Vztah mezi ohniskovou vzdáleností a výškou trysky na řezný efekt

V procesech laserového řezání jsou ohnisková vzdálenost a výška trysky dva vzájemně propojené klíčové technologické parametry. Přímo ovlivňují distribuci laserové energie, stabilitu taveniny, výkon pomocného plynu a konečnou kvalitu řezu. Správné nastavení ohniskové polohy a výšky trysky je základní podmínkou pro zajištění stability řezání a kvality řezné hrany.

I. Základní definice a funkce ohniskové vzdálenosti

Ohnisková vzdálenost označuje vzdálenost mezi zaostřovací čočkou a polohou, kde laserový paprsek tvoří minimální skvrnu po průchodu optickým systémem. Při řezání se ohnisková poloha obvykle vztahuje k povrchu obrobku jako k nulovému bodu a může být klasifikována jako kladné zaostření, nulové zaostření a záporné zaostření.

Ohnisková poloha určuje rozložení energetické hustoty laseru na povrchu materiálu nebo uvnitř materiálu, čímž přímo ovlivňuje následující aspekty:

Počáteční schopnost tavení

Hloubka a tvar taveného ohniska

Šířka řezu a jeho kuželovitost

Velikost tepelně ovlivněné zóny

Nadměrná odchylka ohniskové polohy může vést k nedostatečné nebo nerovnoměrné energetické hustotě, což způsobuje neúplné řezání, přilnavost taveniny nebo drsné řezné povrchy.

II. Základní definice a funkce výšky trysky

Výška trysky označuje svislou vzdálenost mezi špičkou trysky a povrchem obrobku a je obvykle řízena v reálném čase systémem pro snímání výšky. Hlavní funkce výšky trysky spočívá v ovlivňování podmínek proudění pomocného plynu a stability proudu vzduchu v řezné zóně.

Příslušná výška trysky může:

Zajistit stabilní, osově symetrický tok pomocného plynu

Zlepšit účinnost odstraňování roztaveného kovu

Snížit zbytkový popel uvnitř řezu

Minimalizovat vliv odlétávajících částic na optický systém

Je-li výška trysky příliš velká, proud plynu se rozptýlí a schopnost odstraňování strusky klesá. Je-li výška trysky příliš malá, může dojít ke kolizi trysky, nánosům odstřikovaných částic a turbulence proudění vzduchu.

III. Vazební vztah mezi ohniskovou vzdáleností a výškou trysky

Ohnisková vzdálenost a výška trysky nejsou nezávislé parametry. Ve skutečném procesu řezání mezi nimi existuje zřetelný vazební vztah.

Vliv změn polohy ohniska na optimální výšku trysky

Když se ohnisková pozice posune dolů (hlubší negativní zaostření), tavenina proniká dále do materiálu. V takovém případě je obvykle nutné vhodně snížit výšku trysky, aby se posílil přímý účinek pomocného plynu na roztavený kov.

Vliv změny výšky trysky na využití ohniskové energie

Změny výšky trysky ovlivňují distribuci tlaku plynu, čímž nepřímo mění morfologii taveniny a oblast interakce laseru s materiálem, a tím i efektivní využití ohniskové energie.

Vliv shody parametrů na stabilitu řezání

Nesprávné nastavení ohniskové vzdálenosti a výšky trysky může snadno způsobit nestabilitu taveniny během řezání, což se může projevit periodickými pruhy na řezu, přichycením strusky ke spodní části nebo přerušením řezání.

IV. Charakteristiky shody parametrů za různých podmínek materiálu
Řezání tenkých listů

Obvykle se používá téměř nulové nebo mírně kladné zaostření v kombinaci s malou výškou trysky, aby bylo dosaženo úzké šířky řezu a vysoké rychlosti řezání.

Řezání středních a tlustých desek

Běžně se používá řezání s negativním zaostřením při relativně snížené výšce trysky, čímž se zvyšuje hloubka tavené lázně a schopnost odstraňování strusky pomocí pomocného plynu.

Řezání materiálů s vysokou odrazivostí

Je vyžadováno přesné nastavení polohy ohniska při zachování stabilní výšky trysky, aby nedocházelo ke kolísání energie a bylo sníženo riziko zpětného odrazu.

V. Běžné defekty řezání a souvislost s parametry

Neúplný řez: poloha ohniska příliš vysoko nebo výška trysky příliš velká

Přichycení strusky na spodku: nedostatečné negativní zaostření nebo nadměrná výška trysky

Příliš široká šířka řezu: příliš pozitivní zaostření nebo příliš nízká výška trysky

Drsný povrch řezu: nesprávné kombinování ohniskové vzdálenosti a výšky trysky, což má za následek nestabilní interakci mezi proudem plynu a tavenou lázní

VI. Doporučení pro optimalizaci procesu

Nastavení ohniskové vzdálenosti by mělo být primárně určeno na základě tloušťky materiálu

Výška trysky by měla být co nejblíže obrobku, a to za dodržení provozní bezpečnosti

Při ladění parametrů by měly být upravovány ohnisková vzdálenost a výška trysky současně, nikoli nezávisle na sobě

K postupnému určení optimální kombinace parametrů by mělo být použito zkušebního řezání s hodnocením tvaru řezu a kvality řezné plochy

Ohnisková vzdálenost a výška trysky jsou klíčové parametry laserového řezání, které se vzájemně ovlivňují a omezuji. Jejich správné nastavení přímo určuje účinnost využití laserové energie, stabilitu taveniny a kvalitu řezu. V praxi je třeba ohniskovou vzdálenost a výšku trysky systematicky nastavovat podle typu materiálu, jeho tloušťky a cílové technologie, aby byly dosaženy stabilní a opakovatelné výsledky řezání.