Лазерный сварочный робот представляет собой монохроматический направленно-сфокусированный энергетический луч, генерируемый по принципу усиления света посредством стимулированного излучения, диаметр которого может составлять менее 0,01 мм, а плотность мощности — до 10 Вт/㎡. Его можно использовать в качестве источника тепла для сварки, резки и плакирования поверхности материала.
Лазерный сварочный робот — это метод сварки, в котором энергия (видимый или ультрафиолетовый свет) используется в качестве источника тепла для плавления и соединения заготовок. Энергия лазера может быть достигнута не только потому, что сам лазер имеет чрезвычайно высокую энергию, но, что более важно, потому что энергия лазера сильно фокусируется в одной точке, что увеличивает ее плотность энергии.
Во время сварки лазер освещает поверхность свариваемого материала и вступает в реакцию с ней, заставляя часть отражаться, а часть поглощаться, попадая внутрь материала. Для непрозрачных материалов проходящий свет поглощается, а коэффициент линейного поглощения металла составляет 10 * 7~10 * 8/м. В случае металлов лазер поглощается и преобразуется в тепловую энергию толщиной 0,01-0,1 м на поверхности металла, вызывая повышение температуры на поверхности металла и затем передачу его внутрь металла.
Фотоны бомбардируют поверхность металла, образуя пар, а испаренный металл предотвращает отражение оставшейся энергии от металла. Если свариваемый металл имеет хорошую теплопроводность, глубина провара будет большей. Отражение, передача и поглощение лазера на поверхности материала по существу являются результатом взаимодействия электромагнитного поля световых волн и материала.
Когда лазерные световые волны падают на материал, заряженные частицы в материале колеблются в соответствии с шагом электрического волнового вектора света, преобразуя энергию излучения фотонов в кинетическую энергию электронов. После поглощения лазера вещества сначала генерируют избыточную энергию определенных частиц, например кинетическую энергию свободных электронов, энергию возбуждения связанных электронов или избыток фононов. Эти первоначальные энергии возбуждения преобразуются в тепловую энергию посредством определенного процесса.
Помимо того, что лазер является электромагнитными волнами, как и другие источники света, он также обладает характеристиками, которых нет у других источников света, такими как высокая направленность, высокая яркость (интенсивность фотонов), высокая монохроматичность и высокая когерентность. При обработке лазерной сваркой преобразование энергии света, поглощенной материалом, в тепловую энергию происходит за чрезвычайно короткое время (около 10 секунд). За это время тепловая энергия ограничивается зоной лазерного излучения материала, а затем передается посредством теплопроводности из высокотемпературной зоны в низкотемпературную зону.
Поглощение лазера металлами в основном связано с такими факторами, как длина волны лазера, свойства материала, температура, состояние поверхности и плотность мощности лазера. Вообще говоря, скорость поглощения металла лазером увеличивается с увеличением температуры и удельного сопротивления.
