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(dòng)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(diǎn)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(duì)材料進(jìn)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(dú)特的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。其主要特點(diǎn)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(jī)械應(yīng)力，無刀具磨損和更換、拆裝問題，可縮短加工時(shí)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(duì)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(dòng)。

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(dòng)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(shí)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(diǎn)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(jī)床和機(jī)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(zhǎng)級(jí)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(jìn)行加工。

6.加工高硬度、高脆性和高熔點(diǎn)的金屬和非金屬材料。

焊接機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)械制造等工業(yè)領(lǐng)域。提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率、自動(dòng)化、無污染和降低材料消耗越來越重要效果。

2.激光焊接機(jī)器人的激光頭加工

焊接機(jī)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(gè)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(jí)

當(dāng)激光頭功率密度小于一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，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(jí)時(shí)，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(diǎn)焊)。

4.激光頭功率密度達(dá)到數(shù)量級(jí)

當(dāng)激光頭功率密度達(dá)到一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，材料表面被激光束照射，激光熱源中心的加熱溫度達(dá)到金屬的沸點(diǎn)，形成等離子體蒸汽并被強(qiáng)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(shí)，金屬蒸汽被激光束電離以產(chǎn)生光致等離子體。該平臺(tái)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(jí)

當(dāng)激光束的功率密度大于數(shù)量級(jí)時(shí)，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(duì)激光的屏蔽。該平臺(tái)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(duì)激光加工機(jī)理和工藝的深入研究，激光頭加工技術(shù)取得了很大進(jìn)展，其應(yīng)用范圍也擴(kuò)大了。幾千瓦的激光加工設(shè)備相互競(jìng)爭(zhēng)，并與光電跟蹤、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、工業(yè)焊接機(jī)器人等技術(shù)相結(jié)合，大大提高了激光頭加工的自動(dòng)化水平和功能。

激光頭加工設(shè)備由四個(gè)主要部件組成，即激光器、光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、控制和檢查系統(tǒng)。來自激光器的高強(qiáng)度激光束通過透鏡聚焦在工件上，焦點(diǎn)處的功率密度高達(dá)10，000攝氏度。任何物質(zhì)都會(huì)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(jiǎn)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。