焊接機(jī)器人激光焊接原理

焊接這個行業(yè)對人們來說是非常熟悉的，大家一聽到焊接就會想到火花四濺、煙霧繚繞的工作車間，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在在焊接車間中基本上看不到人工的身影，都是使用機(jī)器人進(jìn)行焊接

激光焊接機(jī)器人以半導(dǎo)體激光器作為的焊接熱源，使得其已越來越廣泛地被應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等電子設(shè)備的攝像頭零件的焊接。

半導(dǎo)體激光器（也稱激光二極管（LD））作為激光焊接機(jī)器人的焊接熱源，使得小型化、高性能的激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。通過激光實(shí)行局部非接觸式，細(xì)小直徑加熱方式的激光焊接機(jī)器人系統(tǒng)解決了細(xì)微焊接的一大難題。例如，在電子裝置制造中，以往用的焊接機(jī)器人對電子組裝施以錫釬焊時，必須留有一定空間讓烙鐵頭能伸人至被焊部位進(jìn)行焊接。隨著電子產(chǎn)品小型化的發(fā)展，電子部件引腳的間距越來越小（0.3mm間距），集成電路芯片封裝元件的引腳間距也從當(dāng)初的1.0mm發(fā)展為0.8mm、0.65mm、0.5mm，甚至0.4mm、0.3mm都已很普遍，并且部件之間的空間也越來越小。

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)器人圖片

焊接機(jī)器人圖片

焊接機(jī)器人圖片

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，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，材料中的帶電粒子依著光波電矢量的步調(diào)振動，使光子的輻射能變成了電子的動能。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，材料吸收的光能向熱能的轉(zhuǎn)換是在極短的時間（約為10s）內(nèi)完成的。在這個時間內(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。