La relation d'influence entre la longueur focale et la hauteur de la buse sur l'effet de coupe

Dans les processus de découpe au laser, la longueur focale et la hauteur de la buse sont deux paramètres de processus clés interdépendants. Ils influencent directement la distribution de l'énergie laser, la stabilité du bain de fusion, la performance du gaz auxiliaire et la qualité finale de la découpe. Un réglage approprié de la position focale et de la hauteur de la buse est une condition fondamentale pour garantir la stabilité de la découpe et la qualité du bord découpé.

I. Définition et fonction de base de la longueur focale

La longueur focale fait référence à la distance entre la lentille de focalisation et la position où le faisceau laser forme son spot minimal après avoir traversé le système optique. Dans les processus de découpe, la position focalisée est généralement rapportée à la surface de la pièce comme point zéro et peut être classée en focalisation positive, focalisation nulle et focalisation négative.

La position focalisée détermine la distribution de densité d'énergie du laser sur la surface du matériau ou à l'intérieur du matériau, influençant directement les aspects suivants :

Capacité initiale de fusion

Profondeur et morphologie du bain de fusion

Largeur de la rainure et affûtage

Taille de la zone thermiquement affectée

Un écart excessif de la position focalisée peut entraîner une densité d'énergie insuffisante ou irrégulière, provoquant une découpe incomplète, une adhérence de scories ou des surfaces de coupe rugueuses.

II. Définition de base et fonction de la hauteur de la buse

La hauteur de la buse fait référence à la distance verticale entre l'extrémité de la buse et la surface de la pièce, et est généralement contrôlée en temps réel par un système de détection de hauteur. La fonction principale de la hauteur de la buse concerne l'état du jet de gaz auxiliaire et la stabilité de l'écoulement d'air dans la zone de coupe.

Une hauteur de buse appropriée permet de :

Assurer un écoulement de gaz auxiliaire stable et axisymétrique

Améliorer l'efficacité d'évacuation du métal fondu

Réduire les résidus de scories à l'intérieur de la fente de coupe (kerf)

Minimiser l'impact des projections sur le système optique

Si la hauteur de la buse est trop grande, l'écoulement de gaz se disperse et la capacité d'évacuation des scories diminue. Si la hauteur de la buse est trop faible, cela peut provoquer une collision de la buse, l'adhérence de projections et une turbulence de l'écoulement d'air.

III. Relation de couplage entre la longueur focale et la hauteur de la buse

La longueur focale et la hauteur de la buse ne sont pas des paramètres indépendants. Dans les procédés de coupe réels, il existe une relation de couplage claire entre ces deux paramètres.

Influence des variations de la position focale sur la hauteur optimale de la buse

Lorsque la position focalisée se déplace vers le bas (focus plus négatif), le bain de fusion pénètre plus profondément dans le matériau. Dans ce cas, la hauteur de la buse doit généralement être réduite de manière appropriée afin d'améliorer l'effet direct du gaz auxiliaire sur le métal en fusion.

Influence des variations de la hauteur de la buse sur l'utilisation de l'énergie focalisée

Les variations de la hauteur de la buse affectent la répartition de la pression du gaz, modifiant indirectement la morphologie du bain de fusion et la zone d'interaction entre le laser et le matériau, influençant ainsi l'utilisation efficace de l'énergie focalisée.

Influence de l'appariement des paramètres sur la stabilité de la découpe

Un appariement inapproprié de la longueur focale et de la hauteur de la buse peut facilement provoquer une instabilité du bain de fusion pendant la découpe, se manifestant par des stries périodiques dans l'entaille, une adhérence de scories au fond ou des interruptions de découpe.

IV. Caractéristiques d'appariement des paramètres dans différentes conditions de matériau
Découpe de feuilles minces

Un focus proche de zéro ou légèrement positif est généralement utilisé, combiné à une faible hauteur de buse, afin d'obtenir une entaille étroite et une vitesse de découpe élevée.

Découpe de plaques moyennes et épaisses

La découpe en focalisation négative est couramment utilisée, avec une hauteur de buse relativement réduite afin d'augmenter la profondeur du bain fondu et d'améliorer l'évacuation des scories par le gaz auxiliaire.

Découpe de matériaux à haute réflectivité

Un contrôle précis de la position focale est nécessaire tout en maintenant une hauteur de buse stable pour éviter les fluctuations d'énergie et réduire le risque de réflexion arrière.

V. Défauts courants de découpe et corrélation avec les paramètres

Découpe incomplète : position focale trop élevée ou hauteur de buse excessive

Adhérence de scories en pied de coupe : focalisation négative insuffisante ou hauteur de buse trop grande

Largeur de coupe excessive : focalisation trop positive ou hauteur de buse trop faible

Surface de coupe rugueuse : association inadéquate de la longueur focale et de la hauteur de buse, entraînant une interaction instable entre le flux gazeux et le bain fondu

VI. Recommandations d'optimisation du procédé

Le réglage de la longueur focale doit être déterminé principalement en fonction de l'épaisseur du matériau

La hauteur de la buse doit être maintenue aussi proche que possible de la pièce tout en assurant la sécurité de fonctionnement

Lors du réglage des paramètres, la longueur focale et la hauteur de la buse doivent être ajustées simultanément et non indépendamment

Des essais de coupe doivent être effectués afin d'observer la forme de la fente et la qualité de la surface coupée, permettant ainsi de déterminer progressivement la combinaison optimale de paramètres

La longueur focale et la hauteur de la buse sont des paramètres clés en découpe laser qui se contraintent et s'influencent mutuellement. Leur association adéquate détermine directement l'efficacité d'utilisation de l'énergie laser, la stabilité du bain fondu et la qualité de coupe. En pratique, la longueur focale et la hauteur de la buse doivent être réglées systématiquement en fonction du type de matériau, de son épaisseur et des objectifs de procédé afin d'obtenir des résultats de coupe stables et reproductibles.