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焊接机器人激光加工的原理

激光加工技术

它是利用激光束与材料相互作用的特性对材料(包括金属和非金属)进行切割、焊接、表面处理、钻孔和微加工的技术。激光加工作为一种先进的制造技术,已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等工业领域。它在提高产品质量和劳动生产率、自动化、无污染和降低材料消耗方面发挥着越来越重要的作用。

焊接机器人的激光加工

焊接机器人的激光加工是以聚焦激光束为热源轰击工件,熔化金属或非金属工件,形成小孔、缺口、接头、熔覆等加工方法。激光加工本质上是激光与非透明物质相互作用的过程。它是显微镜下的量子过程,宏观上反映、吸收、加热、熔化和气化。

在不同功率密度的激发光束照射下,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、气化、形成小孔以及产生光致等离子体等。

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一。激光功率密度小于量级

当激光功率密度小于量级时,金属对激光能量的吸收只会使材料表面温度升高,但固相保持不变。主要用于零件的表面热处理、相变硬化或钎焊。当激光功率密度达到一定数量级时,会发生热传导加热,材料表面会熔化。主要用于表面重熔、合金化、熔覆和导热焊接(如薄板的高速焊接和精密点焊)。

二。激光功率密度达到量级。

当激光功率密度达到量级时,材料表面被激光束照射,激光热源的中心加热温度达到金属的沸点,形成等离子体蒸汽,并发生强烈气化。在气化膨胀压力的作用下,液体表面向下压,形成深穿透孔。同时,金属蒸气在激光束的作用下电离,产生光诱导等离子体。本阶段主要用于激光束深熔焊接、切割和钻孔。

三。激光束的功率密度大于量级。

当激光束的功率密度大于数量级时,光致等离子体将沿激光束入射方向传播,形成等离子体云,将激光与等离子体屏蔽。此阶段仅适用于脉冲激光钻孔和冲击硬化。

激光技术人员利用高功率密度激光束照射工件,使材料熔化气化,进行穿孔、切割、焊接等特殊加工。早期的激光加工由于其功率低,主要用于小孔的钻削和微焊接。到20世纪70年代,随着高功率二氧化碳激光器、高重复率钇铝石榴石激光器的出现,以及对激光加工机理和技术的深入研究,激光加工技术取得了很大进展,应用范围也相应扩大。数千千瓦的激光加工设备应运而生,并结合光电跟踪、计算机数字控制、工业焊接机器人等技术,大大提高了激光加工功能的自动化和使用水平。

激光加工设备由激光、光学系统、机械系统、控制检测系统四部分组成。激光器输出的高强度激光束通过透镜聚焦在工件上。激光束聚焦处的功率密度可达到10000摄氏度以上。任何物质都会瞬间融化并气化。激光加工就是利用这种光能的热效应来加工焊接、钻孔、切割等材料。加工中常用的有YAG固体激光器和二氧化碳气体激光器。二氧化碳激光器具有结构简单、输出功率范围大、能量转换效率高等优点,可广泛应用于材料的激光加工。


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