激光焊接机器人激光加工的原理

激光焊接机器人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、切口、连接、熔化等的加工方法。激光加工本质上是激光与非透明物质相互作用的过程，微观上是量子过程，宏观上是反射、吸收、加热、熔化、气化等现象。在不同功率密度的激光束下，表面温度升高、熔化、气化、形成小孔、产生光等离子体。

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会导致材料表面温度升高，但固相保持不变，主要用于零件的表面热处理、相变硬化处理或钎焊。当激光功率密度在数量级范围内时，会产生导热加热，材料表面会熔化，主要用于金属表面重熔、合金化、熔化和导热焊接(如板高速焊、精密点焊等。

2当激光功率密度达到数量级时，激光热源中心的加热温度达到金属沸点，形成等离子体蒸汽，在气化膨胀压力下形成深熔孔，金属蒸汽在激光束下产生光等离子体。本阶段主要用于激光束的深熔焊接、切割和冲孔。

3激光束的功率密度大于数量级。当激光束的功率密度大于数量级时，光等离子体会逆着激光束的入射方向传播，形成等离子体云团，导致等离子体屏蔽激光。现阶段仅适用于脉冲激光冲孔、冲击硬化等加工。激光技术人员利用高功率密度的激光束照射工件熔化气化材料，进行穿孔、切割、焊接等特殊加工。由于功率小，早期激光加工主要用于小孔和微型焊接。到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、高重复频率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，激光加工技术取得了很大进展，应用范围扩大。数千瓦的激光加工设备竞相出现，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的自动化水平和使用功能。

激光加工设备由激光器、光学系统、机械系统、控制和检测系统四部分组成。从激光输出的高强度激光束通过镜头聚焦在工件上，其焦点的功率密度可达到1万摄氏度以上，任何材料都会立即熔化和气化。激光处理是利用这种光能的热效应焊接、冲孔和切割材料。通常用于加工的激光主要是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，可广泛应用于材料激光加工。