при завершении процесса импульсной лазерной сварки определяются нестационарными явлениями при формировании поверхности сварочной ванны и ее фиксацией на фронте кристаллизации сварного соединения. Нестационарные явления при формировании и кристаллизации сварочной ванны могут быть воспроизведены решением системы нестационарных уравнений теплопроводности, учитывающей воздействие лазерного луча на металл, равновесие давлений на поверхности сварочной ванны, которое определяет расположение этой поверхности при балансе решения с объемами плавящегося и кристаллизующегося металла. При выборе параметров процесса сварки следует учитывать, что в начале процесса количество плавящегося металла существенно больше кристаллизующегося, а вытеснение расплава парогазовым каналом и тепловое расширение металла являются причиной возникновения выпуклости поверхности, которая фиксируется на фронте кристаллизации. В конце сварки, после выключения луча, количества расплава в сварочной ванне недостаточно для заполнения парогазового канала, что является причиной возникновения усадочных кратеров в конце шва.