Dalam pemrosesan logam, mesin potong laser menggunakan berkas laser berdensitas energi tinggi untuk mencapai peleburan, penguapan, dan pemisahan material. Posisi fokus adalah salah satu parameter proses kunci dalam pemotongan laser. Hal ini secara langsung memengaruhi distribusi energi, morfologi kolam leburan, kualitas celah, dan stabilitas pemotongan. Pengendalian posisi fokus yang tepat adalah prasyarat penting untuk mendapatkan hasil pemotongan berkualitas tinggi.
I. Definisi Dasar Posisi Fokus Pemotongan Laser
Posisi fokus dalam pemotongan laser mengacu pada titik di mana berkas laser difokuskan oleh kepala pemotong untuk mencapai diameter titik terkecil dan kepadatan energi tertinggi. Dengan mengambil permukaan benda kerja sebagai titik nol referensi, posisi fokus dapat dibagi menjadi tiga keadaan:
Fokus positif (fokus terletak di atas permukaan benda kerja)
Fokus nol (fokus terletak pada permukaan benda kerja)
Fokus negatif (fokus terletak di dalam material benda kerja)
Posisi fokus yang berbeda mengubah cara energi laser berpasangan dengan material, sehingga memengaruhi proses pemotongan dan kualitas pemotongan.
II. Pengaruh Posisi Fokus pada Distribusi Energi Laser
Berkas laser mencapai kepadatan energi maksimumnya pada titik fokus. Saat berkas bergerak menjauh dari fokus, diameter titik meningkat dan energi per satuan luas menurun. Perubahan posisi fokus menyebabkan efek berikut:
Variasi konsentrasi energi
Semakin dekat fokus ke permukaan material, semakin terkonsentrasi energi laser, menghasilkan efisiensi peleburan awal yang lebih tinggi.
Variasi distribusi energi di sepanjang ketebalan material
Dalam kondisi fokus negatif, energi laser membentuk zona interaksi efektif yang lebih panjang di dalam material, yang bermanfaat untuk pemotongan pelat tebal.
Perubahan morfologi kolam leburan
Posisi fokus yang berbeda memengaruhi kedalaman, lebar, dan stabilitas kolam leburan, sehingga memengaruhi geometri celah dan kualitas permukaan potong.
III. Efek dari Posisi Fokus yang Berbeda pada Kualitas Pemotongan
1. Efek Fokus Positif pada Kualitas Pemotongan
Ketika fokus diposisikan di atas permukaan benda kerja, titik laser pada permukaan material relatif lebih besar:
Distribusi energi yang lebih seragam pada permukaan masuk pemotongan
Celah yang lebih lebar di permukaan atas
Pengeluaran logam cair ke bawah yang relatif lebih lemah
Kondisi ini cocok untuk material tipis dan aplikasi dengan persyaratan yang lebih tinggi untuk kualitas tampilan permukaan.
2. Efek Fokus Nol pada Kualitas Pemotongan
Ketika fokus terletak pada permukaan benda kerja:
Kepadatan energi laser mencapai maksimumnya
Kecepatan pemotongan relatif tinggi
Lebar celah lebih kecil
Kekekalan celah ditingkatkan
Fokus nol umumnya digunakan untuk pemotongan kecepatan tinggi pada pelat tipis dan sedang, memberikan keseimbangan yang baik dari kualitas pemotongan secara keseluruhan.
3. Efek Fokus Negatif pada Kualitas Pemotongan
Ketika fokus diposisikan di dalam benda kerja:
Energi laser meluas lebih dalam ke dalam material
Kedalaman kolam leburan meningkat
Gas bantu dapat lebih efektif mengeluarkan material cair dari bagian bawah celah
Fokus negatif banyak diterapkan dalam pemotongan pelat tebal dan membantu mengurangi pembentukan terak sambil meningkatkan kemampuan penetrasi penuh.
IV. Pengaruh Posisi Fokus pada Bentuk Celah dan Penampang Potong
Penempatan fokus yang tidak tepat dapat menyebabkan masalah berikut:
Tirus celah dengan bagian atas lebih lebar dan bagian bawah lebih sempit, atau sebaliknya
Pola striasi yang tidak rata pada permukaan potong
Peningkatan terak di tepi bawah
Pemotongan yang tidak lengkap atau gangguan pemotongan
Penyesuaian fokus yang tepat membantu meningkatkan kekekalan celah, kelancaran penampang, dan konsistensi pemotongan secara keseluruhan.
V. Efek Sinergis Posisi Fokus dan Gas Bantu
Selama pemotongan laser, gas bantu seperti oksigen, nitrogen, dan udara berinteraksi erat dengan posisi fokus:
Ketika fokus diposisikan lebih tinggi, gas terutama bekerja pada zona leburan permukaan
Ketika fokus diposisikan lebih rendah, gas lebih efektif membantu pengeluaran kolam leburan
Posisi fokus dan tinggi nosel bersama-sama memengaruhi stabilitas aliran gas
Penyesuaian fokus harus dikoordinasikan dengan tekanan gas dan diameter nosel.
VI. Efek Umum dari Pengaturan Posisi Fokus yang Tidak Tepat
Penempatan fokus yang salah dapat mengakibatkan:
Pengurangan kecepatan pemotongan
Efisiensi pemanfaatan daya laser yang lebih rendah
Kualitas pemotongan yang tidak stabil
Peningkatan beban termal pada komponen optik
Oleh karena itu, dalam aplikasi praktis, posisi fokus harus dioptimalkan secara dinamis berdasarkan ketebalan material, daya laser, dan parameter proses pemotongan.
VII. Prinsip Umum untuk Penyesuaian Posisi Fokus dalam Aplikasi Praktis
Pedoman berikut umumnya diterapkan:
Fokus nol atau fokus positif sedikit untuk pemotongan lembaran tipis
Fokus negatif untuk pemotongan pelat tebal
Peningkatan fokus negatif untuk pemotongan laser berdaya tinggi
Penyesuaian fokus halus untuk material reflektifitas tinggi untuk meningkatkan efisiensi kopling energi
Posisi fokus pemotongan laser adalah salah satu parameter proses terpenting yang memengaruhi kualitas pemotongan. Dengan mengendalikan posisi fokus dengan tepat, distribusi energi laser dapat dioptimalkan, efisiensi peleburan dapat ditingkatkan, dan geometri celah serta stabilitas pemotongan dapat ditingkatkan. Dalam produksi aktual, penyesuaian fokus yang tepat harus dilakukan sesuai dengan sifat material, parameter peralatan, dan persyaratan proses untuk mencapai kinerja pemotongan yang stabil dan andal.