Връзката между фокусното разстояние и височината на соплото върху ефекта от рязането

При процесите на лазерно рязане фокусното разстояние и височината на соплото са два взаимносвързани ключови технологични параметъра. Те директно повлияват разпределението на лазерната енергия, стабилността на разтопената вана, ефективността на помощния газ и крайното качество на рязането. Правилното съгласуване на фокусната позиция и височината на соплото е основно условие за осигуряване на стабилност при рязането и качеството на ръба.

I. Основни определения и функция на фокусното разстояние

Фокусното разстояние се отнася към разстоянието между фокусиращата леща и позицията, където лазерният лъч формира най-малкото му петно след преминаване през оптичната система. При процесите на рязане, фокусната позиция обикновено се отбира спрямо повърхността на обработваната заготовка като нулева точка и може да се класифицира на положителен фокус, нулев фокус и отрицателен фокус.

Фокусната позиция определя разпределението на енергийната плътност на лазера върху повърхността на материала или вътре в него, което директно влиява на следните аспекти:

Начална способност за топене

Дълбочина и морфология на разтопената зона

Широчина на реза и коничност

Размер на зоната с топлинно въздействие

Твърде голямо отклонение на фокусната позиция може да доведе до недостатъчна или неравномерна енергийна плътност, което причинява непълно рязане, залепване на шлака или грапави повърхности на реза.

II. Основна дефиниция и функция на височината на соплото

Височината на соплото се отнася до вертикалното разстояние между върха на соплото и повърхността на обработвания предмет и обикновено се контролира в реално време чрез система за усещане на височина. Основната функция на височината на соплото е свързана с условията на струята на спомагателния газ и стабилността на въздушния поток в зоната на рязане.

Подходящата височина на соплото може да:

Осигури стабилен, осносиметричен поток на спомагателен газ

Подобри ефективността на отстраняване на разтопения метал

Намали остатъците от шлака в процепа

Минимизира въздействието от пръски върху оптичната система

Ако височината на соплото е твърде голяма, газовият поток се разсейва и способността за отстраняване на шлака намалява. Ако височината на соплото е твърде малка, това може да доведе до сблъсък на соплото, залепване на пръски и турбулентност на въздушния поток.

III. Свързаност между фокусното разстояние и височината на соплото

Фокусното разстояние и височината на соплото не са независими параметри. При действителния процес на рязане съществува ясна свързаност между тях.

Влияние на промяната на фокусната позиция върху оптималната височина на соплото

Когато фокусното положение се премести надолу (по-дълбоко отрицателно фокусиране), разтопеният басейн прониква по-навътре в материала. В този случай обикновено е необходимо подходящо да се намали височината на дюзата, за да се засили директният ефект на спомагателния газ върху разтопения метал.

Влияние на промените във височината на дюзата върху използването на фокусната енергия

Промените във височината на дюзата влияят на разпределението на налягането на газа, което косвено променя морфологията на разтопения басейн и областта на взаимодействие между лазера и материала, като по този начин повлиява ефективното използване на фокусната енергия.

Влияние на съгласуването на параметрите върху стабилността на рязането

Неправилно съгласуване на фокусното разстояние и височината на дюзата може лесно да доведе до нестабилност на разтопения басейн по време на рязане, което може да се прояви чрез периодични следи по процепа, залепване на шлака от долната страна или прекъсвания при рязането.

IV. Характеристики на съгласуване на параметри при различни видове материали
Рязане на тънки листове

Използва се почти нулев или леко положителен фокус, комбиниран с малка височина на дюзата, за постигане на тесен рез и висока скорост на рязане.

Рязане на средни и дебели плочи

Често се прилага рязане с отрицателен фокус и сравнително намалена височина на дюзата, за да се увеличи дълбочината на разтопената вана и способността за отстраняване на шлака чрез помощния газ.

Рязане на материали с висока отразяваща способност

Изисква се прецизен контрол на фокусното положение при запазване на стабилна височина на дюзата, за предотвратяване на енергийни колебания и намаляване на риска от обратно отразяване.

V. Чести дефекти при рязане и корелация с параметрите

Непълно рязане: фокусното положение твърде високо или височината на дюзата твърде голяма

Прилепване на шлака в основата: недостатъчен отрицателен фокус или прекалено голяма височина на дюзата

Твърде голяма ширина на реза: прекомерно положителен фокус или твърде ниска височина на дюзата

Грапава повърхност на реза: неправилно съчетание на фокусното разстояние и височината на дюзата, което води до нестабилно взаимодействие между газовия поток и разтопената вана

VI. Препоръки за оптимизиране на процеса

Регулирането на фокусното разстояние трябва да се определя предимно въз основа на дебелината на материала

Височината на соплото трябва да бъде поддържана възможно най-близо до обработвания детайл, като същевременно се осигурява оперативна безопасност

По време на настройка на параметрите, фокусното разстояние и височината на соплото трябва да се регулират едновременно, вместо независимо

Трябва да се извърши пробно рязане, за да се наблюдава формата на реза и качеството на повърхността след рязане, с цел постепенно да се определи оптималната комбинация от параметри

Фокусното разстояние и височината на соплото са ключови параметри в лазерното рязане, които взаимно се ограничават и влияят един върху друг. Правилното им съчетаване директно определя ефективността на използването на лазерна енергия, стабилността на разтопената вана и качеството на рязане. В практическото приложение, фокусното разстояние и височината на соплото трябва да се настройват системно според типа на материала, дебелината и технологичните цели, за да се постигнат стабилни и повтарящи се резултати от рязане.