چه زمانی فوکوس منفی را برای برش لیزری انتخاب کنیم؟

«فوکوس منفی» (که با نام‌های «فوکوس پایین‌تر» یا «فوکوس داخل صفحه» نیز شناخته می‌شود) در دستگاه برش لیزر، اولین فرآیند مهم برای تنظیم موقعیت فوکوس لیزر است. به عبارت ساده، فوکوس منفی به تنظیم فوکوس لیزر در زیر سطح ماده‌ای که قرار است برش داده شود، اشاره دارد. استفاده از فوکوس منفی عمدتاً بر اساس اصول و اهداف زیر است: وقتی فوکوس در داخل ماده باشد، اندازه نقطه پرتو در سطح ماده بزرگتر شده و چگالی انرژی نسبتاً کاهش می‌یابد. با این حال، این امر در موقعیت‌های خاص مفید است زیرا مسیر نوری مخروطی وسیع‌تری ایجاد می‌کند که مفید است:

۱. تخلیه سرباره:برش پهن‌تر به گازهای کمکی (مانند اکسیژن و نیتروژن) اجازه می‌دهد تا فلز مذاب را به طور مؤثرتری از بین ببرند تا از آویزان شدن سرباره جلوگیری شود.

۲. کیفیت بخش‌ها را بهبود دهید:برای مواد ضخیم‌تر، می‌تواند به برش عمودی‌تر و صاف‌تر دست یابد.

۳. از لنز محافظت کنید:فوکوس رو به پایین می‌تواند از پاشش آب ایجاد شده توسط برش که مستقیماً به لنز فوکوس کننده برمی‌گردد، جلوگیری کند.

چه زمانی باید از تمرکز منفی استفاده کنید (سناریوی اصلی کاربرد)

۱. برش مواد فلزی ضخیم‌تر (به‌ویژه فولاد کربنی)

• این مهمترین سناریوی کاربرد تمرکز منفی است.
• دلیل: هنگام برش صفحات ضخیم، زمان عمل انرژی طولانی‌تری برای ذوب کل ضخامت مورد نیاز است. استفاده از کک منفی (معمولاً ۱/۳ تا ۱/۲ ضخامت صفحه) می‌تواند عرض قسمت بالایی برش را افزایش دهد، به طوری که اکسیژن (هنگام برش فولاد کربنی) می‌تواند به آرامی وارد کف برش شود، واکنش گرمازای اکسیداسیون کافی را حفظ کند و سرباره را به آرامی از بین ببرد. اگر از فوکوس مثبت یا فوکوس صفر (تمرکز روی سطح یا بالاتر) استفاده کنید، قسمت بالایی برش خیلی باریک می‌شود که به راحتی منجر به برش مات در پایین، آویزان شدن جدی سرباره و ناهمواری سطح می‌شود.
• مرجع تجربه: هنگام برش صفحات فولاد کربنی بالای 6 میلی‌متر، معمولاً لازم است از کک منفی استفاده شود.
• با افزایش ضخامت، میزان تمرکز منفی (عمق تمرکز در ماده) نیز باید متناسباً افزایش یابد. به عنوان مثال، برای برش فولاد کربنی 20 میلی‌متری، نقطه کانونی ممکن است 3 تا 5 میلی‌متر زیر سطح تنظیم شود.

2. دستیابی به بخش برش با کیفیت بالا

• وقتی الزامات بالایی برای عمودی بودن، صافی و برش بدون سرباره مقاطع وجود دارد، حتی برای مواد با ضخامت متوسط، می‌توان از تمرکز منفی جزئی برای بهینه‌سازی جریان هوا و توزیع انرژی استفاده کرد.

۳. هنگام انجام عملیات سوراخکاری

• برای جلوگیری از آسیب رساندن سرباره با دمای بالا که در حین سوراخکاری ایجاد می‌شود به لنز، معمولاً فوکوس برای سوراخکاری روی فوکوس منفی (انرژی کم و موقعیت عمیق) تنظیم می‌شود و سپس فوکوس پس از اتمام سوراخکاری در موقعیت تنظیم مورد نیاز برای برش تنظیم می‌شود.

چه زمانی نباید از تمرکز منفی استفاده کنید

۱. برش ورق (معمولاً کمتر از ۳ میلی‌متر)

• دلیل: برش ورق نازک با سرعت و دقت بالا. استفاده از فوکوس صفر یا فوکوس مثبت جزئی، کوچکترین نقطه و متمرکزترین انرژی را فراهم می‌کند که منجر به شیارهای باریک‌تر، سرعت‌های بالاتر و برش‌های ظریف‌تر می‌شود.

2. هنگام انجام ماشینکاری دقیق با دقت بالا

• دلیل: برای اطمینان از کوچکترین اندازه نقطه و بالاترین دقت ابعادی، معمولاً فوکوس روی سطح ماده (فوکوس صفر) تنظیم می‌شود.

۳. هنگام استفاده از نیتروژن برای برش فولاد ضد زنگ برای به دست آوردن سطح براق

• دلیل: برش نیتروژنی فولاد ضد زنگ برای ذوب کردن ماده به انرژی لیزر متکی است و سپس از نیتروژن با فشار بالا برای دمیدن مذاب بدون واکنش اکسیژن استفاده می‌کند. برای به دست آوردن یک اثر برش عمودی، صاف و غیر اکسید شده "سطح روشن"، معمولاً از فوکوس صفر یا فوکوس مثبت جزئی برای اطمینان از تمرکز انرژی و شکاف‌های باریک و مرتب استفاده می‌شود.

چگونه بهترین میزان تمرکز منفی را تعیین کنیم؟

هیچ مقدار ثابتی وجود ندارد و بهترین موقعیت فوکوس باید از طریق آزمایش فرآیند تعیین شود و تحت تأثیر عوامل زیر قرار دارد:

• نوع مواد:فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ و آلومینیوم استراتژی‌های تمرکز متفاوتی دارند.
• ضخامت مواد:هرچه ضخامت بیشتر باشد، معمولاً میزان تمرکز منفی بیشتر است.
• گاز برش:برش اکسیژن و برش نیتروژن استراتژی‌های تمرکز متفاوتی دارند.
• قدرت و حالت لیزر:دستگاه‌های با قدرت و کیفیت پرتو متفاوت (مانند تک حالته در مقابل چند حالته) موقعیت‌های فوکوس بهینه متفاوتی دارند.

روش آزمایش رایج عبارت است از:

۱. کالیبراسیون فوکوس:ابتدا موقعیت "تمرکز صفر" سطح ماده را پیدا کنید (معمولاً دستگاه دارای برنامه کالیبراسیون خودکار یا دستی است).

۲. ساخت نمونه‌های تست فوکوس:تحت همان قدرت، سرعت و فشار گاز، یک سری خطوط مستقیم یا طرح‌ها را در موقعیت‌های فوکوس مختلف برش دهید (برای مثال، از ۳ میلی‌متر تا -۳ میلی‌متر، یک پله به ازای هر ۰.۵ میلی‌متر یا ۱ میلی‌متر).

۳. اثر ارزیابی:کیفیت مقطع، عمودی بودن، وضعیت آویزان بودن سرباره، عرض شکاف و اینکه آیا انتهای هر برش بریده شده است یا خیر را رعایت کنید.

۴. بهترین نقطه را انتخاب کنید:کیفیت برش جامع، پایداری و کارایی، بهترین موقعیت فوکوس را به عنوان پارامترهای فرآیند تحت ضخامت مواد انتخاب کنید.

خلاصه

اصل اساسی: موقعیت فوکوس خاص همیشه تابعی از جنس، ضخامت، قدرت دستگاه و کیفیت مورد نیاز است. پارامترهای بهینه فرآیند باید از طریق آزمایش میدانی و اعتبارسنجی به دست آیند.هنگام کار، حتماً به دفترچه راهنمای پارامترهای فرآیند ارائه شده توسط سازنده تجهیزات مراجعه کنید و آن را در ترکیب با اثر برش واقعی تنظیم کنید.