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激光頭雕刻是激光系統(tǒng)最常見的應(yīng)用。根據(jù)激光束與材料相互作用的原理，激光頭加工大致可分為兩類:激光頭熱處理和光化學(xué)反應(yīng)加工。激光頭熱處理(Laser thermal processing)是指利用投射到材料表面的激光束產(chǎn)生的熱效應(yīng)來完成加工，包括激光焊接頭焊接、激光頭雕刻和激光頭切割、表面改性、激光頭打標(biāo)、激光頭鉆孔和微加工；光化學(xué)反應(yīng)處理是指將激光束照射到物體上，高密度激光高能光子用來啟動或控制光化學(xué)反應(yīng)過程。包括光化學(xué)沉積、立體平版印刷、激光雕刻蝕刻等。

激光頭加工利用光能聚焦在透鏡上，在焦點處獲得高能量密度，這是通過光熱效應(yīng)加工的。激光頭加工不需要工具，加工速度快，表面變形小，可以加工多種材料。激光束用于對材料進行各種處理，例如沖壓、切割、切割、焊接、熱處理等。一些亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)在外部光子的激發(fā)下吸收光能，因此高能原子的數(shù)量大于低能原子的數(shù)量——粒子的數(shù)量相反。如果有光束，光子能量等于兩者之差，然后產(chǎn)生受激輻射并輸出大量光能。

與其他加工技術(shù)相比，激光頭加工有其獨特的特點和優(yōu)勢。其主要特點是:

1. 非接觸處理

激光屬于非接觸加工，無刀具切削，切邊無機械應(yīng)力，無刀具磨損和更換、拆裝問題，可縮短加工時間；激光焊接頭焊接不需要焊接和填充材料，還需要深熔焊接凈化。效果是焊縫雜質(zhì)含量低，純度高。對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。利用光的慣性，它可以在高速焊接或切割過程中停止并快速啟動。

2. 加工材料的熱影響區(qū)很小

被激光束照射的物體表面是局部區(qū)域。盡管被處理部分的溫度高并且產(chǎn)生的熱量大，但是處理期間的移動速度快，受熱量影響的面積小，并且?guī)缀鯖]有未被照射的部分影響。在實際的熱處理、激光切割頭切割和激光焊接頭焊接過程中，工件基本上沒有變形。正是激光頭加工的這一特點成功地應(yīng)用于局部熱處理和管子焊接。

3. 靈活的處理

激光光束易于聚焦、發(fā)散和定向，并且易于獲得不同的光斑尺寸和功率以適應(yīng)不同的加工要求。通過調(diào)整外部光路系統(tǒng)來調(diào)整光束的方向，它與數(shù)控機床和機器人相連接，形成各種可以加工復(fù)雜工件的加工系統(tǒng)。激光頭加工不受電磁干擾，可以在大氣中加工。

4. 微區(qū)處理是可能的

激光束不僅可以聚焦，而且可以聚焦到波長級光斑，因此小的高能光斑可以用于微區(qū)處理。

5.密封容器中的工件可以通過透明介質(zhì)進行加工。

6.加工高硬度、高脆性和高熔點的金屬和非金屬材料。

焊接機器人激光加工原理

1.激光頭加工技術(shù)

它是一種切割、焊接、表面處理、沖壓、微機械加工等技術(shù)。材料(包括金屬和非金屬)是利用激光束和物質(zhì)之間相互作用的特性制造的。激光加工作為一種先進的制造技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電氣、航空航天、冶金、機械制造等工業(yè)領(lǐng)域。提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染和降低材料消耗越來越重要效果。

2.激光焊接機器人的激光頭加工

焊接機器人的激光頭加工是這樣一種加工方法，其中聚焦激光束被用作轟擊工件的熱源，并且金屬或非金屬工件被熔化以形成小孔、狹縫、接頭、覆層等。激光頭加工本質(zhì)上是激光與不透明材料相互作用的過程。微觀上，它是一個量子過程，宏觀上被反射、吸收、加熱、熔化、蒸發(fā)，等等。在不同功率密度的激光束下，材料表面積的各種變化包括表面溫度升高、熔化、氣化、針孔形成和光誘導(dǎo)等離子體產(chǎn)生。

3.激光頭功率密度小于數(shù)量級

當(dāng)激光頭功率密度小于一個數(shù)量級時，金屬僅吸收激光能量以提高材料的表面溫度，但固相保持不變，主要用于零件的表面熱處理、相變硬化或釬焊。當(dāng)激光頭功率密度在數(shù)量級時，發(fā)生熱傳導(dǎo)加熱，材料表層熔化，主要用于金屬的表面重熔、合金化、熔覆和熱傳導(dǎo)焊接(如薄板高速焊接和精密點焊)。

4.激光頭功率密度達到數(shù)量級

當(dāng)激光頭功率密度達到一個數(shù)量級時，材料表面被激光束照射，激光熱源中心的加熱溫度達到金屬的沸點，形成等離子體蒸汽并被強烈蒸發(fā)。在氣化膨脹壓力的作用下，液體向下凹陷形成深孔，該孔熔化；同時，金屬蒸汽被激光束電離以產(chǎn)生光致等離子體。該平臺主要用于激光束的深光束激光焊接、激光切割和沖壓。

5.激光束功率密度大于數(shù)量級

當(dāng)激光束的功率密度大于數(shù)量級時，光致等離子體將逆著激光束的入射方向傳播，形成等離子云，并且發(fā)生等離子體對激光的屏蔽。該平臺僅適用于脈沖激光鉆孔。沖擊硬化和其他處理。

激光頭技術(shù)人員使用高功率密度激光束照射工件，熔化和蒸發(fā)材料，用于穿孔、激光切割和激光焊接等特殊加工。早期的激光頭加工由于功率低，主要用于小孔和微焊接。20世紀70年代，隨著高功率二氧化碳激光器、高重復(fù)率釔鋁石榴石激光器的出現(xiàn)，以及對激光加工機理和工藝的深入研究，激光頭加工技術(shù)取得了很大進展，其應(yīng)用范圍也擴大了。幾千瓦的激光加工設(shè)備相互競爭，并與光電跟蹤、計算機數(shù)字控制、工業(yè)焊接機器人等技術(shù)相結(jié)合，大大提高了激光頭加工的自動化水平和功能。

激光頭加工設(shè)備由四個主要部件組成，即激光器、光學(xué)系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、控制和檢查系統(tǒng)。來自激光器的高強度激光束通過透鏡聚焦在工件上，焦點處的功率密度高達10，000攝氏度。任何物質(zhì)都會立即熔化和蒸發(fā)。激光頭加工利用光能的熱效應(yīng)來激光焊接、沖壓和激光切割材料。通常用于加工的激光器主要是釔鋁石榴石固體激光器和二氧化碳氣體激光器。CO2激光器結(jié)構(gòu)簡單，輸出功率范圍大，能量轉(zhuǎn)換效率高，可廣泛應(yīng)用于材料的激光頭加工。