Η σχέση επιρροής μεταξύ εστιακής απόστασης και ύψους ακροφυσίου στο αποτέλεσμα της κοπής

Σε διαδικασίες λέιζερ κοπής, η εστιακή απόσταση και το ύψος ακροφυσίου είναι δύο συσχετιζόμενες βασικές παράμετροι διαδικασίας. Επηρεάζουν άμεσα την κατανομή της ενέργειας λέιζερ, τη σταθερότητα της λειωμένης λίμνης, την απόδοση του βοηθητικού αερίου και την τελική ποιότητα κοπής. Η κατάλληλη ταίριασμα της εστιακής θέσης και του ύψους ακροφυσίου είναι μια βασική προϋπόθεση για τη διασφάλιση της σταθερότητας κοπής και της ποιότητας της ακμής κοπής.

I. Βασικός Ορισμός και Λειτουργία της Εστιακής Απόστασης

Η εστιακή απόσταση αναφέρεται στην απόσταση μεταξύ του φακιδίου εστίασης και της θέσης όπου η δέσμη laser δημιουργεί το ελάχιστο σημείο της μετά τη διέλευσή της από το οπτικό σύστημα. Στις διαδικασίες κοπής, η εστιακή θέση αναφέρεται συνήθως ως προς την επιφάνεια του τεμαχίου ως το μηδενικό σημείο και μπορεί να ταξινομηθεί σε θετική εστίαση, μηδενική εστίαση και αρνητική εστίαση.

Η εστιακή θέση καθορίζει την κατανομή της πυκνότητας ενέργειας της δέσμης laser στην επιφάνεια του υλικού ή εντός του υλικού, επηρεάζοντας άμεσα τις ακόλουθες πτυχές:

Ικανότητα αρχικής τήξης

Βάθος και μορφολογία της λεκάνης τήξης

Πλάτος και κωνικότητα της ραφής κοπής

Μέγεθος της ζώνης που επηρεάστηκε από τη θερμότητα

Μια υπερβολική απόκλιση της εστιακής θέσης μπορεί να οδηγήσει σε ανεπαρκή ή άνιση πυκνότητα ενέργειας, με αποτέλεσμα ατελή κοπή, πρόσφυση στάλτ, ή τραχιές επιφάνειες κοπής.

II. Βασικός Ορισμός και Λειτουργία του Ύψους της Ακροφυσίου

Το ύψος του ακροφύσιου αναφέρεται στην κατακόρυφη απόσταση μεταξύ της άκρης του ακροφύσιου και της επιφάνειας του τεμαχίου και ελέγχεται συνήθως σε πραγματικό χρόνο από ένα σύστημα ανίχνευσης ύψους. Η κύρια λειτουργία του ύψους του ακροφύσιου έγκειται στη συνθήκη της φυσητήρας του βοηθητικού αερίου και στη σταθερότητα της ροής αέρα στη ζώνη κοπής.

Ένα κατάλληλο ύψος ακροφύσιου μπορεί να:

Διασφαλίζει μια σταθερή, αξονοσυμμετρική ροή βοηθητικού αερίου

Βελτιώνει την αποτελεσματικότητα απομάκρυνσης του τηγμένου μετάλλου

Μειώνει τα υπολείμματα σκωρίας εντός της γραμμής κοπής

Ελαχιστοποιεί την επίδραση των ψεκασμών στο οπτικό σύστημα

Αν το ύψος του ακροφύσιου είναι πολύ μεγάλο, η ροή αερίου διασκορπίζεται και η δυνατότητα απομάκρυνσης σκωρίας μειώνεται. Αν το ύψος του ακροφύσιου είναι πολύ μικρό, μπορεί να προκαλέσει σύγκρουση του ακροφύσιου, προσκόλληση ψεκασμών και τύρβη στη ροή αέρα.

III. ΣΧΕΣΗ ΣΥΖΕΥΞΗΣ ΜΕΤΑΞΥ ΕΣΤΙΑΚΗΣ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΥΨΟΥΣ ΑΚΡΟΦΥΣΙΟΥ

Η εστιακή απόσταση και το ύψος του ακροφύσιου δεν είναι ανεξάρτητες παράμετροι. Στις πραγματικές διεργασίες κοπής, υπάρχει μια σαφής σχέση σύζευξης μεταξύ τους.

Επίδραση των αλλαγών της θέσης εστίασης στο βέλτιστο ύψος ακροφύσιου

Όταν η εστιακή θέση μετακινείται προς τα κάτω (βαθύτερη αρνητική εστίαση), η λιωμένη περιοχή επεκτείνεται περισσότερο μέσα στο υλικό. Σε αυτήν την περίπτωση, το ύψος του ακροφυσίου συνήθως πρέπει να μειωθεί κατάλληλα για να ενισχυθεί η άμεση επίδραση του βοηθητικού αερίου στο λιωμένο μέταλλο.

Επίδραση των Αλλαγών του Ύψους Ακροφυσίου στην Εκμετάλλευση της Εστιακής Ενέργειας

Οι αλλαγές στο ύψος του ακροφυσίου επηρεάζουν την κατανομή της πίεσης του αερίου, αλλάζοντας έμμεσα τη μορφολογία της λιωμένης περιοχής και την περιοχή αλληλεπίδρασης λέιζερ-υλικού, επηρεάζοντας έτσι την αποτελεσματική χρήση της εστιακής ενέργειας.

Επίδραση της Ταίριασης Παραμέτρων στη Σταθερότητα Κοπής

Η ακατάλληλη ταίριαση εστιακής απόστασης και ύψους ακροφυσίου μπορεί εύκολα να προκαλέσει αστάθεια στη λιωμένη περιοχή κατά τη διάρκεια της κοπής, η οποία μπορεί να εμφανίζεται ως περιοδικές γραμμώσεις στην επιφάνεια κοπής, προσκόλληση στάχτης στη βάση ή διακοπές κοπής.

IV. Χαρακτηριστικά Ταίριασης Παραμέτρων υπό Διαφορετικές Συνθήκες Υλικού
Κοπή Λεπτών Ελασμάτων

Χρησιμοποιείται συνήθως ένα σχεδόν μηδενικό εστιακό σημείο ή ελαφρώς θετικό, σε συνδυασμό με μικρό ύψος ακροφυσίου, για να επιτευχθεί στενή τομή και υψηλή ταχύτητα κοπής.

Κοπή μεσαίων και παχιών πλακών

Εφαρμόζεται συνήθως κοπή με αρνητικό εστιακό σημείο, με σχετικά μειωμένο ύψος ακροφυσίου για βελτίωση του βάθους της λειότητας και της ικανότητας απομάκρυνσης των σκωριών από το βοηθητικό αέριο.

Κοπή υλικών υψηλής ανακλαστικότητας

Απαιτείται ακριβής έλεγχος της εστιακής θέσης, διατηρώντας σταθερό ύψος ακροφυσίου, για να αποφευχθούν διακυμάνσεις ενέργειας και να μειωθεί ο κίνδυνος οπισθοανάκλασης.

V. Συνηθισμένα ελαττώματα κοπής και συσχέτιση παραμέτρων

Μη πλήρης κοπή: εστιακή θέση πολύ ψηλά ή ύψος ακροφυσίου πολύ μεγάλο

Προσκόλληση σκωριών στη βάση: ανεπαρκές αρνητικό εστιακό σημείο ή υπερβολικό ύψος ακροφυσίου

Υπερβολικό πλάτος τομής: υπερβολικά θετικό εστιακό σημείο ή ύψος ακροφυσίου πολύ χαμηλό

Τραχιά επιφάνεια κοπής: ακατάλληλος συνδυασμός εστιακού μήκους και ύψους ακροφυσίου, με αποτέλεσμα ασταθή αλληλεπίδραση μεταξύ της ροής αερίου και της λειότητας

VI. Προτάσεις Βελτιστοποίησης Διαδικασίας

Η ρύθμιση της εστιακής απόστασης πρέπει να καθορίζεται κυρίως με βάση το πάχος του υλικού

Το ύψος του ακροφυσίου πρέπει να διατηρείται όσο το δυνατόν πιο κοντά στο τεμάχιο, διασφαλίζοντας τη λειτουργική ασφάλεια

Κατά τη ρύθμιση παραμέτρων, η εστιακή απόσταση και το ύψος του ακροφυσίου πρέπει να ρυθμίζονται ταυτόχρονα και όχι ανεξάρτητα

Πρέπει να χρησιμοποιείται δοκιμαστική κοπή για την παρατήρηση του σχήματος της ρωγμής και της ποιότητας της επιφάνειας κοπής, προκειμένου σταδιακά να καθοριστεί ο βέλτιστος συνδυασμός παραμέτρων

Η εστιακή απόσταση και το ύψος του ακροφυσίου είναι βασικές παράμετροι στη λέιζερ κοπή, οι οποίες αλληλοπεριορίζονται και επηρεάζουν η μία την άλλη. Η σωστή τους αντιστοίχιση καθορίζει άμεσα την απόδοση χρήσης της ενέργειας λέιζερ, τη σταθερότητα της λεκάνης τήξης και την ποιότητα κοπής. Στις πρακτικές εφαρμογές, η εστιακή απόσταση και το ύψος του ακροφυσίου πρέπει να ρυθμίζονται συστηματικά ανάλογα με τον τύπο, το πάχος του υλικού και τους στόχους της διαδικασίας, ώστε να επιτευχθούν σταθερά και επαναλαμβάνοντα αποτελέσματα κοπής.