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      焊接機器人激光加工的原理

      發布日期:2019-01-29

      激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術。激光加工作為先進制造技術已廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等工業領域,對提高產品質量和勞動生產率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到越來越重要的作用。



      焊接機器人

      焊接機器人激光加工是以聚焦的激光束作為熱源轟擊工件,對金屬或非金屬工件進行熔化形成小孔、切口、連接、熔覆等的加工方法。激光加工實質上是激光與非透明物質相互作用的過程,微觀上是一個量子過程,宏觀上則表現為反射、吸收、加熱、熔化、氣化等現象。


      在不同功率密度的激光束照下,材料表面區域發生各種不同的變化,這些變化包括表面溫度升高、熔化、氣化、形成小孔以及產生光致等離子體等。


      當激光功率密度小于數量級時,金屬吸收激光能量只引起材料表層溫度升高,但維持固相不變,主要用于零件的表面熱處理、相變硬化處理或釬焊等。當激光功率密度在數量級范圍時,產生熱傳導型加熱,材料表層將發生熔化,主要用于金屬的表面重熔、合金化、熔覆和熱傳導型焊接(如薄板高速焊及精密點焊等)。


      當激光功率密度達到數量級時,材料表面在激光束的照射下,激光熱源中心加熱溫度達到金屬的沸點,形成等離子蒸汽而強烈氣化,在氣化膨脹壓力作用下,液態表面向下凹陷形成深熔小孔;與此同時,金屬蒸汽在激光束的作用下電離產生光致等離子體。這一階段主要用于激光束深熔焊接、切割和打孔等。


      當激光束功率密度大于數量級時,光致等離子體將逆著激光束的入射方向傳播,形成等離子體云團,出現等離子體對激光的屏蔽現象,這一階段只適用于采用脈沖激光進行打孔、沖擊硬化等加工。


      激光技工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化氣化而進行穿孔、切割和焊接等特種加工。早期的激光加工由于功率小,大多用于打小孔和微型焊接。到20世紀70年代,隨著大功率二氧化碳激光器、高重復頻釔鋁石榴石激光器的出現,以及對激光加工機理和工藝的深入研究,激光加工技術有了很大進展,適用范圍隨之擴大。數千瓦的激光加工設備競相出現,并與光電跟蹤、計算機數字控制、工業焊接機器人等技術相結合,大大提高了激光加工的自動化水平和使用功能。


      激光加工裝備由四大部分組成,分別是激光器、光學系統、機械系統、控制及檢測系統。從激光器輸出的高強度激光束經過透鏡聚焦到工件上,其焦點處的功率密度可達溫度高達1萬攝氏度以上,任何材料都會瞬時熔化、氣化。激光加工就是利用這種光能的熱效應對材料進行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是YAG固體激光器和二氧化碳氣體激光器。由于二氧化碳激光器具有結構簡單、輸出功率范圍大和能量轉換效率高等優點,可以廣泛用于材料的激光加工。


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