ความสัมพันธ์ของระยะโฟกัสและความสูงของหัวพ่นต่อผลตัด

ในกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ ความยาวโฟกัสและความสูงของหัวพ่นเป็นพาราโมต์กระบวนการหลักที่มีความสัมพันธ์กันโดยตรง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการกระจายพลังเลเซอร์ ความมั่นคงของหลอมเหลว พลังของก๊าซเสริม และคุณภาพการตัดในขั้นตอนสุดท้าย การจับคู่ตำแหน่งโฟกัสและความสูงของหัวพ่นอย่างเหมาะสมเป็นเงื่อนไขพื้นฐานเพื่อรับประกันความมั่นคงในการตัดและคุณภาพของขอบตัด

I. นิยามพื้นฐานและหน้าที่ของความยาวโฟกัส

ความยาวโฟกัสหมายถึงระยะทางระหว่างเลนส์โฟกัสกับตำแหน่งที่ลำแสงเลเซอร์รวมเป็นจุดขนาดเล็กที่สุดหลังผ่านระบบออปติคัล ในกระบวนการตัด ตำแหน่งโฟกัสมักอ้างอิงตามพื้นผิวชิ้นงานเป็นจุดศูนย์ และสามารถแบ่งออกเป็นการโฟกัสบวก การโฟกัสที่ศูนย์ และการโฟกัสลบ

ตำแหน่งโฟกัสจะกำหนดการกระจายความหนาแน่นพลังงานของเลเซอร์บนพื้นผิวหรือภายในวัสดุ โดยมีผลโดยตรงต่อประเด็นดังต่อไปนี้:

ความสามารถในการหลอมเริ่มต้น

ความลึกและรูปร่างของหลุมหลอมละลาย

ความกว้างของรอยตัดและความเอียง

ขนาดของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน

การเบี่ยงเบนของตำแหน่งโฟกัสที่มากเกินไป อาจทำให้ความหนาแน่นพลังงานไม่เพียงพอหรือไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้เกิดการตัดไม่ขาด การติดตะกรัน หรือพื้นผิวตัดขรุขระ

II. นิยามพื้นฐานและหน้าที่ของความสูงหัวพ่น

ความสูงของหัวพ่นหมายระยะห่างในแนวดิ่งระหว่างปลายหัวพ่นกับพื้นผิวชิ้นงาน ซึ่งโดยทั่วมักถูกควบคุมแบบเรียลไทม์โดยระบบตรวจวัดความสูง หน้าที่หลักของความสูงหัวพ่นคือเพื่อสภาวะการพ่นก๊าซเสริมและการมั่นคงของกระแสอากาศในเขตตัด

ความสูงหัวพ่นที่เหมาะสมสามารถ:

รับประกันการไหลของก๊าซเสริมที่มั่นคงและสมมาตรตามแนวแกน

ปรับปรุงประสิทธิภาพการขจัดโลหะหลอมเหลว

ลดตกค้างของสะเก็ดภายในร่องตัด

ลดผลกระทบจากการกระเด็นต่อระบบออปติก

หากความสูงหัวพ่นมากเกิน กระแสก๊าซจะกระจายและความสามารถในการขจัดสะเก็ดจะลดลง หากความสูงหัวพ่นต่ำเกิน อาจก่อให้เกิดการปะทะหัวพ่น การเกาะติดของสะเก็ด และการไหลของอากาศที่ปั่นป่วน

III. ความสัมพันธ์ที่เชื่อมโยงระหว่างความยาวโฟกัสและความสูงหัวพ่น

ความยาวโฟกัสและความสูงหัวพ่นไม่เป็นพารามิเตอร์ที่เป็นอิสระ ในการตัดจริง มีความสัมพันธ์ที่เชื่อมโยงอย่างชัดเจนระหว่างทั้งสองตัวแปร

อิทธิพลของการเปลี่ยนตำแหน่งโฟกัสต่อความสูงหัวพ่นที่เหมาะสม

เมื่อตำแหน่งโฟกัสเคลื่อนที่ลงด้านล่าง (โฟกัสเชิงลบลึกขึ้น) หลุมหลอมเหลวจะขยายตัวลึกลงไปในวัสดุมากขึ้น ในกรณีนี้มักจำเป็นต้องลดความสูงของหัวพ่นให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยตรงของก๊าซช่วยในการระเหยต่อโลหะที่หลอมละลาย

ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงความสูงของหัวพ่นต่อการใช้พลังงานโฟกัส

การเปลี่ยนแปลงความสูงของหัวพ่นมีผลต่อการกระจายแรงดันของก๊าซ ซึ่งส่งผลทางอ้อมต่อรูปร่างของหลุมหลอมเหลวและบริเวณปฏิกิริยาระหว่างเลเซอร์กับวัสดุ จึงมีผลต่อการใช้พลังงานโฟกัสอย่างมีประสิทธิภาพ

ผลกระทบของการจับคู่พารามิเตอร์ต่อความเสถียรในการตัด

การจับคู่ความยาวโฟกัสและความสูงของหัวพ่นที่ไม่เหมาะสม อาจทำให้เกิดความไม่เสถียรของหลุมหลอมเหลวระหว่างการตัด ซึ่งอาจปรากฏเป็นแถบขีดข่วนตามแนวร่องตัดเป็นระยะ คราบตะกรันติดที่ด้านล่าง หรือการหยุดชะงักของการตัด

IV. ลักษณะการจับคู่พารามิเตอร์ภายใต้เงื่อนไขวัสดุที่แตกต่างกัน
การตัดแผ่นบาง

มักใช้โฟกัสใกล้ศูนย์หรือโฟกัสบวกเล็กน้อยร่วมกับความสูงหัวพ่นต่ำ เพื่อให้ได้ร่องตัดแคบและอัตราการตัดที่สูง

การตัดแผ่นโลหะขนาดกลางและหนา

มักใช้การตัดด้วยโฟกัสเชิงลบ โดยลดความสูงของหัวพ่นให้น้อยลงเพื่อเพิ่มความลึกของหลอมเหลวและประสิทธิภาพในการขจัดตะกรันด้วยก๊าซช่วยตัด

การตัดวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง

ต้องควบคุมตำแหน่งโฟกัสอย่างแม่นยำ พร้อมรักษาระดับความสูงของหัวพ่นให้คงที่ เพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงพลังงานและลดความเสี่ยงจากการสะท้อนกลับของลำแสง

V. ข้อบกพร่องทั่วไปในการตัดและความสัมพันธ์กับพารามิเตอร์

ตัดไม่ขาด: ตำแหน่งโฟกัสสูงเกินไปหรือความสูงของหัวพ่นมากเกินไป

คราบตะกรันติดที่ด้านล่าง: โฟกัสเชิงลบไม่เพียงพอหรือความสูงของหัวพ่นมากเกินไป

ความกว้างร่องตัดมากเกินไป: โฟกัสบวกเกินไปหรือความสูงของหัวพ่นต่ำเกินไป

ผิวตัดหยาบ: การจับคู่ระยะโฟกัสและความสูงของหัวพ่นไม่เหมาะสม ส่งผลให้การไหลของก๊าซและอ่างหลอมเหลวไม่เสถียร

VI. คำแนะนำในการปรับปรุงกระบวนการ

การปรับความยาวโฟกัสควรพิจารณาเป็นหลักตามความหนาของวัสดิ

ความสูงของหัวพ่นควรคงไว้ใกล้วัชิ้งมากที่สุดเท่าที่สามารถทำได้ โดยยังคงรักษาระดับความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน

ระหว่างการปรับพารามิเตอร์ ควรปรับความยาวโฟกัสและความสูงของหัวพ่นพร้อมเวลาเดียวกัน แทนการปรับอย่างอิสระ

ควรใช้การตัดตัวอย่างเพื่อสังเกดูรูปรอยตัดและคุณภาพพื้นผิวตัด เพื่อกำหนดชุดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมอย่างค่อยเป็นค่อยขั้น

ความยาวโฟกัสและความสูงของหัวพ่นเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการตัดด้วยเลเซอร์ ที่มีข้อจำกักระหว่างกันและมีอิทธิพลซึ่งต่อซึ่งนั้น โดยการจับคู่ที่เหมาะสมจะกำหนดโดยประสิทธิภาพการใช้พลังงานเลเซอร์ ความมั่นคงของหลอมเหลว และคุณภาพการตัดโดยตรง ในการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ ควรปรับความยาวโฟกัสและความสูงของหัวพ่นอย่างเป็นระบบตามชนิด ความหนาของวัสดิ และวัตถุประสง์ของกระบวนการ เพื่อให้ได้ผลการตัดที่มั่นคงและสามารถทำซ้ำได้