금속 가공에서 레이저 절단기는 고에너지 밀도 레이저 빔을 사용하여 재료 용융, 기화 및 분리를 수행합니다. 초점 위치는 레이저 절단에서 주요 공정 매개변수 중 하나입니다. 이는 에너지 분포, 용융 풀 형태, 절단 틈새 품질 및 절단 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 적절한 초점 위치 제어는 고품질 절단 결과를 얻기 위한 중요한 전제 조건입니다.
I. 레이저 절단 초점 위치의 기본 정의
레이저 절단에서 초점 위치는 절단 헤드가 레이저 빔을 초점을 맞춰 가장 작은 스폿 직경과 가장 높은 에너지 밀도를 얻는 지점을 의미합니다. 공작물 표면을 기준 영점으로 삼아 초점 위치는 세 가지 상태로 나눌 수 있습니다.
양의 초점 (공작물 표면 위에 위치)
영점 초점 (공작물 표면에 위치)
음의 초점 (공작물 재료 내부에 위치)
다른 초점 위치는 레이저 에너지가 재료와 결합하는 방식을 변경하여 절단 공정 및 절단 품질에 영향을 미칩니다.
II. 레이저 에너지 분포에 대한 초점 위치의 영향
레이저 빔은 초점에서 최대 에너지 밀도에 도달합니다. 빔이 초점에서 멀어질수록 스폿 직경이 증가하고 단위 면적당 에너지가 감소합니다. 초점 위치의 변화는 다음과 같은 영향을 미칩니다.
에너지 농도의 변화
초점이 재료 표면에 가까울수록 레이저 에너지가 더 집중되어 초기 용융 효율이 높아집니다.
재료 두께에 따른 에너지 분포의 변화
음의 초점 조건에서 레이저 에너지는 재료 내부에 더 긴 유효 상호 작용 영역을 형성하여 두꺼운 판 절단에 유리합니다.
용융 풀 형태의 변화
다른 초점 위치는 용융 풀의 깊이, 너비 및 안정성에 영향을 미쳐 절단 틈새 형상 및 절단 표면 품질에 영향을 미칩니다.
III. 다른 초점 위치가 절단 품질에 미치는 영향
1. 양의 초점이 절단 품질에 미치는 영향
초점이 공작물 표면 위에 위치하면 재료 표면의 레이저 스폿이 비교적 커집니다.
절단 입구 표면에서 더 균일한 에너지 분포
상단 표면에서 더 넓은 절단 틈새
용융 금속의 상대적으로 약한 하향 배출
이 조건은 얇은 재료 및 표면 외관 품질에 대한 요구 사항이 높은 응용 분야에 적합합니다.
2. 영점 초점이 절단 품질에 미치는 영향
초점이 공작물 표면에 위치하면:
레이저 에너지 밀도가 최대에 도달합니다.
절단 속도가 비교적 높습니다.
절단 틈새 너비가 더 작습니다.
절단 틈새 수직도가 향상됩니다.
영점 초점은 얇고 중간 두께의 판의 고속 절단에 일반적으로 사용되며 전체 절단 품질의 균형을 잘 유지합니다.
3. 음의 초점이 절단 품질에 미치는 영향
초점이 공작물 내부에 위치하면:
레이저 에너지가 재료 내부로 더 깊이 확장됩니다.
용융 풀 깊이가 증가합니다.
보조 가스가 절단 틈새 바닥에서 용융 재료를 더 효과적으로 배출할 수 있습니다.
음의 초점은 두꺼운 판 절단에 널리 적용되며 슬래그 형성을 줄이는 동시에 완전 관통 능력을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
IV. 절단 틈새 모양 및 절단 단면에 대한 초점 위치의 영향
부적절한 초점 위치 지정은 다음과 같은 문제를 야기할 수 있습니다.
상단이 더 넓고 하단이 더 좁은 절단 틈새 테이퍼 또는 그 반대
절단 표면의 불균일한 줄무늬 패턴
하단 가장자리의 슬래그 증가
불완전한 절단 또는 절단 중단
적절한 초점 조정은 절단 틈새 수직도, 단면 매끄러움 및 전체 절단 일관성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
V. 초점 위치와 보조 가스의 시너지 효과
레이저 절단 중 산소, 질소 및 공기와 같은 보조 가스는 초점 위치와 밀접하게 상호 작용합니다.
초점이 더 높게 위치하면 가스는 주로 표면 용융 영역에 작용합니다.
초점이 더 낮게 위치하면 가스가 용융 풀 배출을 더 효과적으로 돕습니다.
초점 위치와 노즐 높이는 가스 흐름 안정성에 공동으로 영향을 미칩니다.
초점 조정은 가스 압력 및 노즐 직경과 함께 조정되어야 합니다.
VI. 부적절한 초점 위치 설정의 일반적인 영향
잘못된 초점 위치 지정은 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다.
절단 속도 감소
낮은 레이저 출력 활용 효율
불안정한 절단 품질
광학 부품에 대한 열 부하 증가
따라서 실제 응용 분야에서는 재료 두께, 레이저 출력 및 절단 공정 매개변수를 기반으로 초점 위치를 동적으로 최적화해야 합니다.
VII. 실제 응용 분야에서 초점 위치 조정을 위한 일반 원칙
다음 지침이 일반적으로 적용됩니다.
얇은 시트 절단에는 영점 초점 또는 약간의 양의 초점
두꺼운 판 절단에는 음의 초점
고출력 레이저 절단에는 음의 초점 증가
에너지 결합 효율을 향상시키기 위해 고반사 재료에 대한 미세 초점 조정
레이저 절단 초점 위치는 절단 품질에 영향을 미치는 가장 중요한 공정 매개변수 중 하나입니다. 초점 위치를 적절하게 제어함으로써 레이저 에너지 분포를 최적화하고 용융 효율을 향상시키며 절단 틈새 형상 및 절단 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 실제 생산에서는 안정적이고 신뢰할 수 있는 절단 성능을 달성하기 위해 재료 특성, 장비 매개변수 및 공정 요구 사항에 따라 정밀한 초점 조정을 수행해야 합니다.