焊接頭機(jī)器人的激光焊接原理
焊接頭機(jī)器人的激光焊接是一種利用能量(可見光或紫外線)作為熱源來(lái)熔化和連接工件的焊接方法。實(shí)現(xiàn)激光能量不僅是因?yàn)榧す忸^本身具有極高的能量,而且因?yàn)榧す忸^能量高度聚焦到一點(diǎn),增加了它的能量密度。
在激光焊接頭焊接期間,激光頭激光照射并與待焊接材料的表面反應(yīng)。部分激光被反射,部分激光被吸收并進(jìn)入材料內(nèi)部。對(duì)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(duì)于金屬,激光被金屬表面吸收并轉(zhuǎn)換成厚度為0.01~0.1m的熱能,使金屬表面的溫度升高,然后轉(zhuǎn)移到金屬內(nèi)部。
光子轟擊金屬表面形成蒸汽,蒸發(fā)的金屬可以防止殘余能量被金屬反射。如果待焊接的金屬具有良好的導(dǎo)熱性,則將獲得更大的穿透性。激光頭激光在材料表面上的反射,透射和吸收基本上是光波電磁場(chǎng)與材料相互作用的結(jié)果。當(dāng)激光頭激光進(jìn)入材料時(shí),材料中的帶電粒子根據(jù)光波電矢量的步長(zhǎng)振動(dòng),使光子的輻射能成為電子的動(dòng)能。在物質(zhì)吸收激光之后,它首先產(chǎn)生一些粒子的過(guò)剩能量,例如自由電子的動(dòng)能,束縛電子的激發(fā)能量或過(guò)量的聲子。這些原始激發(fā)能量通過(guò)某一過(guò)程轉(zhuǎn)換成熱能。
除了像其他光源一樣是電磁波之外,激光頭還具有其他光源不具有的特性,例如高方向性,高亮度(光子強(qiáng)度),高單色性和高相干性。在激光焊接頭焊接期間,從材料吸收的光能到熱能的轉(zhuǎn)換在非常短的時(shí)間內(nèi)(約10秒)完成。在此期間,熱能被限制在材料的激光輻射區(qū)域,然后熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)從高溫區(qū)域傳遞到低溫區(qū)域。
激光頭激光的金屬吸收主要與激光波長(zhǎng),材料特性,溫度,表面狀態(tài)和激光頭功率密度有關(guān)。一般而言,金屬對(duì)激光頭的吸收率隨溫度和電阻率