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焊接機(jī)器人激光加工

焊接機(jī)器人激光加工是以聚焦的激光束作為熱源轟擊工件，對(duì)金屬或非金屬工件進(jìn)行熔化形成小孔、切口、連接、熔覆等的加工方法。激光加工實(shí)質(zhì)上是激光與非透明物質(zhì)相互作用的過程，微觀上是一個(gè)量子過程，宏觀上則表現(xiàn)為反射、吸收、加熱、熔化、氣化等現(xiàn)象。

在不同功率密度的激光束照下，材料表面區(qū)域發(fā)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(chǎn)生光致等離子體等。

1激光功率密度小于數(shù)量級(jí)

當(dāng)激光功率密度小于數(shù)量級(jí)時(shí)，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(dāng)激光功率密度在數(shù)量級(jí)范圍時(shí)，產(chǎn)生熱傳導(dǎo)型加熱，材料表層將發(fā)生熔化，主要用于金屬的表面重熔、合金化、熔覆和熱傳導(dǎo)型焊接（如薄板高速焊及精密點(diǎn)焊等）。

2激光功率密度達(dá)到數(shù)量級(jí)

當(dāng)激光功率密度達(dá)到數(shù)量級(jí)時(shí)，材料表面在激光束的照射下，激光熱源中心加熱溫度達(dá)到金屬的沸點(diǎn)，形成等離子蒸汽而強(qiáng)烈氣化，在氣化膨脹壓力作用下，液態(tài)表面向下凹陷形成深熔小孔；與此同時(shí)，金屬蒸汽在激光束的作用下電離產(chǎn)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。

3激光束功率密度大于數(shù)量級(jí)

當(dāng)激光束功率密度大于數(shù)量級(jí)時(shí)，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(tuán)，出現(xiàn)等離子體對(duì)激光的屏蔽現(xiàn)象，這一階段只適用于采用脈沖激光進(jìn)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(jìn)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(jì)70年代，隨著大功率二氧化碳激光器、高重復(fù)頻釔鋁石榴石激光器的出現(xiàn)，以及對(duì)激光加工機(jī)理和工藝的深入研究，激光加工技術(shù)有了很大進(jìn)展，適用范圍隨之?dāng)U大。數(shù)千瓦的激光加工設(shè)備競(jìng)相出現(xiàn)，并與光電跟蹤、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、工業(yè)焊接機(jī)器人等技術(shù)相結(jié)合，大大提高了激光加工的自動(dòng)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(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、控制及檢測(cè)系統(tǒng)。從激光器輸出的高強(qiáng)度激光束經(jīng)過透鏡聚焦到工件上，其焦點(diǎn)處的功率密度可達(dá)溫度高達(dá)1萬攝氏度以上，任何材料都會(huì)瞬時(shí)熔化、氣化。激光加工就是利用這種光能的熱效應(yīng)對(duì)材料進(jìn)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?xì)怏w激光器。由于二氧化碳激光器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出功率范圍大和能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛用于材料的激光加工。