La relación de influencia entre la longitud focal y la altura de la boquilla en el efecto de corte

En los procesos de corte láser, la longitud focal y la altura de la boquilla son dos parámetros clave del proceso estrechamente relacionados. Afectan directamente la distribución de energía láser, la estabilidad del baño fundido, el rendimiento del gas auxiliar y la calidad final del corte. La combinación adecuada de la posición focal y la altura de la boquilla es una condición fundamental para garantizar la estabilidad del corte y la calidad del borde cortado.

I. Definición básica y función de la longitud focal

La longitud focal se refiere a la distancia entre la lente de enfoque y la posición donde el haz láser forma su punto mínimo después de pasar por el sistema óptico. En los procesos de corte, la posición focal generalmente se toma como referencia respecto a la superficie de la pieza de trabajo como punto cero y puede clasificarse en enfoque positivo, enfoque cero y enfoque negativo.

La posición focal determina la distribución de densidad de energía del láser sobre la superficie del material o en su interior, afectando directamente a los siguientes aspectos:

Capacidad inicial de fusión

Profundidad y morfología de la bañera de fusión

Ancho de la ranura y conicidad

Tamaño de la zona afectada térmicamente

Una desviación excesiva de la posición focal puede provocar una densidad de energía insuficiente o irregular, lo que lleva a un corte incompleto, adherencia de escoria o superficies de corte rugosas.

II. Definición básica y función de la altura de la boquilla

La altura de la boquilla se refiere a la distancia vertical entre la punta de la boquilla y la superficie de la pieza de trabajo, y generalmente se controla en tiempo real mediante un sistema de detección de altura. La función principal de la altura de la boquilla radica en las condiciones del chorro de gas auxiliar y en la estabilidad del flujo de aire en la zona de corte.

Una altura de boquilla adecuada puede:

Asegurar un flujo de gas auxiliar estable y axisimétrico

Mejorar la eficiencia en la eliminación del metal fundido

Reducir los residuos de escoria dentro del corte

Minimizar el impacto de salpicado sobre el sistema óptico

Si la altura de la boquilla es demasiado grande, el flujo de gas se dispersa y la capacidad de eliminación de escoria disminuye. Si la altura de la boquilla es demasiado pequeña, podría provocar colisión de la boquilla, adherencia de salpicado y turbulencia en el flujo de aire.

III. Relación de acoplamiento entre longitud focal y altura de boquilla

La longitud focal y la altura de la boquilla no son parámetros independientes. En los procesos reales de corte, existe una relación clara de acoplamiento entre ambos.

Influencia de los cambios en la posición focal sobre la altura óptima de la boquilla

Cuando la posición focal se mueve hacia abajo (enfoque más negativo), la piscina fundida penetra más profundamente en el material. En este caso, generalmente es necesario reducir adecuadamente la altura de la boquilla para aumentar el efecto directo del gas auxiliar sobre el metal fundido.

Influencia de los cambios en la altura de la boquilla sobre la utilización de la energía focal

Los cambios en la altura de la boquilla afectan la distribución de la presión del gas, alterando indirectamente la morfología de la piscina fundida y la zona de interacción láser-material, influyendo así en la utilización efectiva de la energía focal.

Influencia del apareamiento de parámetros en la estabilidad del corte

Un apareamiento inadecuado de la longitud focal y la altura de la boquilla puede provocar fácilmente inestabilidad en la piscina fundida durante el corte, lo que puede manifestarse como estrías periódicas en el corte, adherencia de escoria en la parte inferior o interrupciones en el corte.

IV. Características del apareamiento de parámetros bajo diferentes condiciones de material
Corte de Láminas Finas

Se utiliza típicamente un enfoque cercano a cero o ligeramente positivo, combinado con una pequeña altura de boquilla, para lograr un corte estrecho y una alta velocidad de corte.

Corte de placas medias y gruesas

Se suele adoptar el corte con enfoque negativo, con una altura de boquilla relativamente reducida para aumentar la profundidad de la piscina fundida y mejorar la capacidad de eliminación de escoria mediante el gas auxiliar.

Corte de materiales de alta reflectividad

Es necesario un control preciso de la posición focal, manteniendo una altura de boquilla estable para prevenir fluctuaciones de energía y reducir el riesgo de reflexión inversa.

V. Defectos comunes en el corte y correlación con parámetros

Corte incompleto: posición focal demasiado alta o altura de boquilla excesiva

Adherencia de escoria en la parte inferior: enfoque negativo insuficiente o altura de boquilla excesiva

Ancho excesivo del corte: enfoque demasiado positivo o altura de boquilla demasiado baja

Superficie de corte rugosa: combinación inadecuada de longitud focal y altura de boquilla, lo que provoca una interacción inestable entre el flujo de gas y la piscina fundida

VI. Recomendaciones para la optimización del proceso

El ajuste de la longitud focal debe determinarse principalmente en función del espesor del material

La altura de la boquilla debe mantenerse lo más cercana posible a la pieza de trabajo, garantizando al mismo tiempo la seguridad operativa

Durante el ajuste de parámetros, la longitud focal y la altura de la boquilla deben ajustarse simultáneamente, no de forma independiente

Se debe realizar un corte de prueba para observar la forma del corte y la calidad de la superficie cortada, con el fin de determinar progresivamente la combinación óptima de parámetros

La longitud focal y la altura de la boquilla son parámetros clave en el corte láser que se condicionan e influyen mutuamente. Su correcta combinación determina directamente la eficiencia del uso de la energía láser, la estabilidad de la bañera fundida y la calidad del corte. En aplicaciones prácticas, la longitud focal y la altura de la boquilla deben ajustarse sistemáticamente según el tipo de material, su espesor y los objetivos del proceso, para lograr resultados de corte estables y repetibles