目前,激光加工用激光多處于紅外波段。根據(jù)材料吸收激光能量而產(chǎn)生的溫度升高,可以把激光與材料相互作用過程分為如下幾個階段: 一、無熱或基本光學(xué)階段 從微觀上來說,激光是高簡并度的光子,當(dāng)它的功率密度很低時,絕大部分的入射光子被材料中電子彈性散射,這個階段主要物理過程為反射、透射和吸收。由于吸收熱很低,不能用于一般的熱加工,主要研究內(nèi)容屬于基本學(xué)學(xué)范圍。 二、相變點以下加熱階段(T小于Ts) 這里T是加工熱溫度,Ts 為相變點溫度。當(dāng)入射激光強度提高時,入射光子與金屬中電子產(chǎn)生非彈性散射,電子通過“逆韌致輻射效應(yīng)”從光子獲取能量。處于受激態(tài)的電子與聲子相互作用,把能量傳給聲子,激發(fā)強烈的晶格自振動,從而使材料加熱。當(dāng)溫度低于相變點時,材料不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化。從宏觀上看,這個階段激光與材料相互作用的主要物理過程是傳熱。 三、在相變點以上,但低于熔點加熱階段 這個階段為材料固態(tài)相變,存在傳熱和質(zhì)量傳遞物理過程。主要工藝為激光相變硬化,主要研究激光工藝參數(shù)與材料特性對硬化的影響。 四、在熔點以上,但低于汽化點加熱階段 激光使材料熔化,形成熔池,熔池外主要是傳熱。熔池內(nèi)存在三種物理過程:傳熱、對流和傳質(zhì)。主要工藝為激光熔凝處理,激光熔覆、激光合金化和激光傳導(dǎo)焊接 五、在汽化點以上加熱階段 出現(xiàn)等離子體現(xiàn)象。激光使材料汽化,形成等離子體,這在激光深熔焊接中是經(jīng)常出到的現(xiàn)象,利用等離子體反沖效應(yīng),事可以對材料進(jìn)行沖擊硬化。隨著數(shù)字化技術(shù)日益成熟,代表處動地接技術(shù)的數(shù)字焊機(jī)、數(shù)字化控制技術(shù)業(yè)已穩(wěn)步進(jìn)入市場。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國家大型基礎(chǔ)工程,有效地促進(jìn)了先進(jìn)焊接特別是焊接自動化技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。汽車及零部件的制造對焊接的自動化程度要求日新月異。我國焊接產(chǎn)業(yè)逐步走向“高效、自動化、智能化”。我國的焊接自動化率還不足30%,同發(fā)達(dá)工業(yè)國家的80%差距甚遠(yuǎn)。從20世紀(jì)未國家逐漸在各個行業(yè)推廣自動焊的基礎(chǔ)焊接方式——氣體保護(hù)焊,來取代傳統(tǒng)的手工電弧焊,已初見成效?梢灶A(yù)計在未來,國內(nèi)自動化焊接技術(shù)將以前所未有的速度發(fā)展。 高效、自動化焊接技術(shù)的現(xiàn)狀 20世紀(jì)90年代,我國焊接界把實現(xiàn)焊接過程的機(jī)械化、自動化作為戰(zhàn)略目標(biāo),已經(jīng)在職各行業(yè)的科技發(fā)展中付諸實施,在發(fā)展焊接生產(chǎn)自動化,研究和開發(fā)焊接生產(chǎn)線及柔性制造技術(shù),發(fā)展應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計與制造;其中藥芯焊絲的增長幅度明顯加大,在未來20年內(nèi)會超過實芯焊絲,最終將成為焊接中心的主導(dǎo)產(chǎn)品。 焊接自動化技術(shù)的展望 電子技術(shù)、計算機(jī)微電子住處和自動化技術(shù)的發(fā)展,推動了焊接自動化技術(shù)的發(fā)展。特別是數(shù)控技術(shù)、柔性制造技術(shù)和信息處理技術(shù)等單元技術(shù)的引入,促進(jìn)了焊接自動化技術(shù)革命性的發(fā)展。 (1)焊接過程控制系統(tǒng)的智能化是焊接自動化的核心問題之一,也是未來開展研究的重要方向。應(yīng)開展最佳控制方法方面的研究,包括線性和各種非線性控制。最具代表性的是焊接過程的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,以及專家系統(tǒng)的研究。 。2)焊接柔性化技術(shù)也是著力研究的內(nèi)容。在未來的研究中,將各種光、機(jī)、電技術(shù)與焊接技術(shù)有機(jī)結(jié)合,以實現(xiàn)焊接的精確化和柔性化。用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)焊接工藝裝備,是提高焊接自動化水平淡的根本途徑。將數(shù)控技術(shù)配以各類焊接機(jī)械設(shè)備,以提高其柔性化水平,是當(dāng)前的一個研究方向;另外,焊接機(jī)器人與專家系統(tǒng)的結(jié)合,實現(xiàn)自動路徑規(guī)劃、自動校正軌跡、自動控制熔深等功能是研究的重點。 。3)焊接控制系統(tǒng)的集成是人與技術(shù)的集成和焊接技術(shù)與信息技術(shù)的集成。集成系統(tǒng)中信息流和物質(zhì)流是其重要的組成部分,促進(jìn)其有機(jī)地結(jié)合,可大大降低信息量和實時控制的要求。注意發(fā)揮人在控制和臨機(jī)處理的響應(yīng)和判斷能力,建立人機(jī)圣誕的友好界面,使人和自動系統(tǒng)和諧統(tǒng)一,是集成系統(tǒng)的不可低估的因素。 。4)提高焊接電源的可靠性、質(zhì)量穩(wěn)定性和控制,以及優(yōu)良的動感性,也是著重研究的課題。開發(fā)研制具有調(diào)節(jié)電弧運動、送絲和焊槍姿態(tài),能探測焊縫坡開頭、溫度場、熔池狀態(tài)、熔透情況,適時提供焊接規(guī)范參數(shù)的高性能焊機(jī),并應(yīng)積極開發(fā)焊接過程的計算機(jī)模擬技術(shù)。使焊接技術(shù)由“技藝”向“科學(xué)”演變輥實現(xiàn)焊接自動化的一個重要方面。本世紀(jì)頭十年,將是焊接行業(yè)飛速發(fā)展的有利時期。我們廣大焊接工作者任重而道遠(yuǎn),務(wù)必樹立知難而上的決心。抓住機(jī)遇,為我國焊接自動化水平的提高而努力奮斗。