Hubungan pengaruh antara panjang fokus dan ketinggian nozzle terhadap efek pemotongan

Dalam proses pemotongan laser, panjang fokus dan ketinggian nozzle merupakan dua parameter proses utama yang saling terkait. Keduanya secara langsung memengaruhi distribusi energi laser, stabilitas kolam lebur, kinerja gas bantu, serta kualitas pemotongan akhir. Pemadanan yang tepat antara posisi fokus dan ketinggian nozzle merupakan kondisi dasar untuk menjamin stabilitas pemotongan dan kualitas tepi potongan.

I. Definisi Dasar dan Fungsi Panjang Fokus

Panjang fokus mengacu pada jarak antara lensa fokus dan posisi di mana sinar laser membentuk titik terkecil setelah melewati sistem optik. Dalam proses pemotongan, posisi fokus biasanya mengacu pada permukaan benda kerja sebagai titik nol dan dapat diklasifikasikan menjadi fokus positif, fokus nol, dan fokus negatif.

Posisi fokus menentukan distribusi kepadatan energi laser pada permukaan material atau di dalam material, secara langsung memengaruhi aspek-aspek berikut:

Kemampuan peleburan awal

Kedalaman dan morfologi kolam lebur

Lebar celah dan kemiringan

Ukuran zona yang terkena panas

Penyimpangan posisi fokus yang berlebihan dapat menyebabkan kepadatan energi yang tidak mencukupi atau tidak merata, mengakibatkan pemotongan yang tidak sempurna, adhesi terak, atau permukaan potong yang kasar.

II. Definisi Dasar dan Fungsi Ketinggian Nozzle

Ketinggian nozzle mengacu pada jarak vertikal antara ujung nozzle dan permukaan benda kerja, dan biasanya dikendalikan secara real time oleh sistem deteksi ketinggian. Fungsi utama ketinggian nozzle terletak pada kondisi aliran gas tambahan dan stabilitas aliran udara di zona pemotongan.

Ketinggian nozzle yang sesuai dapat:

Memastikan aliran gas tambahan yang stabil dan simetris terhadap sumbu

Meningkatkan efisiensi pengangkatan logam cair

Mengurangi residu terak di dalam celah potong (kerf)

Meminimalkan dampak percikan terhadap sistem optik

Jika ketinggian nozzle terlalu besar, aliran gas akan menyebar dan kemampuan pengangkatan terak berkurang. Jika ketinggian nozzle terlalu kecil, dapat menyebabkan tabrakan nozzle, adhesi percikan, dan turbulensi aliran udara.

III. Hubungan Keterkaitan Antara Panjang Fokus dan Ketinggian Nozzle

Panjang fokus dan ketinggian nozzle bukanlah parameter yang independen. Dalam proses pemotongan aktual, terdapat hubungan keterkaitan yang jelas di antara keduanya.

Pengaruh Perubahan Posisi Fokus terhadap Ketinggian Nozzle Optimal

Ketika posisi fokus bergerak ke bawah (fokus negatif yang lebih dalam), kolam cairan meluas lebih jauh ke dalam material. Dalam kasus ini, ketinggian nosel biasanya perlu dikurangi secara tepat untuk meningkatkan efek langsung gas bantu terhadap logam cair.

Pengaruh Perubahan Ketinggian Nosel terhadap Pemanfaatan Energi Fokus

Perubahan ketinggian nosel memengaruhi distribusi tekanan gas, secara tidak langsung mengubah morfologi kolam cairan dan wilayah interaksi laser–material, sehingga memengaruhi pemanfaatan energi fokus yang efektif.

Pengaruh Pencocokan Parameter terhadap Stabilitas Pemotongan

Pencocokan panjang fokus dan ketinggian nosel yang tidak tepat dapat dengan mudah menyebabkan ketidakstabilan kolam cairan selama pemotongan, yang mungkin tampak sebagai goresan celah periodik, adhesi terak pada bagian bawah, atau gangguan pemotongan.

IV. Karakteristik Pencocokan Parameter di Bawah Kondisi Material yang Berbeda
Pemotongan Lembaran Tipis

Fokus hampir nol atau fokus positif ringan biasanya digunakan, dikombinasikan dengan ketinggian nosel yang kecil, untuk mencapai celah potong sempit dan kecepatan pemotongan tinggi.

Pemotongan Pelat Sedang dan Tebal

Pemotongan fokus negatif umumnya diterapkan, dengan ketinggian nosel yang relatif berkurang untuk meningkatkan kedalaman kolam cair dan kemampuan gas bantu dalam menghilangkan terak.

Pemotongan Material Berkepantulan Tinggi

Kontrol presisi posisi fokus diperlukan sambil menjaga ketinggian nosel tetap stabil untuk mencegah fluktuasi energi dan mengurangi risiko pantulan balik.

V. Cacat Pemotongan Umum dan Keterkaitan Parameter

Pemotongan tidak lengkap: posisi fokus terlalu tinggi atau ketinggian nosel terlalu besar

Lengketan terak di bagian bawah: fokus negatif tidak cukup atau ketinggian nosel berlebihan

Lebar celah potong berlebihan: fokus terlalu positif atau ketinggian nosel terlalu rendah

Permukaan potong kasar: ketidaksesuaian antara panjang fokus dan ketinggian nosel, mengakibatkan interaksi aliran gas dan kolam cair yang tidak stabil

VI. Rekomendasi Optimalisasi Proses

Penyesuaian panjang fokus sebaiknya ditentukan terutama berdasarkan ketebalan material

Ketinggian nozzle harus dipertahankan sedekat mungkin dengan benda kerja sambil memastikan keselamatan operasional

Selama penyetelan parameter, panjang fokus dan ketinggian nozzle harus disesuaikan secara bersamaan, bukan secara terpisah

Pemotongan percobaan sebaiknya digunakan untuk mengamati bentuk celah dan kualitas permukaan potongan guna secara bertahap menentukan kombinasi parameter optimal

Panjang fokus dan ketinggian nozzle merupakan parameter utama dalam pemotongan laser yang saling membatasi dan memengaruhi satu sama lain. Pemadanan yang tepat di antara keduanya secara langsung menentukan efisiensi pemanfaatan energi laser, stabilitas kolam lebur, dan kualitas pemotongan. Dalam aplikasi praktis, panjang fokus dan ketinggian nozzle harus disesuaikan secara sistematis berdasarkan jenis material, ketebalan, dan tujuan proses untuk mencapai hasil pemotongan yang stabil dan dapat diulang.