了解激光焊接机器人及激光焊工作原理
  2021/09/25| 阅读次数:446


焊接行业是人们非常熟悉的。当人们听到焊接时,他们会想到有火花和烟雾的车间。随着机器人技术的发展,焊工在焊接车间几乎看不见,焊接机器人被用于焊接。


以半导体激光器为焊接热源的激光焊接机器人,已经越来越广泛地应用于手机、笔记本电脑等电子设备的摄像头部件的焊接。


半导体激光器(又称激光二极管LD)作为激光焊接机器人的焊接热源,使小型化、高性能激光焊接机器人的系统应用成为现实。局部非接触小直径加热方式的激光焊接机器人系统解决了精细焊接的一大难题。例如,在电子器件的制造中,过去在用焊接机器人焊接电子组件时,必须为焊接头留出一定的空间,以到达待焊接的零件进行焊接。随着电子产品小型化的发展,电子元器件的引脚间距越来越小(0.3毫米间距),集成电路芯片封装元器件的引脚间距也从1.0毫米发展到0.8毫米、0.65毫米、0.5毫米,甚至0.4毫米、0.3毫米,这些都是非常常见的,元器件之间的间距也越来越小。


激光焊工作原理


机器人激光焊接是一种直径小于0.01毫米、功率密度高达10W/㎡的单色定向聚焦能量束,可作为焊接、切割和材料表面熔覆的热源。


机器人激光焊接是一种利用能量(可见光或紫外光)作为热源来熔化和连接工件的焊接方法。激光之所以能够实现,不仅仅是因为激光本身具有极高的能量,还因为激光能量高度聚焦到一个点上,这就增加了它的能量密度。


当激光焊接机器人进行激光焊接时,激光照射到待焊接材料的表面,并与之发生反应,一部分被反射,一部分被吸收到材料中。对于不透明材料,透射光被吸收,金属的线性吸收系数为107-108/m,对于金属,激光在金属表面被吸收并转化为厚度为0.01-0.1m的热能,使金属表面温度升高后透射到金属内部。


光子轰击金属表面形成蒸汽,蒸发的金属可以防止剩余能量被金属反射。如果焊接金属具有良好的导热性,它将获得更大的穿透力。激光在材料表面的反射、透射和吸收本质上是光波电磁场与材料相互作用的结果。当激光光波入射到材料上时,材料中的带电粒子按照光波电矢量的步调振动,使光子的辐射能变成电子的动能。物质吸收激光时,首先会产生一些粒子的过剩能量,如自由电子的动能、束缚电子的激发能或过剩声子。这些原始的激发能经过一定的过程转化为热能。


激光除了像其他光源一样是电磁波外,还具有其他光源不具备的特性,如高方向性、高亮度(光子强度)、高单色性和高相干性。激光焊接时,材料吸收的光能转化为热能在很短的时间内(约10s)完成。此时,热能仅局限于材料的激光辐射区域,然后通过热传导将热量从高温区域传递到低温区域。


金属对激光的吸收主要与激光波长、材料性质、温度、表面状况和激光功率密度有关。一般来说,金属对激光的吸收率随着温度和电阻率的增加而增加。