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焊接机器人激光加工的原理

来源:百家号-朝洪机器人自动化    关键词:   发布时间:2019-04-20

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激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。激光加工作为先进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,对提高产品质量和劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到越来越重要的作用。


焊接机器人激光加工

焊接机器人激光加工是以聚焦的激光束作为热源轰击工件,对金属或非金属工件进行熔化形成小孔、切口、连接、熔覆等的加工方法。激光加工实质上是激光与非透明物质相互作用的过程,微观上是一个量子过程,宏观上则表现为反射、吸收、加热、熔化、气化等现象。

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。

1激光功率密度小于数量级

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)。

2激光功率密度达到数量级

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。

3激光束功率密度大于数量级

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。

激光技工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等特种加工。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世纪70年代,随着大功率二氧化碳激光器、高重复频钇铝石榴石激光器的出现,以及对激光加工机理和工艺的深入研究,激光加工技术有了很大进展,适用范围随之扩大。数千瓦的激光加工设备竞相出现,并与光电跟踪、计算机数字控制、工业焊接机器人等技术相结合,大大提高了激光加工的自动化水平和使用功能。

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。