La relazione di influenza tra lunghezza focale e altezza della bocchetta sull'effetto di taglio

Nei processi di taglio laser, la lunghezza focale e l'altezza della bocchetta sono due parametri chiave interrelati. Essi influiscono direttamente sulla distribuzione dell'energia laser, sulla stabilità della piscina fusa, sulle prestazioni del gas ausiliario e sulla qualità finale del taglio. Una corretta combinazione della posizione focale e dell'altezza della bocchetta è una condizione fondamentale per garantire stabilità nel taglio e qualità del bordo tagliato.

I. Definizione di base e funzione della lunghezza focale

La lunghezza focale si riferisce alla distanza tra la lente di focalizzazione e la posizione in cui il fascio laser forma il punto minimo dopo aver attraversato il sistema ottico. Nei processi di taglio, la posizione del fuoco è solitamente riferita alla superficie del pezzo in lavorazione come punto zero ed è classificabile in fuoco positivo, fuoco nullo e fuoco negativo.

La posizione del fuoco determina la distribuzione della densità energetica del laser sulla superficie del materiale o al suo interno, influenzando direttamente i seguenti aspetti:

Capacità iniziale di fusione

Profondità e morfologia del bagno fuso

Larghezza del taglio e conicità

Dimensione della zona termicamente alterata

Una deviazione eccessiva della posizione del fuoco può causare una densità energetica insufficiente o non uniforme, portando a un taglio incompleto, adesione di scorie o superfici di taglio irregolari.

II. Definizione fondamentale e funzione dell'altezza della bocchetta

L'altezza della bocchetta si riferisce alla distanza verticale tra la punta della bocchetta e la superficie del pezzo in lavorazione ed è solitamente controllata in tempo reale da un sistema di rilevamento dell'altezza. La funzione principale dell'altezza della bocchetta riguarda le condizioni del getto di gas ausiliario e la stabilità del flusso d'aria nella zona di taglio.

Un'altezza della bocchetta appropriata può:

Garantire un flusso d'aria ausiliario stabile e asimmetrico

Migliorare l'efficienza di rimozione del metallo fuso

Ridurre i residui di scoria all'interno del taglio

Minimizzare l'impatto degli schizzi sul sistema ottico

Se l'altezza della bocchetta è troppo elevata, il flusso di gas si disperde e la capacità di rimozione della scoria diminuisce. Se l'altezza della bocchetta è troppo bassa, potrebbe causare collisioni della bocchetta, adesione di schizzi e turbolenza del flusso d'aria.

III. Relazione di accoppiamento tra lunghezza focale e altezza della bocchetta

La lunghezza focale e l'altezza della bocchetta non sono parametri indipendenti. Nei processi di taglio reali, esiste una chiara relazione di accoppiamento tra questi due parametri.

Influenza delle variazioni della posizione focale sull'altezza ottimale della bocchetta

Quando la posizione focale si sposta verso il basso (fuoco più negativo), la piscina di fusione penetra maggiormente nel materiale. In questo caso, l'altezza della bocchetta deve solitamente essere ridotta adeguatamente per potenziare l'effetto diretto del gas ausiliario sul metallo fuso.

Influenza delle variazioni dell'altezza della bocchetta sull'utilizzo dell'energia focale

Le variazioni dell'altezza della bocchetta influenzano la distribuzione della pressione del gas, alterando indirettamente la morfologia della piscina di fusione e la zona di interazione tra laser e materiale, influendo così sull'effettivo utilizzo dell'energia focale.

Influenza dell'accoppiamento dei parametri sulla stabilità del taglio

Un accoppiamento improprio tra lunghezza focale e altezza della bocchetta può facilmente causare instabilità della piscina di fusione durante il taglio, manifestandosi con striature periodiche sul taglio, adesione di scorie sul fondo o interruzioni del taglio.

IV. Caratteristiche di accoppiamento dei parametri in diverse condizioni del materiale
Taglio di lamiere sottili

Si utilizza tipicamente un fuoco prossimo allo zero o leggermente positivo, abbinato a una piccola altezza della bocchetta, per ottenere un taglio stretto e un'elevata velocità di taglio.

Taglio di lamiere medie e spesse

Viene comunemente adottato il taglio con fuoco negativo, riducendo relativamente l'altezza della bocchetta per aumentare la profondità del bagno fuso e migliorare l'efficacia di rimozione delle scorie da parte del gas ausiliario.

Taglio di materiali ad alta riflettività

È richiesto un controllo preciso della posizione focale mantenendo costante l'altezza della bocchetta, per evitare fluttuazioni energetiche e ridurre il rischio di riflessione inversa.

V. Difetti comuni nel taglio e correlazione con i parametri

Taglio incompleto: posizione focale troppo alta o altezza della bocchetta eccessiva

Adesione di scorie sul fondo: fuoco insufficientemente negativo o altezza della bocchetta eccessiva

Larghezza del taglio eccessiva: fuoco eccessivamente positivo o altezza della bocchetta troppo bassa

Superficie di taglio irregolare: accoppiamento improprio tra lunghezza focale e altezza della bocchetta, che provoca un'interazione instabile tra il flusso di gas e il bagno fuso

VI. Raccomandazioni per l'ottimizzazione del processo

La regolazione della lunghezza focale deve essere determinata principalmente in base allo spessore del materiale

L'altezza della bocchetta dovrebbe essere mantenuta il più vicina possibile al pezzo in lavorazione, garantendo al contempo la sicurezza operativa

Durante la taratura dei parametri, la lunghezza focale e l'altezza della bocchetta devono essere regolate contemporaneamente e non in modo indipendente

Si dovrebbe procedere con tagli di prova per osservare la forma del taglio e la qualità della superficie tagliata, al fine di determinare gradualmente la combinazione ottimale dei parametri

La lunghezza focale e l'altezza della bocchetta sono parametri chiave nel taglio laser che si vincolano e influenzano reciprocamente. La loro corretta combinazione determina direttamente l'efficienza nell'utilizzo dell'energia laser, la stabilità della piscina fusa e la qualità del taglio. Nelle applicazioni pratiche, lunghezza focale e altezza della bocchetta devono essere regolate sistematicamente in base al tipo di materiale, allo spessore e agli obiettivi del processo, al fine di ottenere risultati di taglio stabili e ripetibili.