En el procesamiento de metales, las máquinas de corte por láser utilizan rayos láser de alta densidad de energía para lograr la fusión, vaporización y separación del material.La posición focal es uno de los parámetros clave del proceso en el corte por láserAfecta directamente la distribución de energía, la morfología de las piscinas fundidas, la calidad del corte y la estabilidad de corte.El control adecuado de la posición focal es un requisito fundamental para obtener resultados de corte de alta calidad.
I. Definición básica de la posición focal de corte por láser
La posición focal en el corte por láser se refiere al punto en el que el haz láser está enfocado por la cabeza de corte para lograr el diámetro de punto más pequeño y la mayor densidad de energía.Tomando la superficie de la pieza de trabajo como punto cero de referencia, la posición focal se puede dividir en tres estados:
Enfoque positivo (enfoque situado por encima de la superficie de la pieza de trabajo)
Enfoque cero (enfoque situado en la superficie de la pieza de trabajo)
Enfoque negativo (enfoque situado dentro del material de la pieza de trabajo)
Las diferentes posiciones focales cambian la forma en que la energía del láser se acopla con el material, lo que afecta el proceso de corte y la calidad de corte.
II. Influencia de la posición focal en la distribución de la energía láser
El haz láser alcanza su máxima densidad de energía en el punto focal.Los cambios en la posición focal conducen a los siguientes efectos::
Variación de la concentración de energía
Cuanto más cerca esté el foco de la superficie del material, más concentrada será la energía del láser, lo que resulta en una mayor eficiencia inicial de fusión.
Variación de la distribución de la energía a lo largo del grosor del material
En condiciones de enfoque negativo, la energía láser forma una zona de interacción efectiva más larga dentro del material, lo que es beneficioso para el corte de placas gruesas.
Cambios en la morfología de las piscinas fundidas
Las diferentes posiciones focales afectan a la profundidad, anchura y estabilidad de la piscina fundida, lo que influye en la geometría del corte y la calidad de la superficie de corte.
III. Efectos de las diferentes posiciones focales en la calidad de corte
1Efecto del enfoque positivo en la calidad del corte
Cuando el foco se coloca por encima de la superficie de la pieza de trabajo, el punto láser en la superficie del material es relativamente mayor:
Distribución de energía más uniforme en la superficie de entrada de corte
Cubierta más ancha en la superficie superior
Expulsión relativamente más débil hacia abajo del metal fundido
Esta condición es adecuada para materiales finos y aplicaciones con requisitos más altos de calidad de apariencia de la superficie.
2Efectos del enfoque cero en la reducción de la calidad
Cuando el foco esté situado en la superficie de la pieza:
La densidad de energía del láser alcanza su máximo
La velocidad de corte es relativamente alta
La anchura del borde es más pequeña
Se mejora la perpendicularidad de Kerf
El enfoque cero se utiliza comúnmente para el corte de alta velocidad de placas delgadas y de espesor medio, proporcionando un buen equilibrio de la calidad general del corte.
3Efecto del enfoque negativo en la reducción de la calidad
Cuando el foco esté situado dentro de la pieza de trabajo:
La energía del láser se extiende más profundamente en el material
Aumento de la profundidad de la piscina fundida
El gas de asistencia puede expulsar más eficazmente el material fundido del fondo del corte
El enfoque negativo se aplica ampliamente en el corte de placas gruesas y ayuda a reducir la formación de escoria mientras mejora la capacidad de penetración completa.
IV. Influencia de la posición focal en la forma del corte y la sección transversal
La colocación focal incorrecta puede dar lugar a los siguientes problemas:
Conicidad de corte con parte superior más ancha y parte inferior más estrecha, o viceversa
Patrones de estrías desiguales en la superficie cortada
Aumento de la escoria en el borde inferior
Corte incompleto o interrupción del corte
El ajuste focal adecuado ayuda a mejorar la perpendicularidad del corte, la suavidad de la sección transversal y la consistencia general del corte.
V. Efecto sinérgico de la posición focal y del gas de asistencia
Durante el corte con láser, los gases de asistencia como el oxígeno, el nitrógeno y el aire interactúan estrechamente con la posición focal:
Cuando el foco se coloca más alto, el gas actúa principalmente en la zona fundida de la superficie
Cuando el foco se coloca más bajo, el gas ayuda más eficazmente a la eyección de la piscina fundida
La posición focal y la altura de la boquilla influyen conjuntamente en la estabilidad del flujo de gas
El ajuste del foco deberá estar coordinado con la presión del gas y el diámetro de la boquilla.
VI. Efectos comunes de ajustes incorrectos de la posición focal
La colocación focal incorrecta puede dar lugar a:
Velocidad de corte reducida
Eficiencia de utilización de energía láser más baja
Calidad de corte inestable
Aumento de la carga térmica de los componentes ópticos
Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, la posición focal debe optimizarse dinámicamente en función del grosor del material, la potencia del láser y los parámetros del proceso de corte.
VII. Principios generales para el ajuste de la posición focal en aplicaciones prácticas
Se aplican comúnmente las siguientes directrices:
Enfoque cero o ligero positivo para el corte de láminas finas
Enfoque negativo para el corte de placas gruesas
Aumento del enfoque negativo para el corte láser de alta potencia
Ajuste focal fino para materiales de alta reflectividad para mejorar la eficiencia del acoplamiento energético
La posición focal del corte láser es uno de los parámetros de proceso más importantes que afectan a la calidad del corte.la eficiencia de fusión puede mejorarseEn la producción real, se debe realizar un ajuste focal preciso según las propiedades del material, los parámetros del equipo,y requisitos de proceso para lograr un rendimiento de corte estable y fiable.