Nel campo del taglio laser, specialmente per la lavorazione di metalli altamente riflettenti come rame, ottone e loro leghe, la selezione dell'ugello di taglio è di vitale importanza. Tra questi, singolo spruzzo e doppio spruzzo sono le due principali forme strutturali, che presentano differenze fondamentali in termini di progettazione, principio di funzionamento e scenari applicativi.
1. Differenze di progettazione strutturale
Ugello singolo
La struttura è costituita da un singolo canale del gas. All'interno, è tipicamente composto da un cono (anello vorticoso) e dal corpo dell'ugello, formando un percorso di flusso del gas circolare.
Il gas ausiliario ad alta pressione (solitamente azoto o aria compressa priva di ossigeno) viene espulso da questo canale di flusso anulare, formando un flusso di gas convergente e collimato.
Ugello doppio
La struttura è costituita da due canali del gas indipendenti e coassiali. Lo strato interno è il canale del gas di taglio principale, la cui struttura è simile a quella di un ugello singolo. Lo strato esterno è un canale anulare aggiuntivo e indipendente.
La struttura a doppia iniezione consente a due gas (o allo stesso gas ma a pressioni diverse) di operare simultaneamente attraverso i canali interno ed esterno.
II. Meccanismo di funzionamento e funzioni principali
Meccanismo di funzionamento di un ugello singolo
La sua funzione principale è generare un getto di gas stabile e ad alta velocità. Questo flusso di gas ha tre effetti principali:
Formazione di protezione: soffiare via il metallo fuso sul bordo di taglio per completare il taglio.
Protezione della lente: impedire agli spruzzi di metallo generati durante il processo di taglio di contaminare e danneggiare la lente di focalizzazione sottostante.
Raffreddamento ausiliario: per raffreddare i componenti interni della testa di taglio.
Quando si tagliano materiali ad alta riflessione, il design del flusso d'aria a singolo ugello, soprattutto se combinato con il percorso del gas a vortice, può disperdere e attenuare efficacemente l'energia laser riflessa all'interno dell'ugello, riducendo così il rischio che l'ugello stesso venga danneggiato dalla luce riflessa.
Il meccanismo di funzionamento del doppio ugello
Il suo meccanismo di funzionamento si basa sul principio della protezione a cortina d'aria. I flussi d'aria interni ed esterni lavorano insieme:
Flusso d'aria interno: coerente con la funzione dell'ugello singolo, è responsabile del compito di taglio principale, ovvero perforare il materiale e soffiare via la scoria.
Flusso d'aria esterno: forma una "cortina d'aria" che circonda il flusso d'aria principale interno. La funzione principale di questa cortina d'aria è:
Maggiore antiriflesso: il flusso d'aria esterno può raffreddare e pulire in modo più efficace la superficie terminale dell'ugello e bloccare e disperdere ulteriormente l'energia laser riflessa dalla superficie del pezzo, fornendo un livello di protezione più elevato per l'ugello e la testa di taglio.
Miglioramento della stabilità di taglio: il flusso d'aria esterno aiuta a stabilizzare il flusso d'aria principale interno, riducendo la turbolenza all'interno del bordo di taglio, ottenendo potenzialmente una superficie di taglio più liscia.
III. Confronto dei parametri di prestazione e degli scenari applicativi
La differenza fondamentale tra gli ugelli di taglio del rame a singolo e doppio ugello risiede nella progettazione e nel controllo del campo di flusso del gas. L'ugello singolo realizza il taglio e la protezione di base attraverso un singolo flusso di gas ottimizzato, caratterizzato da caratteristiche economiche e pratiche. Il doppio ugello, attraverso la sinergia di un flusso di gas a doppio strato interno ed esterno, costruisce un sistema di protezione a cortina di gas più potente, fornendo una finestra di processo e una sicurezza delle apparecchiature più elevate quando si tratta di rischi di riflessione estremi. La scelta dell'ugello da utilizzare dipende dal materiale di lavorazione specifico (purezza, spessore), dai requisiti del processo (qualità della sezione, velocità) e dalle considerazioni sui costi complessivi.