Vplivni odnos med goriščno razdaljo in višino šobe na rezultat rezanja

Pri laserskem rezanju sta goriščna razdalja in višina šobe dva medsebojno povezana ključna procesna parametra. Neposredno vplivata na porazdelitev laserske energije, stabilnost taline, delovanje pomožnega plina ter končno kakovost rezanja. Pravilno usklajevanje položaja gorišča in višine šobe je osnovni pogoj za zagotavljanje stabilnosti rezanja in kakovosti reznih robov.

I. Osnovna opredelitev in funkcija goriščne razdalje

Žariščna razdalja se nanaša na razdaljo med fokusirnim lečo in položajem, kjer laserjev žarek oblikuje najmanjšo luko po prehodu skozi optični sistem. Pri postopkih rezanja se žariščni položaj navadno nanaša na površino obdelovanca kot ničelno točko in se lahko razdeli na pozitivni fokus, ničelni fokus ter negativen fokus.

Žariščni položaj določa porazdelitev energijske gostote lasera na površini materiala ali znotraj materiala, kar neposredno vpliva na naslednje vidike:

Začetna sposobnost taljenja

Globina in oblika talilne jame

Širina reza in koničnost

Velikost toplotno vplivljive cone

Prevelik odmik žariščnega položaja lahko povzroči nezadostno ali neenakomerno gostoto energije, kar vodi do nepopolnega rezanja, lepljenja škrobe ali hrapavih površin reza.

II. Osnovna opredelitev in funkcija višine šobe

Višina šobe se nanaša na navpično razdaljo med konico šobe in površino obdelovanca ter se praviloma v resničnem času nadzoruje s sistemom za zaznavanje višine. Glavna funkcija višine šobe je povezana z pogoji izpuščanja pomožnega plina in stabilnostjo toku zraka v rezanju.

Ustrezna višina šobe lahko:

Zagotovi stabilen, osnosimetričen tok pomožnega plina

Izboljša učinkovitost odstranjevanja taljenega kovinega materiala

Zmanjša ostanki šlama znotraj reza

Zmanjša vpliv razprševanja na optični sistem

Če je višina šobe prevelika, se plinski tok razprši in zmožnost odstranjevanja šlama zmanjša. Če je višina šobe premajhna, lahko pride do trka šobe, lepljenja razpršenih delcev in turbulentnega toka zraka.

III. Sklopnost med goriščno dolžino in višino šobe

Goriščna dolžina in višina šobe nista neodvisna parametra. V dejanskem procesu rezkanja med njima obstaja jasna sklopna povezava.

Vpliv sprememb položaja gorišča na optimalno višino šobe

Ko se žariščna lega premakne navzdol (globlje negativno žarišče), se talina širi globlje v material. V tem primeru je običajno treba ustrezno zmanjšati višino šobe, da se poveča neposreden učinek pomožnega plina na taljen kovino.

Vpliv sprememb višine šobe na izkoriščenje žariščne energije

Spremembe višine šobe vplivajo na porazdelitev tlaka plina, posredno spreminjajo morfologijo taline in področje interakcije laserja z materialom ter s tem vplivajo na učinkovito izkoriščenje žariščne energije.

Vpliv ujemanja parametrov na stabilnost rezkanja

Neustrezno usklajevanje žariščne razdalje in višine šobe lahko med rezkanjem preprosto povzroči nestabilnost taline, kar se lahko kaže kot periodične brazgotine reza, lepljenje šlake na dnu ali prekinitve rezkanja.

IV. Značilnosti ujemanja parametrov pri različnih pogojih materiala
Rezanje tankih pločevin

Uporablja se skoraj ničelna ali nekoliko pozitivna fokacija v kombinaciji s piko z manjšo višino, da se doseži ozek rez in visoka hitrost rezanja.

Rezanje srednje in debele pločevine

Rezanje z negativno fokacijo je pogosto uporabljeno, pri čemer je višina pike relativno zmanjšana, da se izboljša globina taline in sposobnost odstranitve žlindre s pomožnim plinom.

Rezanje materialov z visoko stopnjo odseva

Zahtevano je natančno nadziranje položaja fokalne točke ob hkratnem ohranjanju stabilne višine pike, da se preprečijo nihanja energije ter zmanjša tveganje za odboj nazaj.

V. Pogoste napake pri rezanju in povezava s parametri

Ne popolnoma izvedeno rezanje: fokalna točka previsoko ali višina pike prevelika

Prilepljenje žlindre na dno: premalo negativna fokacija ali prevelika višina pike

Preširok rez: preveč pozitivna fokacija ali prenizka višina pike

Hrapav površina reza: neustrezno uskladitev med fokalno dolžino in višino pike, kar povzroči nestabilno interakcijo med tokom plina in talini

VI. Priporočila za optimizacijo procesa

Prilagoditev goriščne razdalje naj temelji predvsem na debelini materiala

Višina šobe naj bo čim bližje delu, hkrati pa naj zagotavlja varno obratovanje

Med prilagoditvijo parametrov naj se goriščna razdalja in višina šobe prilagajata hkrati, ne neodvisno

Z preizkusnim rezanjem naj se opazuje oblika reza in kakovost površine reza, da se postopoma določi optimalna kombinacija parametrov

Goriščna razdalja in višina šobe so ključni parametri pri laserskem rezanju, ki se med seboj omejujejo in vplivajo druga na drugo. Ustrezen par teh parametrov neposredno določa učinkovitost uporabe laserske energije, stabilnost taline v rezu ter kakovost rezanja. V praksi naj se goriščna razdalja in višina šobe sistematično prilagajata glede na vrsto materiala, njegovo debelino in cilje procesa, da se doseže stabilne in ponovljive rezultate rezanja.