Polttopisteen ja suuttimen korkeuden vaikutussuhde leikkaustulokseen

Laserleikkausprosessissa polttopituus ja suuttimen korkeus ovat kaksi toisiinsa liittyvää keskeistä prosessiparametria. Ne vaikuttavat suoraan laserenergian jakautumiseen, sulan metallin kasan stabiiliyteen, apukaasun toimintaan sekä lopulliseen leikkauslaatuun. Polttopisteen ja suuttimen korkeuden oikea yhdistäminen on perusedellytys leikkausvakauteen ja leikkausreunan laadun takaamiseksi.

I. Polttopituuden perusmääritelmä ja toiminta

Polttopisteen etäisyys viittaa etäisyyteen keskittymislinssin ja sen kohdan välillä, jossa laser­säde muodostaa pienimmän pisteensä optisen järjestelmän läpikulun jälkeen. Leikkausprosesseissa polttopisteen sijainti mitataan yleensä työkappaleen pinnasta nollapisteenä ja se voidaan luokitella positiiviseen, nolla- ja negatiiviseen polttopisteeseen.

Polttopisteen sijainti määrittää laserin energiatiheyden jakauman materiaalin pinnalla tai sen sisällä ja vaikuttaa suoraan seuraaviin tekijöihin:

Alkusuorituskyky

Sulamisaltaan syvyys ja muoto

Leikkausaukon leveys ja kaltevuus

Lämpövaikutuksen alueen koko

Liiallinen poikkeama polttopisteen sijainnissa voi johtaa riittämättömään tai epätasaiseen energiatiheyteen, mikä puolestaan aiheuttaa epätäydellisen leikkauksen, sulan lietteen kiinnittymisen tai karkeat leikkauspinnat.

II. Suuttimen korkeuden perusmääritelmä ja toiminta

Suuttimen korkeus tarkoittaa pystysuoraa etäisyyttä suuttimen kärjen ja työkappaleen pinnan välillä, ja sitä yleensä säädellään reaaliajassa korkeuden tunnistamisjärjestelmällä. Suuttimen korkeuden ensisijainen tehtävä liittyy apukaasuvirran tilaan ja ilmavirran stabiiliyteen leikkausalueella.

Sopiva suuttimen korkeus voi:

Taata vakion, akselinsymmetrisen apukaasuvirran

Parantaa sulan metallin poisto tehokkuutta

Vähentää sinkkijäämiä leikkausraon sisällä

Minimoida roiskeiden vaikutusta optiseen järjestelmään

Jos suuttimen korkeus on liian suuri, kaasuvirta hajaantuu ja sinkinpoistokyky heikkenee. Jos suuttimen korkeus on liian pieni, se saattaa aiheuttaa suuttimen törmäyksen, roiskeiden kiinnittyminen sekä ilmavirran turbulenssia.

III. Polttovälin ja suuttimen korkeuden välinen kytkentäsuhte

Polttoväli ja suuttimen korkeus eivät ole toisistaan riippumattomia parametreja. Oikeassa leikkausprosessissa niiden välillä on selvä kytkentäsuhte.

Polttosijan sijainnin muutosten vaikutus optimaaliseen suuttimen korkeuteen

Kun polttopiste siirtyy alaspäin (syvemmäksi negatiiviseksi polttopisteeksi), sulamassa oleva kohde ulottuu syvemmälle materiaaliin. Tällöin suuttimen korkeus on yleensä vähennettävä sopivasti parantaakseen apukaasun suoraa vaikutusta sulaneeseen metalliin.

Suuttimen korkeuden muutosten vaikutus polttoenergian hyödyntämiseen

Suuttimen korkeuden muutokset vaikuttavat kaasupaineen jakaumaan, muuttaen epäsuorasti sulamassa olevan kohteen muotoa ja laser-materiaali-vuorovaikutuksen aluetta, mikä puolestaan vaikuttaa polttoenergian tehokkaaseen hyödyntämiseen.

Parametrien yhteensopivuuden vaikutus leikkausvakautta

Polttopisteen pituuden ja suuttimen korkeuden väärä yhdistäminen voi helposti aiheuttaa sulamassa olevan kohden epävakautta leikkauksen aikana, mikä voi ilmetä jaksoittaisina leikkausjälkinä, pohjan sulaantumisena tai leikkausten keskeytymisenä.

IV. Parametrien yhteensopivuuden ominaisuudet eri materiaalilähtökohdissa
Ohutlevyn leikkaus

Lähes nollaan tai lievään positiiviseen polttopisteeseen yhdistetään yleensä pieni suutinkorkeus saavuttaaksesi kapean leikkausraon ja korkean leikkausnopeuden.

Keskivahvan ja paksun levyn leikkaus

Negatiivista polttopistettä käytetään yleisesti, ja suutinkorkeus on suhteellisen alhainen parantaakseen sulamisaltaan syvyyttä ja apukaasun kuonan poistokykyä.

Korkean heijastavuuden materiaalien leikkaus

Tarkkaa polttopisteen sijainnin säätöä vaaditaan samalla kun suutinkorkeus pysyy vakiona estääkseen energian vaihtelut ja vähentääkseen takaisinheijastumisen riskiä.

V. Yleiset leikkausvirheet ja parametrien korrelaatio

Epätäydellinen leikkaus: polttopiste liian korkealla tai suutinkorkeus liian suuri

Pohjalle jäävä kuona: riittämätön negatiivinen polttopiste tai liiallinen suutinkorkeus

Liiallinen leikkausraon leveys: liiallisesti positiivinen polttopiste tai liian alhainen suutinkorkeus

Karkea leikkauspinta: epäoptimaalinen polttovälin ja suutinkorkeuden yhdistelmä, joka johtaa epävakaaseen kaasuvirran ja sulamisaltaan vuorovaikutukseen

VI. Prosessin optimointisuositukset

Polttoväli pitäisi määrittää ensisijaisesti materiaalin paksuuden perusteella

Suuttimen korkeutta tulisi pitää mahdollisimman lähellä työkappaleen pintaa varmistaen samalla toiminnan turvallisuus

Parametrien säädössä polttoväli ja suuttimen korkeus tulisi säätää samanaikaisesti, ei toisistaan riippumattomasti

Kokeiloleikkausta tulisi käyttää raon muodon ja leikkauspinnan laadun tarkkailuun, jotta optimaalinen parametricombinatio voidaan vähitellen määrittää

Polttoväli ja suuttimen korkeus ovat keskeisiä parametreja laserleikkauksessa, jotka rajoittavat ja vaikuttavat toisiinsa keskinäisesti. Niiden oikea yhdistäminen määrää suoraan laserenergian hyötysuhteen, sulan altaan stabiiliuden sekä leikkauslaadun. Käytännössä polttoväli ja suuttimen korkeus tulisi säätää järjestelmällisesti materiaalin tyypin, paksuuden ja prosessitavoitteen mukaan saavuttaakseen vakaat ja toistettavissa olevat leikkaustulokset.