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焊接機(jī)器人激光焊原理

作者:邁德爾 來源:http://www.tourdetweed.org/ 時(shí)間:2020-03-18 07:57:11 瀏覽次數(shù):

焊接機(jī)器人激光是利用受激輻射實(shí)現(xiàn)光的放大原理而產(chǎn)生的一種單色 、方向性聚焦后可獲得直徑小于0.01mm、功率密度高達(dá)10W/㎡的能束,可用焊接、切割及材料表面熔覆的熱源。
     焊接機(jī)器人激光焊是利用能(可見光或紫外線)作為熱源熔化并連接工件的焊接方法。激光能得以實(shí)現(xiàn),不僅是因?yàn)榧す獗旧砭哂袠O高的能量,更重要的是因?yàn)榧す饽芰勘桓叨染劢沟揭稽c(diǎn),使其能量密度增大。

     激光焊接時(shí),激光照射到被焊材料的表面,與其發(fā)生作用,一部分被反射,一部分被吸收,進(jìn)入材料內(nèi)部。對于不透明材料,透射光被吸收,金屬的線性吸收系數(shù)為107~108/m。對于金屬,激光在金屬表面0.01~0.1m的厚度中被吸收轉(zhuǎn)變成熱能,導(dǎo)致金屬表面溫度升高,再傳向金屬內(nèi)部。

     光子轟擊金屬表面形成蒸氣,蒸發(fā)的金屬可防止剩余能量被金屬反射掉。如果被焊金屬有良好的導(dǎo)熱性能,則會(huì)得到較大的熔深。激光在材料表面的反射、透射和吸收,本質(zhì)上是光波的電磁場與材料相互作用的結(jié)果。激光光波入射材料時(shí),材料中的帶電粒子依著光波電矢量的步調(diào)振動(dòng),使光子的輻射能變成了電子的動(dòng)能。物質(zhì)吸收激光后,首先產(chǎn)生的是某些質(zhì)點(diǎn)的過量能量,如自由電子的動(dòng)能、束縛電子的激發(fā)能或者還有過量的聲子,這些原始激發(fā)能經(jīng)過一定過程在轉(zhuǎn)化為熱能。

     激光除了與其他光源一樣是電磁波外,還具有其他光源不具備的特性,如高方向性、高亮度(光子強(qiáng)度)、高單色性和高相干性。激光焊接加工時(shí),材料吸收的光能向熱能的轉(zhuǎn)換是在極短的時(shí)間(約為10s)內(nèi)完成的。在這個(gè)時(shí)間內(nèi),熱能僅僅局限于材料的激光輻射區(qū),而后通過熱傳導(dǎo),熱量由高溫區(qū)傳向低溫區(qū)。

     金屬對激光的吸收,主要與激光波長、材料的性質(zhì)、溫度、表面狀況以及激光功率密度等因素有關(guān)。一般來說,金屬對激光的吸收率隨著溫度的上升而增大,隨電阻率的增大而增大。

焊接領(lǐng)域目前主要采用兩種激光器:YAG固體激光器(含Nd3+的Yttri-um-Aluminium-Garnet,簡稱YAG)和二氧化碳?xì)怏w激光器。




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