Советы экспертов по выбору фокуса лазерной резки

Перед резкой листа необходимо правильно отрегулировать расстояние между точкой фокусировки лазера и разрезаемым материалом.

Различные положения фокусных точек могут привести к разной степени точности поперечного сечения разрезаемого материала, а также к разным показателям шлакования дна и даже к невозможности разрезать материал.

Выбор положения фокусной точки для станка лазерной резки зависит от заготовки и материала, который необходимо разрезать.

Чтобы сделать правильный выбор, важно осмотреть лазерная резка перед использованием, чтобы обеспечить высокое качество резки и правильную работу станка.

Резка с позитивным фокусом

Резка с положительным фокусом - это метод, при котором фокусная точка лазерного луча располагается над поверхностью материала, причем фокусная точка находится сверху заготовки. Этот метод имеет ряд преимуществ при различных видах резки, особенно при кислородной резке углеродистой стали и мощной лазерной резке толстых листов.

При кислородной резке углеродистой стали положительный фокус обычно предпочтителен из-за его благоприятного влияния на качество резки и эффективность процесса. Получаемый профиль резки имеет более широкий пропил в нижней части заготовки по сравнению с верхней. Такая коническая форма облегчает удаление шлака и позволяет улучшить проникновение кислорода в нижнюю часть реза, способствуя полному окислению по всей толщине материала.

Эффективность резки с положительным фокусом может быть дополнительно оптимизирована за счет изменения фокусного расстояния. В определенных пределах увеличение фокусного расстояния приводит к увеличению размера пятна на поверхности пластины. Увеличение диаметра луча улучшает предварительный нагрев и распределение тепла вокруг зоны реза, что приводит к более гладким и ярким поверхностям реза на углеродистой стали. Улучшенное распределение тепла также способствует более стабильному качеству резки и снижению риска образования дефектов, таких как окалина.

При мощной лазерной резке, например, при импульсной резке толстых листов нержавеющей стали лазером мощностью 10 000 Вт, резка с положительным фокусом дает значительные преимущества. Она обеспечивает стабильное качество резки, поддерживая постоянный профиль луча по всей глубине реза. Такая стабильность особенно полезна для удаления шлака при резке толстых листов, поскольку помогает предотвратить прилипание расплавленного материала к дну реза. Кроме того, метод позитивной фокусировки снижает риск возникновения явления обратного синего света, которое может возникнуть, когда лазерный луч отражается от дна реза и потенциально повреждает оптику режущей головки.

На рис. 1 показана установка для резки с положительным фокусом и ее влияние на процесс резки, демонстрирующее улучшение качества резки и снижение риска оптического повреждения.

Рис. 1 Влияние мощности 12000 Вт лазерная резка углеродистая сталь с положительным фокусом

Срезание негативного фокуса

Резка с отрицательным фокусом - это передовая технология лазерной резки, при которой фокусная точка располагается внутри заготовки, под поверхностью материала. Такое стратегическое расположение фокусной точки дает определенные преимущества в некоторых областях применения.

В этом режиме более глубокое расположение фокуса приводит к появлению более широкого луча на поверхности реза, создавая относительно большую ширину пропила в заготовке по сравнению с резкой с положительным фокусом. Хотя такой подход требует увеличения расхода режущего газа и более высоких затрат энергии для поддержания достаточной температуры на протяжении всего реза, он имеет ряд преимуществ:

1. Повышенное качество реза: Резка с отрицательным фокусом особенно эффективна при обработке нержавеющей стали, обеспечивая равномерный рисунок поверхности реза и превосходную чистоту поперечного сечения. Более широкий луч на поверхности помогает стабилизировать процесс резки, снижая вероятность образования окалины и минимизируя зоны термического воздействия.
2. Улучшенная работа пирсинга: При инициировании проколов предпочтительно использовать отрицательный фокус. Эта техника обеспечивает минимальный размер пятна прокола при максимальной плотности энергии в точке фокуса. Концентрированная энергия способствует быстрому и чистому пробиванию, особенно в толстых материалах.
3. Регулировка фокуса в зависимости от глубины: По мере увеличения глубины перфорации необходимо соответствующим образом регулировать отрицательную точку фокусировки. Как правило, более глубокие перфорации требуют большего смещения отрицательного фокуса для поддержания оптимальной концентрации энергии на фронте резания, как показано на рис. 2.
4. Снижение чувствительности к положению фокуса: Более широкий луч на поверхности делает процесс менее чувствительным к небольшим изменениям положения фокуса, что может быть полезно при резке материалов с неровностями поверхности или при работе с менее точными системами позиционирования.

Однако операторы должны тщательно взвесить преимущества резки с отрицательным фокусом и повышенное потребление энергии и газа. Правильная оптимизация параметров резки, включая мощность лазера, давление вспомогательного газа и скорость резки, имеет решающее значение для полного использования преимуществ этой техники при сохранении эффективности процесса.

Рис. 2 Влияние лазера мощностью 6000 Вт с отрицательным фокусом на нержавеющую сталь

Резка с нулевым фокусом

Резка с нулевым фокусом - это метод прецизионной лазерной резки, при котором фокусная точка лазерного луча располагается точно на поверхности заготовки. Этот метод создает характерный профиль реза: верхняя поверхность вблизи точки фокусировки имеет относительно гладкую поверхность, в то время как нижняя поверхность, расположенная дальше от точки фокусировки, имеет сравнительно более шероховатую текстуру.

Эта техника используется в основном в двух ключевых областях:

1. Резка тонких листов: При использовании лазеров непрерывных волн для обработки тонких металлических листов, обычно толщиной менее 3 мм. Концентрированная энергия на поверхности обеспечивает чистые, точные разрезы с минимальной зоной термического влияния (HAZ).
2. Обработка слоев фольги: Резка ультратонких металлических фольг (часто менее 0,1 мм) с помощью импульсных лазеров. Высокая пиковая мощность каждого импульса обеспечивает быстрое испарение материала в фокальной точке, в результате чего получаются исключительно чистые края с незначительными тепловыми искажениями.

Резка с нулевым фокусом имеет ряд преимуществ, включая уменьшение ширины пропила, улучшение качества кромки на падающей стороне и возможность вырезать сложные узоры в тонких материалах. Однако она требует точного контроля фокусного расстояния и, как правило, менее пригодна для толстых материалов, где очень важна однородность по толщине.

Рис. 3 Лазерная резка тонких листов углеродистой стали мощностью 2000 Вт при нулевом фокусе

Тщательный осмотр способствует лучшей резке

1) Чистота объектива.

Линза режущей головки мощностью 10 000 ватт имеет решающее значение для станка лазерной резки мощностью 10 000 ватт. Ее чистота напрямую влияет на производительность станка и качество резки.

Если линза загрязнена, это может не только негативно сказаться на результатах резки, но и привести к повреждению внутренних компонентов режущей головки и выходной головки лазера.

Предварительная проверка перед резкой может предотвратить серьезные повреждения.

Метод обнаружения красного света представлен в таблице 1.

Таблица 1 Метод обнаружения красного света

Насадка	Одиночная насадка более 2 мм	Чистый объектив	Грязный объектив
Методы	1. При включении лазера загорается красный свет;
	2. Белая бумага находится на расстоянии около 300 мм от сопла режущей головки, чтобы видеть красный свет;
	3. Если в красном свете появляются черные точки или неравномерные черные объекты, значит, линза загрязнена и ее необходимо очистить перед резкой и отладкой.

2) Отладка коаксиального кабеля.

Соосность выходного отверстия сопла и лазерного луча - важнейший фактор, влияющий на качество резки. Несоосность, вызванная смещением сопла и лазерного луча, может привести к неровной поверхности реза. В тяжелых случаях лазерный луч может попасть на сопло, что приведет к перегреву и сгоранию сопла.

Метод коаксиальной отладки показан в таблице 2.

Таблица 2 Метод коаксиальной отладки

Насадка	Сопло 1,2 мм	Обычный коаксиальный	Ненормальный коаксиальный
Инструменты	Липкие ленты	Три коаксиальных
Методы	1. Коаксиальная регулировка в точке фокусировки 0, чтобы лазер находился в центре сопла;
	2. Свет в фокусной точке ±6 мм;
	3. Если фокус 0 и точка попадания света ±6 мм находятся в центре сопла, это нормально. Если нет, то необходимо заменить режущую головку или смещение траектории лазерного излучения.

(3) Проверьте распределение пятен.

Форма лазерного пятна напрямую отражает распределение лазерной энергии в боковом направлении. Сайт округлость пятна указывает на равномерность распределения энергии в разных направлениях.

Высокоокруглое пятно с равномерным распределением энергии во всех направлениях может гарантировать гладкую поверхность реза и постоянную скорость резания во всех направлениях, обеспечивая качество продуктов резки.

Таблица 3 представляет собой метод проверки точечного распределения.

Таблица 3 Метод коаксиальной отладки

Насадка	Одиночная насадка более 2 мм	Обычное лазерное пятно	Ненормальное лазерное пятно
Инструменты	Черная бумага для лазерной печати
Методы	1. Черная бумага для лазерного пятна находится на расстоянии около 300 мм от сопла режущей головки, чтобы сделать пятно;
	2. Если в пятне есть черные точки, значит, объектив загрязнен;
	3. Если пятно не круглое и центр смещен, значит, лазерное пятно распределено плохо

(4) Проверка теплового диапазона сопла.

Одной из основных проблем при использовании лазеров мощностью 10 000 Вт для резки толстых листов углеродистой стали является перегрев сопла. Чтобы решить эту проблему, важно проверить температуру сопла для различных размеров сопла и фокусных точек при полной мощности перед началом процесса резки.

Перед проведением испытаний необходимо выровнять соосность таким образом, чтобы световое пятно было сосредоточено на выходе из сопла. Кроме того, для сопла необходимо установить систему охлаждения газа для резки.

Метод испытания:

Под режущую головку следует поставить железные ведра, наполненные подходящим количеством воды.

Сначала следует продуть вспомогательный газ (тип газа и давление воздуха должны быть отрегулированы в соответствии с конкретными требованиями к резке), а затем включить лазер на полную мощность на 30 секунд, чтобы проконтролировать любые изменения в температуре сопла.

Затем следует изменить размер насадки и повторить процесс тестирования.

Тепловыделение различных сопел должно быть зарегистрировано и использовано в качестве эталона для последующей настройки процесса резки.

Если температура сопла не остается в узком диапазоне, это может указывать на проблему с режущей головкой, соплом, линзой или лазером, и прежде чем приступать к следующему этапу настройки процесса резки, следует провести дальнейшее устранение неполадок.

Заключение

Выбор между использованием положительной или отрицательной фокусной точки для лазерной резки не зависит от металлический материал (например, нержавеющая или углеродистая сталь), а скорее от используемого метода резки (например, окислительная резка или резка плавлением).

Для разных заготовок, обрабатываемых станком лазерной резки, могут потребоваться разные фокусные схемы.

DBy рассмотрения различных эффектов положительного и отрицательного фокуса на резку нержавеющей стали и углеродистой стали, и с учетом их индивидуальных потребностей обработки, пользователи могут выбрать соответствующий метод резки фокуса, чтобы полностью использовать преимущества производительности машины лазерной резки.

Если говорить о 15-киловаттных лазерах разных марок, то они, как правило, имеют схожие результаты резки и эффективность обработки как углеродистой, так и нержавеющей стали.