Trong lĩnh vực cắt laser, đặc biệt là đối với việc gia công các kim loại có độ phản xạ cao như đồng, đồng thau và hợp kim của chúng, việc lựa chọn đầu cắt là vô cùng quan trọng. Trong số đó, phun đơn và phun kép là hai dạng cấu trúc chính, có những khác biệt cơ bản về thiết kế, nguyên lý hoạt động và các tình huống ứng dụng.
1. Khác biệt về Thiết kế Cấu trúc
Đầu phun đơn
Cấu trúc bao gồm một kênh khí duy nhất. Bên trong, nó thường bao gồm một hình nón (vòng xoáy) và thân vòi phun, tạo thành một đường dẫn khí hình tròn.
Khí phụ trợ áp suất cao (thường là nitơ hoặc khí nén không chứa oxy) được phun ra từ kênh dòng chảy hình khuyên này, tạo thành một dòng khí hội tụ và song song.
Đầu phun kép
Cấu trúc bao gồm hai kênh khí độc lập và đồng trục. Lớp bên trong là kênh khí cắt chính, có cấu trúc tương tự như đầu phun đơn. Lớp bên ngoài là một kênh khí hình khuyên bổ sung, độc lập.
Cấu trúc phun kép cho phép hai loại khí (hoặc cùng một loại khí nhưng ở các áp suất khác nhau) hoạt động đồng thời thông qua các kênh bên trong và bên ngoài.
II. Cơ chế hoạt động và Chức năng cốt lõi
Cơ chế hoạt động của đầu phun đơn
Chức năng cốt lõi của nó là tạo ra một luồng khí tốc độ cao và ổn định. Dòng khí này có ba tác dụng chính:
Tạo thành lớp bảo vệ: Thổi bay kim loại nóng chảy ở mép cắt để hoàn thành việc cắt.
Bảo vệ thấu kính: Ngăn chặn các tia kim loại bắn ra trong quá trình cắt làm ô nhiễm và làm hỏng thấu kính hội tụ bên dưới.
Hỗ trợ làm mát: Để làm mát các bộ phận bên trong của đầu cắt.
Khi cắt các vật liệu có độ phản xạ cao, thiết kế luồng khí của đầu phun đơn, đặc biệt khi kết hợp với đường dẫn khí xoáy, có thể phân tán và làm suy giảm hiệu quả năng lượng laser phản xạ vào bên trong đầu phun, do đó làm giảm nguy cơ đầu phun bị hư hỏng do ánh sáng phản xạ.
Cơ chế hoạt động của đầu phun kép
Cơ chế hoạt động của nó dựa trên nguyên tắc bảo vệ bằng màn khí. Luồng khí bên trong và bên ngoài hoạt động cùng nhau:
Luồng khí bên trong: Tương đồng với chức năng của đầu phun đơn, nó chịu trách nhiệm cho nhiệm vụ cắt chính, cụ thể là xuyên qua vật liệu và thổi bay xỉ.
Luồng khí bên ngoài: Tạo thành một "màn khí" bao quanh luồng khí chính bên trong. Chức năng chính của màn khí này là:
Tăng cường chống phản xạ: Luồng khí bên ngoài có thể làm mát và làm sạch hiệu quả hơn bề mặt cuối của đầu phun, đồng thời ngăn chặn và phân tán hơn nữa năng lượng laser phản xạ trở lại từ bề mặt phôi, cung cấp mức độ bảo vệ cao hơn cho đầu phun và đầu cắt.
Cải thiện độ ổn định khi cắt: Luồng khí bên ngoài giúp ổn định luồng khí chính bên trong, giảm nhiễu loạn trong mép cắt, từ đó có khả năng đạt được bề mặt cắt mịn hơn.
III. So sánh các thông số hiệu suất và tình huống ứng dụng
Sự khác biệt cơ bản giữa đầu phun cắt đồng đơn và kép nằm ở thiết kế và kiểm soát trường dòng khí. Đầu phun đơn đạt được việc cắt và bảo vệ cơ bản thông qua một luồng khí được tối ưu hóa duy nhất, có các đặc điểm kinh tế và thiết thực. Đầu phun kép, thông qua sự phối hợp của luồng khí hai lớp bên trong và bên ngoài, xây dựng một hệ thống bảo vệ bằng màn khí mạnh mẽ hơn, cung cấp một cửa sổ quy trình và an toàn thiết bị cao hơn khi đối phó với các rủi ro phản xạ cực đoan. Việc lựa chọn đầu phun nào để sử dụng phụ thuộc vào vật liệu gia công cụ thể (độ tinh khiết, độ dày), yêu cầu quy trình (chất lượng mặt cắt, tốc độ) và các cân nhắc về chi phí tổng thể.