A relação de influência entre comprimento focal e altura do bico sobre o efeito de corte

Nos processos de corte a laser, o comprimento focal e a altura do bico são dois parâmetros-chave inter-relacionados. Eles afetam diretamente a distribuição da energia do laser, a estabilidade da poça fundida, o desempenho do gás auxiliar e a qualidade final do corte. O ajuste adequado da posição focal e da altura do bico é uma condição fundamental para garantir a estabilidade do corte e a qualidade da borda cortada.

I. Definição Básica e Função do Comprimento Focal

A distância focal refere-se à distância entre a lente de focagem e a posição onde o feixe a laser forma o menor ponto após passar pelo sistema óptico. Nos processos de corte, a posição focal é geralmente referenciada à superfície da peça como ponto zero e pode ser classificada em foco positivo, foco zero e foco negativo.

A posição focal determina a distribuição de densidade de energia do laser na superfície do material ou no interior do material, afetando diretamente os seguintes aspectos:

Capacidade inicial de fusão

Profundidade e morfologia da poça de fusão

Largura do corte e taper

Tamanho da zona afetada pelo calor

Desvios excessivos na posição focal podem resultar em densidade de energia insuficiente ou irregular, levando a cortes incompletos, aderência de escória ou superfícies de corte ásperas.

II. Definição básica e função da altura do bico

A altura do bico refere-se à distância vertical entre a ponta do bico e a superfície da peça e geralmente é controlada em tempo real por um sistema de detecção de altura. A função principal da altura do bico reside na condição do jato de gás auxiliar e na estabilidade do fluxo de ar na zona de corte.

Uma altura adequada do bico pode:

Garantir um fluxo estável e axialmente simétrico do gás auxiliar

Melhorar a eficiência na remoção do metal fundido

Reduzir os resíduos de escória dentro do corte

Minimizar o impacto de respingos no sistema óptico

Se a altura do bico for muito grande, o fluxo de gás se dispersa e a capacidade de remoção de escória diminui. Se a altura do bico for muito pequena, pode causar colisão do bico, aderência de respingos e turbulência no fluxo de ar.

III. RELAÇÃO DE ACOPLAMENTO ENTRE DISTÂNCIA FOCAL E ALTURA DO BICO

A distância focal e a altura do bico não são parâmetros independentes. Nos processos reais de corte, existe uma relação clara de acoplamento entre eles.

Influência das alterações da posição focal na altura ideal do bico

Quando a posição focal se move para baixo (foco mais negativo), a poça fundida penetra mais profundamente no material. Nesse caso, a altura do bico geralmente precisa ser reduzida adequadamente para aumentar o efeito direto do gás auxiliar sobre o metal fundido.

Influência das Alterações na Altura do Bico sobre a Utilização da Energia Focal

As alterações na altura do bico afetam a distribuição da pressão do gás, alterando indiretamente a morfologia da poça fundida e a região de interação entre o laser e o material, influenciando, assim, a utilização eficaz da energia focal.

Influência do Pareamento de Parâmetros na Estabilidade do Corte

Um pareamento inadequado entre comprimento focal e altura do bico pode facilmente causar instabilidade na poça fundida durante o corte, o que pode se manifestar como estrias periódicas no corte, adesão de escória na parte inferior ou interrupções no corte.

IV. Características de Pareamento de Parâmetros sob Diferentes Condições de Material
Corte de Chapas Finas

Um foco próximo a zero ou ligeiramente positivo é tipicamente utilizado, combinado com uma altura de bico pequena, a fim de obter um corte estreito e alta velocidade de corte.

Corte de Placas Médias e Grossas

O corte com foco negativo é comumente adotado, com uma altura do bocal relativamente reduzida para aumentar a profundidade da poça fundida e a capacidade de remoção de escória pelo gás auxiliar.

Corte de Materiais de Alta Refletividade

É necessário um controle preciso da posição focal, mantendo-se ao mesmo tempo uma altura estável do bocal, para evitar flutuações de energia e reduzir o risco de reflexão reversa.

V. Defeitos Comuns de Corte e Correlação com Parâmetros

Corte incompleto: posição focal muito alta ou altura do bocal excessiva

Adesão de escória na base: foco negativo insuficiente ou altura do bocal excessiva

Largura excessiva do corte: foco excessivamente positivo ou altura do bocal muito baixa

Superfície de corte áspera: combinação inadequada entre distância focal e altura do bocal, resultando em interação instável entre o fluxo de gás e a poça fundida

VI. Recomendações para Otimização do Processo

O ajuste da distância focal deve ser determinado principalmente com base na espessura do material

A altura do bico deve ser mantida o mais próxima possível da peça de trabalho, garantindo ao mesmo tempo a segurança operacional

Durante o ajuste de parâmetros, a distância focal e a altura do bico devem ser ajustadas simultaneamente, e não de forma independente

Deve-se utilizar corte experimental para observar a forma do corte e a qualidade da superfície cortada, a fim de determinar gradualmente a combinação ideal de parâmetros

A distância focal e a altura do bico são parâmetros-chave no corte a laser que se restringem e influenciam mutuamente. A combinação adequada entre eles determina diretamente a eficiência de utilização da energia laser, a estabilidade da poça fundida e a qualidade do corte. Em aplicações práticas, a distância focal e a altura do bico devem ser ajustadas sistematicamente de acordo com o tipo de material, espessura e objetivos do processo, a fim de obter resultados de corte estáveis e repetíveis.