焊接机器人上的激光焊接头的加工原理

来源:万顺兴科技    关键词:激光焊接头, 加工头,    发布时间:2019-06-25

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激光头雕刻是激光系统最常见的应用。根据激光束与材料相互作用的原理,激光头加工大致可分为两类:激光头热处理和光化学反应加工。激光头热处理(Laser thermal processing)是指利用投射到材料表面的激光束产生的热效应来完成加工,包括激光焊接头焊接、激光头雕刻和激光头切割、表面改性、激光头打标、激光头钻孔和微加工;光化学反应处理是指将激光束照射到物体上,高密度激光高能光子用来启动或控制光化学反应过程。包括光化学沉积、立体平版印刷、激光雕刻蚀刻等。


激光头加工利用光能聚焦在透镜上,在焦点处获得高能量密度,这是通过光热效应加工的。激光头加工不需要工具,加工速度快,表面变形小,可以加工多种材料。激光束用于对材料进行各种处理,例如冲压、切割、切割、焊接、热处理等。一些亚稳态物质在外部光子的激发下吸收光能,因此高能原子的数量大于低能原子的数量——粒子的数量相反。如果有光束,光子能量等于两者之差,然后产生受激辐射并输出大量光能。


激光焊接头


与其他加工技术相比,激光头加工有其独特的特点和优势。其主要特点是:


1. 非接触处理

激光属于非接触加工,无刀具切削,切边无机械应力,无刀具磨损和更换、拆装问题,可缩短加工时间;激光焊接头焊接不需要焊接和填充材料,还需要深熔焊接净化。效果是焊缝杂质含量低,纯度高。对于高速焊接和高速切割,聚焦激光束具有每平方厘米106至1012瓦的高功率密度。利用光的惯性,它可以在高速焊接或切割过程中停止并快速启动。


2. 加工材料的热影响区很小

被激光束照射的物体表面是局部区域。尽管被处理部分的温度高并且产生的热量大,但是处理期间的移动速度快,受热量影响的面积小,并且几乎没有未被照射的部分影响。在实际的热处理、激光切割头切割和激光焊接头焊接过程中,工件基本上没有变形。正是激光头加工的这一特点成功地应用于局部热处理和管子焊接。


3. 灵活的处理

激光光束易于聚焦、发散和定向,并且易于获得不同的光斑尺寸和功率以适应不同的加工要求。通过调整外部光路系统来调整光束的方向,它与数控机床和机器人相连接,形成各种可以加工复杂工件的加工系统。激光头加工不受电磁干扰,可以在大气中加工。


4. 微区处理是可能的

激光束不仅可以聚焦,而且可以聚焦到波长级光斑,因此小的高能光斑可以用于微区处理。


5.密封容器中的工件可以通过透明介质进行加工。


6.加工高硬度、高脆性和高熔点的金属和非金属材料。


激光焊接头


焊接机器人激光加工原理


1.激光头加工技术

它是一种切割、焊接、表面处理、冲压、微机械加工等技术。材料(包括金属和非金属)是利用激光束和物质之间相互作用的特性制造的。激光加工作为一种先进的制造技术,已经广泛应用于汽车、电子、电气、航空航天、冶金、机械制造等工业领域。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越来越重要效果。


2.激光焊接机器人的激光头加工

焊接机器人的激光头加工是这样一种加工方法,其中聚焦激光束被用作轰击工件的热源,并且金属或非金属工件被熔化以形成小孔、狭缝、接头、覆层等。激光头加工本质上是激光与不透明材料相互作用的过程。微观上,它是一个量子过程,宏观上被反射、吸收、加热、熔化、蒸发,等等。在不同功率密度的激光束下,材料表面积的各种变化包括表面温度升高、熔化、气化、针孔形成和光诱导等离子体产生。


3.激光头功率密度小于数量级

当激光头功率密度小于一个数量级时,金属仅吸收激光能量以提高材料的表面温度,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。当激光头功率密度在数量级时,发生热传导加热,材料表层熔化,主要用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和热传导焊接(如薄板高速焊接和精密点焊)。


4.激光头功率密度达到数量级

当激光头功率密度达到一个数量级时,材料表面被激光束照射,激光热源中心的加热温度达到金属的沸点,形成等离子体蒸汽并被强烈蒸发。在气化膨胀压力的作用下,液体向下凹陷形成深孔,该孔熔化;同时,金属蒸汽被激光束电离以产生光致等离子体。该平台主要用于激光束的深光束激光焊接、激光切割和冲压。


5.激光束功率密度大于数量级

当激光束的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,形成等离子云,并且发生等离子体对激光的屏蔽。该平台仅适用于脉冲激光钻孔。冲击硬化和其他处理。


激光焊接头


激光头技术人员使用高功率密度激光束照射工件,熔化和蒸发材料,用于穿孔、激光切割和激光焊接等特殊加工。早期的激光头加工由于功率低,主要用于小孔和微焊接。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工艺的深入研究,激光头加工技术取得了很大进展,其应用范围也扩大了。几千瓦的激光加工设备相互竞争,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,大大提高了激光头加工的自动化水平和功能。


激光头加工设备由四个主要部件组成,即激光器、光学系统、机械系统、控制和检查系统。来自激光器的高强度激光束通过透镜聚焦在工件上,焦点处的功率密度高达10,000摄氏度。任何物质都会立即熔化和蒸发。激光头加工利用光能的热效应来激光焊接、冲压和激光切割材料。通常用于加工的激光器主要是钇铝石榴石固体激光器和二氧化碳气体激光器。CO2激光器结构简单,输出功率范围大,能量转换效率高,可广泛应用于材料的激光头加工。