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(jì)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?xì)怏w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。
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