מתי לבחור פוקוס שלילי לחיתוך בלייזר

"הפוקוס השלילי" (הידוע גם כ"פוקוס תחתון" או "פוקוס בתוך הלוח") של מכונת חיתוך הלייזר הוא התהליך החשוב ביותר לכוונון מיקום פוקוס הלייזר. במילים פשוטות, פוקוס שלילי מתייחס לקביעת פוקוס הלייזר מתחת לפני השטח של החומר המיועד לחיתוך. השימוש בפוקוס שלילי מבוסס בעיקר על העקרונות והמטרות הבאים: כאשר הפוקוס נמצא בתוך החומר, גודל הנקודה של הקרן על פני החומר יגדל וצפיפות האנרגיה תפחת יחסית. עם זאת, זה יתרון במצבים מסוימים מכיוון שהוא יוצר נתיב אור מחודד רחב יותר, וזה יתרון:

1. פליטת סיגים:חתך רחב יותר מאפשר לגזים עזר (כגון חמצן וחנקן) לנשוף את המתכת המותכת בצורה יעילה יותר כדי למנוע תלייה של סיגים.

2. קבל איכות טובה יותר של מקטעים:עבור חומרים עבים יותר, ניתן להשיג קטע חיתוך אנכי וחלק יותר.

3. הגן על העדשה:המיקוד כלפי מטה יכול למנוע את ההתזה שנוצרת על ידי חיתוך מלהתנגש ישירות בעדשת המיקוד.

מתי כדאי להשתמש בפוקוס שלילי (תרחיש היישום העיקרי)

1. חיתוך חומרי מתכת עבים יותר (במיוחד פלדת פחמן)

• זהו תרחיש היישום החשוב ביותר של מיקוד שלילי.
• סיבה: בעת חיתוך לוחות עבים, נדרש זמן פעולה אנרגטי ארוך יותר כדי להמיס את כל העובי. השימוש בקוק שלילי (בדרך כלל 1/3 עד 1/2 מעובי הפלטה) יכול להרחיב את רוחב החלק העליון של החתך, כך שחמצן (בעת חיתוך פלדת פחמן) יוכל להיכנס בצורה חלקה לתחתית החתך, לשמור על תגובת חמצון אקסותרמית מספקת, ולנשוף בצורה חלקה סיגים. אם משתמשים במיקוד חיובי או אפס מיקוד (מיקוד על פני השטח או מעל), החלק העליון של החתך יהיה צר מדי, מה שיוביל בקלות לחיתוך אטום בתחתית, תליית סיגים חמורה וחתך מחוספס.
• ניסיון: בעת חיתוך לוחות פלדת פחמן מעל 6 מ"מ, בדרך כלל יש צורך להתחיל להשתמש בקוק שלילי.
• ככל שהעובי עולה, כמות המיקוד השלילי (עומק המיקוד בחומר) צריכה לגדול בהתאם. לדוגמה, בחיתוך פלדת פחמן 20 מ"מ, נקודת המיקוד עשויה להיות ממוקמת 3-5 מ"מ מתחת לפני השטח.

2. המרדף אחר חתך חיתוך באיכות גבוהה

• כאשר יש דרישות גבוהות לאנכיות, חלקות וחיתוך חלקים ללא סיגים, אפילו עבור חומרים בעובי בינוני, ניתן להשתמש במיקוד שלילי קל כדי לייעל את זרימת האוויר וחלוקת האנרגיה.

3. בעת ביצוע פעולת ניקוב

• על מנת למנוע פגיעה בעדשה כתוצאה מהתזה של סיגים בטמפרטורה גבוהה הנוצרת במהלך הניקוב, המיקוד מוגדר בדרך כלל למיקוד שלילי לצורך ניקוב (אנרגיה נמוכה ומיקום עמוק), ולאחר מכן המיקוד מותאם למיקום הנדרש לחיתוך לאחר השלמת הניקוב.

מתי אסור להשתמש בפוקוס שלילי

1. חומר גיליון חתוך (בדרך כלל <3 מ"מ)

• סיבה: חיתוך פלטות דקות בשאיפה למהירות ודיוק. השימוש במיקוד אפס או במיקוד חיובי קל מאפשר חיתוך בנקודה הקטנה ביותר ובאנרגיה מרוכזת ביותר, וכתוצאה מכך חיתוכים צרים יותר, מהירויות גבוהות יותר וחיתוכים עדינים יותר.

2. בעת ביצוע עיבוד שבבי מדויק בדיוק גבוה

• הסיבה: על מנת להבטיח את גודל הנקודה הקטן ביותר ואת הדיוק המימדי הגבוה ביותר, המיקוד מוגדר בדרך כלל על פני החומר (אפס מיקוד).

3. בעת שימוש בחנקן לחיתוך נירוסטה לקבלת משטח בהיר

• סיבה: חיתוך חנקן של פלדת אל-חלד מסתמך על אנרגיית לייזר כדי להמיס את החומר, ולאחר מכן משתמש בחנקן בלחץ גבוה כדי לנשוף את החומר ללא תגובת חמצן. על מנת להשיג אפקט חיתוך "משטח בהיר" אנכי, חלק וללא חמצון, בדרך כלל משתמשים במיקוד אפס או במיקוד חיובי קל כדי להבטיח ריכוז אנרגיה וחריצים צרים ומסודרים.

כיצד לקבוע את כמות המיקוד השלילי הטובה ביותר?

אין ערך קבוע, ויש לקבוע את מיקום המיקוד הטוב ביותר באמצעות בדיקות תהליך ומושפע מהגורמים הבאים:

• סוג חומר:לפלדת פחמן, נירוסטה ואלומיניום יש אסטרטגיות מיקוד שונות.
• עובי חומר:ככל שהעובי גדול יותר, בדרך כלל כך גדלה כמות המיקוד השלילי.
• גז חיתוך:לחיתוך חמצן וחיתוך חנקן יש אסטרטגיות מיקוד שונות.
• עוצמת לייזר ומצב:למכונות בעלות עוצמה ואיכות קרן שונות (כגון מצב יחיד לעומת מצב מרובה) יש עמדות מיקוד אופטימליות שונות.

שיטת הבדיקה הנפוצה היא:

1. כיול פוקוס:ראשית, מצא את מיקום "אפס המיקוד" של פני החומר (בדרך כלל למכונה יש תוכנית כיול אוטומטית או ידנית).

2. הכנת דגימות בדיקת מיקוד:תחת אותו הספק, מהירות ולחץ גז, יש לחתוך סדרה של קווים ישרים או דוגמאות במיקומי מיקוד שונים (לדוגמה, מ-3 מ"מ עד -3 מ"מ, צעד אחד לכל 0.5 מ"מ או 1 מ"מ).

3. אפקט הערכה:יש להתבונן באיכות החתך, באנכיות, במצב תליית הסיגים, רוחב החריץ והאם החלק התחתון של כל חתך חתוך.

4. בחר את הנקודה הטובה ביותר:איכות חיתוך מקיפה, יציבות ויעילות, בחר את מיקום המיקוד הטוב ביותר כפרמטרים בתהליך תחת עובי החומר.

תַקצִיר

עיקרון מרכזי: מיקום המיקוד הספציפי הוא תמיד פונקציה של החומר, העובי, עוצמת המכונה והאיכות הנדרשת. יש להשיג פרמטרי תהליך אופטימליים באמצעות בדיקות שטח ותיקוף.בעת ההפעלה, יש לעיין במדריך פרמטרי התהליך שסופק על ידי יצרן הציוד, ולכוונן אותו בשילוב עם אפקט החיתוך בפועל.