Indflydelsen af forholdet mellem brændvidde og dysenhøjde på skære-effekten

I laser-skæreprocesser er brændvidde og dysenhøjde to indbyrdes afhængige nøgleprocesser. De påvirker direkte laserenergifordeling, stabiliteten af smeltebadet, ydelsen af hjælpegassen og den endelige skære-kvalitet. En korrekt afstemning af fokalpositionen og dysenhøjden er en grundlæggende betingelse for at sikre skære-stabilitet og kvaliteten af skærekanterne.

I. Grundlæggende definition og funktion af brændvidde

Brændvidde refererer til afstanden mellem fokuseringslinsen og den position, hvor laserstrålen danner sit mindste plet efter passage gennem det optiske system. Ved skæring refereres brændpunktets position normalt til emnets overflade som nulpunkt og kan inddeles i positiv fokus, nul-fokus og negativ fokus.

Brændpunktets position bestemmer energitæthedsfordelingen af laseren på materialeoverfladen eller indeni materialet, hvilket direkte påvirker følgende aspekter:

Indledende smelteevne

Smeltebadets dybde og morfologi

Kerf bredde og form

Størrelsen på varme-påvirkede zoner

For stor afvigelse af brændpunktets position kan resultere i utilstrækkelig eller ujævn energitæthed, hvilket fører til ukomplet skæring, slaggerester eller ru skærekanter.

II. Grundlæggende definition og funktion af dyslehøjde

Dysens højde refererer til den lodrette afstand mellem dysespidsen og emnestykkets overflade og styres typisk i realtid af et højdefølersystem. Den primære funktion af dysens højde ligger i betingelserne for hjælpegasstrålen og stabiliteten af luftstrømmen i skæreområdet.

En passende dysehøjde kan:

Sikre en stabil, akse-symmetrisk strøm af hjælpegas

Forbedre effektiviteten af fjernelse af smeltet metal

Reduktion af slaggerester inde i skærefugen

Minimere splatterpåvirkning på det optiske system

Hvis dysens højde er for stor, spredes gasstrømmen og evnen til at fjerne slagge formindskes. Hvis dysens højde er for lille, kan det medføre kollision af dysen, splatteraffald og turbulent luftstrøm.

III. Koblingsrelation mellem brændvidde og dyseshøjde

Brændvidde og dysens højde er ikke uafhængige parametre. I faktiske skæreprocesser findes der en tydelig koblingsrelation mellem dem.

Indflydelse af ændringer i fokalpositionen på optimal dysehøjde

Når den fokale position bevæger sig nedad (dybere negativ fokus), udvider smelteposen sig længere ind i materialet. I dette tilfælde skal dysenhøjden normalt reduceres passende for at forstærke den direkte virkning af hjælpegas på smeltet metallet.

Indflydelse af ændringer i dysenhøjde på udnyttelse af fokalenergi

Ændringer i dysenhøjde påvirker fordelingen af gastryk, hvilket indirekte ændrer formen af smelteposen og interaktionsområdet mellem laser og materiale, og dermed påvirker effektiv udnyttelse af fokalenergi.

Indflydelse af parametermatchning på skære stabilitet

Ukorrekt matchning af brændvidde og dysenhøjde kan let forårsage ustabilitet i smelteposen under skæring, hvilket kan vise sig som periodiske striationer i snittet, tilhæftning af bundslag eller afbrydelse af skæring.

IV. Karakteristika af parametermatchning under forskellige materialeforhold
Skæring af tyndplade

En næsten nulfokus eller let positiv fokus anvendes typisk, kombineret med en lille dysenhøjde, for at opnå en smal skærevåd og høj skærehastighed.

Skæring af mellemstore og tykke plader

Negativ fokus-skæring anvendes ofte, med en relativt nedsat dysenhøjde for at øge smeltepoledybden og hjælpegasslag-afvisningskapaciteten.

Skæring af materialer med høj refleksionsevne

Præcis kontrol af fokalpositionen er nødvendig, samtidig med at dysenhøjden holdes stabil, for at forhindre energifluktuationer og reducere risikoen for tilbagefald af stråling.

V. Almindelige skæredefekter og parameterkorrelation

Ufuldstændig skæring: fokalposition for høj eller dysenhøjde for stor

Slagfastgørelse i bunden: utilstrækkelig negativ fokus eller for stor dysenhøjde

For stor skærevådsbredde: for meget positiv fokus eller dysenhøjde for lav

Ru skæreflade: ukorrekt kombination af brændvidde og dysenhøjde, hvilket resulterer i ustabil interaktion mellem gasstrøm og smeltepool

VI. Processoptimering anbefalinger

Fokallengdejustering bør primært baseres på materialetykkelsen

Dyslehøjden bør holdes så tæt på arbejdsstykket som muligt, samtidens driftssikkerheden er sikret

Under parameterindstilling bør fokallengde og dyslehøjde justeres samtidigt i stedet for uafhængigt

Prøveudskæring bør anvendes til observation af snits form og overfladekvalitet for gradvist at fastlægge den optimale parameterkombination

Fokallengde og dyslehøjde er nøgleparametre i laserudskæring, som gensidigt begrænser og påvirker hinanden. Deres korrekte afstemning bestemmer direkte lasereffektudnyttelsesgraden, stabiliteten af smeltepoolen og udskæringskvaliteten. I praktisk anvendelse bør fokallengde og dyslehøjde systematisk justeres i overensstemmelse med materialetype, tykkelse og procesmål for at opnå stabil og reproducerbar udskæringsresultat.