Vplyv vzťahu medzi ohniskovou vzdialenosťou a výškou trysky na rezací efekt

Pri laserovom rezaní sú ohnisková vzdialenosť a výška trysky dva navzájom prepojené kľúčové procesné parametre. Priamo ovplyvňujú distribúciu laserovej energie, stabilitu taveniny, výkon prídavného plynu a konečnú kvalitu rezu. Správne nastavenie polohy ohniska a výšky trysky je základnou podmienkou zabezpečenia stability rezania a kvality rezaného okraja.

I. Základná definícia a funkcia ohniskovej vzdialenosti

Ohnisková vzdialenosť označuje vzdialenosť medzi zameriavacím objektívom a polohou, kde sa laserový lúč po prechode optickým systémom zúži na najmenší možný bod. Pri rezaní sa poloha ohniska zvyčajne vzťahuje k povrchu obrobku ako k nulovému bodu a môže byť klasifikovaná ako kladné ohnisko, nulové ohnisko a záporné ohnisko.

Poloha ohniska určuje rozdelenie energetickej hustoty lasera na povrchu materiálu alebo vo vnútri materiálu, čím priamo ovplyvňuje nasledujúce aspekty:

Schopnosť počiatočného tavivého procesu

Hĺbka a tvar taveného bazénu

Šírka rezu a jeho kužeľovitosť

Veľkosť tepelne ovplyvnené zóny

Príliš veľká odchýlka polohy ohniska môže spôsobiť nedostatočnú alebo nerovnomernú hustotu energie, čo vedie k neúplnému rezaniu, prichytávaniu strápy alebo drsným rezom.

II. Základná definícia a funkcia výšky trysky

Výška trysky označuje zvislú vzdialenosť medzi hrotom trysky a povrchom obrobku a zvyčajne sa riadi v reálnom čase prostredníctvom systému na snímanie výšky. Hlavnou funkciou výšky trysky je stav prúdenia pomocného plynu a stabilita prúdu vzduchu v zone rezania.

Správna výška trysky môže:

Zabezpečiť stabilný, osovo symetrický prúd pomocného plynu

Zlepšiť účinnosť odstraňovania roztaveného kovu

Znížiť zvyšky strusky vo štrbine rezu

Minimalizovať vplyv rozstrekovania materiálu na optický systém

Ak je výška trysky príliš veľká, prúd plynu sa rozptýli a schopnosť odstraňovania strusky klesá. Ak je výška trysky príliš malá, môže dôjsť ku kolízii trysky, adhézii rozstrekovaného materiálu a turbulencii prúdu vzduchu.

III. Vazbový vzťah medzi ohniskovou vzdialenosťou a výškou trysky

Ohnisková vzdialenosť a výška trysky nie sú nezávislé parametre. Pri skutočnom procese rezania medzi nimi existuje jasný vazbový vzťah.

Vplyv zmien polohy ohniska na optimálnu výšku trysky

Keď sa ohnisková poloha posúva nadol (hĺbšia negatívna fokusácia), roztavená lázeň sa viac rozprestiera do materiálu. V takom prípade sa zvyčajne musí primerane znížiť výška trysky, aby sa zosilnil priamy účinok prídavného plynu na roztavený kov.

Vplyv zmeny výšky trysky na využitie ohniskovej energie

Zmeny výšky trysky ovplyvňujú rozdelenie tlaku plynu, čím nepriamo menia morfológiu roztavenéj lázne a interakčnú oblasť medzi laserom a materiálom, a tým pádom ovplyvňujú efektívne využitie ohniskovej energie.

Vplyv zhodnotenia parametrov na stabilitu rezu

Nesprávne zhodnotenie ohniskovej vzdialenosti a výšky trysky môže ľahko spôsobiť nestabilitu roztavenéj lázne počas rezania, čo sa môže prejaviť periodickými pruhmi rezu, prichytením spájky na spodnej strane alebo prerušením rezania.

IV. Charakteristiky zhodnotenia parametrov pri rôznych podmienkach materiálu
Rezanie tenkých plechov

Blízko nulový alebo mierne kladný fokus sa typicky používa v kombinácii s malou výškou trysky, aby sa dosiahla úzka rezná medzera a vysoká rýchlosť rezania.

Rezanie stredne hrubých a hrubých plechov

Rezanie s negatívnym fokusom je bežne používané, pričom relatívne znížená výška trysky zvyšuje hĺbku roztaveného bazéna a schopnosť pomocného plynu odstraňovať strusku.

Rezanie materiálov s vysokou odrazivosťou

Vyžaduje sa presná kontrola polohy ohniska pri udržiavaní stabilnej výšky trysky, aby sa zabránilo kolísaniu energie a znížilo riziko spätného odrazu.

V. Bežné chyby pri rezaní a korelácia parametrov

Neúplné rezanie: poloha ohniska príliš vysoká alebo výška trysky príliš veľká

Prilnavosť strusky na spodnej strane: nedostatočný negatívny fokus alebo príliš vysoká výška trysky

Príliš široká rezná medzera: príliš kladný fokus alebo príliš nízka výška trysky

Drsný rezný povrch: nesprávne nastavenie ohniskovej vzdialenosti a výšky trysky, čo spôsobuje nestabilnú interakciu medzi prúdom plynu a roztaveným bazénom

VI. Odporúčania na optimalizáciu procesu

Upravenie ohniskovej vzdialenosti by sa malo uskutočňovať predovšetkým na základe hrúbky materiálu

Výška trysky by mala byť čo najbližšie k obrobku, pri zachovaní prevádzkovej bezpečnosti

Počas ladenia parametrov by mali byť upravované súčasne ohnisková vzdialenosť a výška trysky, nie nezávisle od seba

Na pozorovanie tvaru rezu a kvality rezného povrchu by sa malo použiť skúšobné rezanie, aby sa postupne určila optimálna kombinácia parametrov

Ohnisková vzdialenosť a výška trysky sú kľúčové parametre laserového rezania, ktoré sa navzájom obmedzujú a ovplyvňujú. Ich správne nastavenie priamo určuje účinnosť využitia laserovej energie, stabilitu taveniny a kvalitu rezu. V praxi by mali byť ohnisková vzdialenosť a výška trysky systematicky upravované podľa druhu materiálu, jeho hrúbky a cieľov procesu, aby sa dosiahli stabilné a opakovateľné výsledky rezania.