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焊接机器人激光加工的原理 2020-02-19

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度,靠光热效应来加工的。 激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小,可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。 某些具有亚稳态能级的物质,在外来光子的激发下会吸收光能,使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转,若有一束光照射,光子的能量等于这两个能相对应的差,这时就会产生受激辐射,输出大量的光能。

1、非接触加工。激光属于无接触加工,切割不用刀具,切边无机械应力,也无刀具磨损和替换、拆装问题,为此可缩短加工时间;焊接无需电极和填充材料,再加上深熔焊接产生的纯化效应,使得焊缝杂质含量低、纯度高。聚焦激光束具有106~1012w/cm2高功率密度,可以进行高速焊接和高速切割。利用光的无惯性,在高速焊接或切割中可急停和快速启动。

3、加工灵活。激光束易于聚焦、发散和导向,可以很方便地得到不同的光斑尺寸和功率大小,以适应不同的加工要求。并且通过调节外光路系统改变光束的方向,与数控机床、机器人进行连接,构成各种加工系统,可对复杂工件进行加工。激光加工不受电磁干扰,可以在大气环境中进行加工。

4、可以透过透明介质对密封容器内的工件进行加工。

焊接机器人激光加工的原理


激光加工技术

焊接机器人激光加工

在不同功率密度的激光束照下,材料表面区域发生各种不同的变化,这些变化包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔以及产生光致等离子体等。

当激光功率密度小于数量级时,金属吸收激光能量只引起材料表层温度升高,但维持固相不变,主要用于零件的表面热处理、相变硬化处理或钎焊等。当激光功率密度在数量级范围时,产生热传导型加热,材料表层将发生熔化,主要用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和热传导型焊接(如薄板高速焊及精密点焊等)。

当激光功率密度达到数量级时,材料表面在激光束的照射下,激光热源中心加热温度达到金属的沸点,形成等离子蒸汽而强烈气化,在气化膨胀压力作用下,液态表面向下凹陷形成深熔小孔;与此同时,金属蒸汽在激光束的作用下电离产生光致等离子体。这一阶段主要用于激光束深熔焊接、切割和打孔等。

当激光束功率密度大于数量级时,光致等离子体将逆着激光束的入射方向传播,形成等离子体云团,出现等离子体对激光的屏蔽现象,这一阶段只适用于采用脉冲激光进行打孔、冲击硬化等加工。

激光加工装备由四大部分组成,分别是激光器、光学系统、机械系统、控制及检测系统。从激光器输出的高强度激光束经过透镜聚焦到工件上,其焦点处的功率密度可达温度高达1万摄氏度以上,任何材料都会瞬时熔化、气化。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。通常用于加工的激光器主要是yag固体激光器和二氧化碳气体激光器。由于二氧化碳激光器具有结构简单、输出功率范围大和能量转换效率高等优点,可以广泛用于材料的激光加工。




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