De invloedrelatie tussen brandpuntsafstand en monstelhoogte op het snijeffect

Bij lasersnijprocessen zijn brandpuntsafstand en mondstukhoogte twee onderling verbonden belangrijke procesparameters. Zij beïnvloeden rechtstreeks de laserenergieverdeling, stabiliteit van het smeltbad, prestaties van het hulpgas en de uiteindelijke snijkwaliteit. Een correcte afstemming van de brandpuntspositie en de mondstukhoogte is een fundamentele voorwaarde voor het waarborgen van snijstabiliteit en snijkantkwaliteit.

I. Basisdefinitie en functie van brandpuntsafstand

De brandpuntsafstand verwijst naar de afstand tussen de focuslens en de positie waar de laserstraal na het passeren van het optische systeem zijn kleinste vlekje vormt. Bij snijprocessen wordt de brandpuntspositie meestal gerefereerd aan het werkstukoppervlak als nulpunt en kan worden onderverdeeld in positieve focus, nul-focus en negatieve focus.

De brandpuntspositie bepaalt de energiedichtheidsverdeling van de laser op het materiaaloppervlak of binnenin het materiaal, wat direct invloed heeft op de volgende aspecten:

Initiële smeltcapaciteit

Diepte en morfologie van het smeltbad

Kerfbreedte en afschuining

Grootte van de warmbeïnvloede zone

Een te grote afwijking van de brandpuntspositie kan leiden tot onvoldoende of ongelijke energiedichtheid, wat resulteert in onvolledig snijden, slaggerecht of ruwe snijvlakken.

II. Basisdefinitie en functie van de mondstukhoogte

De spoothoogte verwijst naar de verticale afstand tussen de spootmond en het werkstukoppervlak en wordt meestal in real time gecontroleerd door een hoogte-sensysysteem. De primaire functie van de spoothoogte ligt in de voorwaarden van de hulpstroom en de stabiliteit van de luchtstroom in de snijzone.

Een passende spoothoogte kan:

Een stabiele, asymmetrische hulpstroom waarborgen

De efficiëntie van het verwijderen van gesmolten metaal verbeteren

Slakresidu binnen de snijfrees verminderen

Spattenimpact op het optische systeem tot een minimum beperken

Als de spoothoogte te groot is, verspreidt de gasstroom en neemt het vermogen om slak te verwijderen af. Als de spoothoogte te klein is, kan dit leiden tot een botsing van de spuitmond, aanhechting van spatten en turbulentie in de luchtstroom.

III. Koppelingsrelatie tussen brandpuntsafstand en spoothoogte

Brandpuntsafstand en spoothoogte zijn geen onafhankelijke parameters. In daadwerkelijke snijprocessen bestaat er een duidelijke koppelingsrelatie tussen beide.

Invloed van veranderingen in de brandpuntspositie op de optimale spoothoogte

Wanneer de focuspositie naar beneden verplaatst (dieper negatieve focus), reikt het smeltbad verder in het materiaal. In dit geval moet de mondstukhoogte meestal passend worden verlaagd om het directe effect van het hulpgas op het gesmolten metaal te versterken.

Invloed van veranderingen in mondstukhoogte op het nuttige gebruik van focusenergie

Veranderingen in mondstukhoogte beïnvloeden de drukverdeling van het gas, wat indirect de vorm van het smeltbad en het laser-materiaalinteractiegebied wijzigt, en daarmee het effectieve gebruik van focusenergie beïnvloedt.

Invloed van parameteraanpassing op snijstabiliteit

Onjuiste afstemming van brandpuntsafstand en mondstukhoogte kan gemakkelijk leiden tot instabiliteit van het smeltbad tijdens het snijden, wat zich kan manifesteren als periodieke kerfschuringen, slaggerecht aan de onderkant of onderbrekingen in het snijproces.

IV. Kenmerken van parameteraanpassing onder verschillende materiaalomstandigheden
Dunne Blad Snijden

Er wordt doorgaans een bijna nul-focus of lichte positieve focus gebruikt, gecombineerd met een kleine mondstukhoogte, om een smalle kerf en een hoge snijsnelheid te bereiken.

Snijden van medium en dik plaatmateriaal

Negatieve focus snijden wordt veel toegepast, met een relatief verlaagde mondstukhoogte om de diepte van het smeltbad en het afvoeren van slak door het hulpgas te verbeteren.

Snijden van materialen met hoge reflectiviteit

Er is een nauwkeurige controle van de brandpuntspositie vereist, terwijl de mondstukhoogte stabiel moet blijven om energiefluctuaties te voorkomen en het risico op terugkaatsing te verminderen.

V. Veelvoorkomende snijdefecten en correlatie met parameters

Onvolledig snijden: brandpuntspositie te hoog of mondstukhoogte te groot

Slakhechting aan de onderzijde: onvoldoende negatieve focus of te grote mondstukhoogte

Te grote kerfbreedte: te positieve focus of mondstukhoogte te laag

Ruwe snijoppervlak: onjuiste combinatie van brandpuntsafstand en mondstukhoogte, waardoor de interactie tussen gasstroom en smeltbad onstabiel wordt

VI. Aanbevelingen voor procesoptimalisatie

De brandpuntsafstandaanpassing moet voornamelijk worden bepaald op basis van de materiaaldikte

De nozzlehoogte moet zo dicht mogelijk bij het werkstuk worden gehouden, terwijl de bedieningsveiligheid gewaarborgd blijft

Tijdens het afstellen van de parameters moeten de brandpuntsafstand en de nozzlehoogte gelijktijdig worden afgesteld, en niet onafhankelijk van elkaar

Proefsneden moeten worden uitgevoerd om de vorm van de snijnaad en de kwaliteit van het gesneden oppervlak te observeren, om geleidelijk de optimale parametercombinatie te bepalen

De brandpuntsafstand en de nozzlehoogte zijn sleutelparameters in lasersnijden die elkaar wederzijds beïnvloeden en beperken. De juiste afstelling ervan bepaalt rechtstreeks de efficiëntie van laserenergiebenutting, de stabiliteit van het smeltbad en de snijkwaliteit. In praktische toepassingen moeten de brandpuntsafstand en de nozzlehoogte systematisch worden afgesteld op basis van het materiaaltype, de dikte en de procesdoelen om stabiele en herhaalbare snijresultaten te verkrijgen.