ความสัมพันธ์ระหว่างจุดโฟกัสการตัดด้วยเลเซอร์และเศษโลหะที่เกิดขึ้น

ตำแหน่งจุดโฟกัสในการตัดด้วยเลเซอร์มีความสัมพันธ์โดยตรงและแน่นอนกับการเกิดครีบคมกล่าวโดยสรุป ตำแหน่งโฟกัสส่งผลโดยตรงต่อการกระจายพลังงานของลำแสงภายในวัสดุ ซึ่งจะกำหนดคุณภาพของรอยตัด ประสิทธิภาพในการขับไล่วัสดุหลอมเหลว และการเกิดครีบในท้ายที่สุดความสัมพันธ์ต่างๆ มีรายละเอียดดังต่อไปนี้

หลักการพื้นฐาน: ตำแหน่งโฟกัสมีผลต่อกระบวนการตัดอย่างไร

หลักการของการตัดด้วยเลเซอร์คือการฉายลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงไปยังชิ้นงาน ทำให้ชิ้นงานหลอมละลายหรือระเหยอย่างรวดเร็ว ในขณะที่辅助ก๊าซ (เช่น ออกซิเจนหรือไนโตรเจน) จะพัดพาวัสดุหลอมเหลวออกไป ทำให้เกิดรอยตัด

จุดโฟกัส: จุดที่พลังงานของลำแสงเลเซอร์มีความเข้มข้นสูงสุดและขนาดจุดเล็กที่สุด

ตำแหน่งโฟกัส: หมายถึงตำแหน่งของจุดโฟกัสเมื่อเทียบกับพื้นผิวชิ้นงาน โดยแบ่งออกเป็นสามกรณี:

1. การเบลอภาพเชิงบวก: จุดโฟกัสอยู่เหนือพื้นผิวชิ้นงาน

2. การเบลอภาพแบบลบ: จุดโฟกัสอยู่ต่ำกว่าพื้นผิวชิ้นงาน

3. การเบลอภาพเป็นศูนย์: จุดโฟกัสอยู่บนพื้นผิวของชิ้นงานอย่างแม่นยำ

ความสัมพันธ์เฉพาะระหว่างตำแหน่งโฟกัสและหัวตัด

ลักษณะของครีบโลหะคือ เศษโลหะหลอมเหลวที่เหลืออยู่ซึ่งไม่ถูกเป่าออกไปจนหมด จะแข็งตัวอีกครั้งที่ด้านล่างของรอยตัด ตำแหน่งการโฟกัสมีผลต่อครีบโลหะเป็นหลัก โดยส่งผลต่อรูปทรงของรอยตัดและแรงดันลม

1. ภาพไม่ชัด (โฟกัสที่ชิ้นงาน)

• การกระจายพลังงาน: หลังจากลำแสงเข้าสู่เนื้อวัสดุแล้ว ลำแสงจะกระจายออก และความหนาแน่นของพลังงานจะค่อยๆ ลดลงจากบนลงล่าง โดยพลังงานจะสูงที่สุดที่พื้นผิวด้านบนและต่ำที่สุดที่พื้นผิวด้านล่าง
• รูปทรงของแผลผ่าตัด: สามารถทำแผลผ่าตัดเป็นรูปตัว V ได้ง่าย โดยมีส่วนบนกว้างและส่วนล่างแคบ

ผลกระทบต่อหนาม:

• เนื่องจากมีพลังงานไม่เพียงพอที่ด้านล่าง ทำให้ส่วนล่างของวัสดุไม่สามารถหลอมเหลวหรือกลายเป็นแก๊สได้อย่างสมบูรณ์
• อัตราการไหลของก๊าซช่วยจะเพิ่มขึ้นบริเวณก้นภาชนะที่แคบ แต่แรงเป่าอาจไม่เพียงพอที่จะพัดเอาของเหลวหนืดออกไปได้อย่างหมดจด

ผลลัพธ์: การเกิดเสี้ยนแข็งจำนวนมากบนพื้นผิวด้านล่างเป็นเรื่องง่าย นี่เป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการเกิดเสี้ยน

2. การเบลอภาพเชิงลบ (โฟกัสต่ำกว่าชิ้นงาน)

• การกระจายพลังงาน: ลำแสงจะรวมกันภายในวัสดุ และความหนาแน่นของพลังงานจะสูงสุดในส่วนกลางหรือส่วนล่างของวัสดุ
• รูปทรงของแผลผ่าตัด: สามารถผ่าตัดบริเวณเอวเป็นรูปทรงกระบอกได้ง่าย โดยส่วนบนและล่างแคบ และส่วนกลางกว้าง

ผลกระทบต่อหนาม:

• ข้อดีคือพลังงานด้านล่างไม่เพียงพอ ทำให้สามารถหลอมวัสดุได้อย่างทั่วถึงมากขึ้น
• อย่างไรก็ตาม บริเวณตรงกลางของรอยผ่าจะกว้างที่สุด ซึ่งอาจทำให้กระแสลมกระจายตัวบริเวณนี้และลดแรงเป่าลมเมื่อถึงด้านล่าง
• หากพารามิเตอร์ไม่ตรงกันอย่างเหมาะสม เนื้อวัสดุที่หลอมเหลวอาจยังคงเกาะติดกับด้านล่างเนื่องจากแถวไม่สะอาด

ผลลัพธ์: เมื่อเปรียบเทียบกับการเบลอภาพในเชิงบวก สภาพของครีบโลหะจะดีขึ้น แต่ก็อาจยังมีครีบโลหะอ่อนๆ เกิดขึ้นเล็กน้อย สำหรับการตัดแผ่นโลหะหนา บางครั้งจะใช้การเบลอภาพในเชิงลบเพื่อให้แน่ใจว่าด้านล่างของแผ่นโลหะถูกตัดขาด

3. ตั้งค่าโฟกัสเป็นศูนย์หรือโฟกัสที่ดีที่สุด (โฟกัสที่พื้นผิวของชิ้นงานหรือระดับความลึกที่กำหนด)

• การกระจายพลังงาน: บริเวณที่มีพลังงานเข้มข้นที่สุดจะอยู่ที่พื้นผิวของชิ้นงาน ซึ่งเหมาะที่สุดสำหรับการตัดแผ่นโลหะบาง สำหรับแผ่นโลหะหนา มักจะต้องกำหนดตำแหน่ง "จุดโฟกัสที่ดีที่สุด" กล่าวคือ จุดโฟกัสจะต้องลงไปลึกในระดับหนึ่งภายในวัสดุ (ตัวอย่างเช่น 1/3 ของความหนาของแผ่นโลหะ) เพื่อให้พลังงานส่วนบนและส่วนล่างมีความสมดุล
• ลักษณะการผ่าตัด: การผ่าตัดแนวตั้งขนานกันเป็นวิธีที่เหมาะสมที่สุด

ผลกระทบต่อหนาม:

• การกระจายพลังงานทั่วบริเวณรอยผ่าตัดค่อนข้างสม่ำเสมอ และวัสดุสามารถหลอมละลายได้อย่างต่อเนื่องและคงที่
• รอยตัดขนานช่วยให้ก๊าซเสริมไหลผ่านได้อย่างราบรื่น ซึ่งสามารถนำพาพลังงานจลน์ได้มากพอที่จะระบายโลหะหลอมเหลวออกจากด้านล่างได้อย่างราบรื่น

ผลลัพธ์: นี่คือสภาวะที่ดีที่สุดที่จะทำให้ได้ชิ้นงานที่ไม่มีเศษโลหะหรือแทบไม่มีเศษโลหะเหลืออยู่เลย เศษโลหะที่หลอมเหลวถูกเป่าออกไปอย่าง "สะอาด" โดยไม่มีสิ่งตกค้าง

สรุปและเปรียบเทียบ

คุณสามารถเข้าใจได้แบบนี้:

• ไม่คมชัด: เหมือน "สิ่วทื่อ" ส่วนบนแข็งมาก แต่ส่วนล่างทื่อ ไม่สามารถ "ขัด" วัสดุออกได้ ทำให้เหลือแต่ผิวหยาบ
• การเบลอภาพเชิงลบ: เปรียบเสมือนการ "ระเบิด" ภายในวัสดุ แม้ว่ามันจะระเบิดได้ แต่ผลลัพธ์อาจไม่เรียบร้อยและจะทำให้มีเศษวัสดุกระเด็นออกมาด้วย
• จุดโฟกัสที่ดีที่สุด: เหมือน "มีดผ่าตัดที่คมกริบ" ตัดอย่างเรียบร้อยจากบนลงล่าง สะอาดและเป็นระเบียบ

คู่มือฝึกปฏิบัติ: วิธีปรับโฟกัสเมื่อเกิดข้อผิดพลาด

ในการใช้งานจริง หากพบเศษโลหะหรือสิ่งแปลกปลอมติดอยู่ ควรตรวจสอบและปรับแต่งตามขั้นตอนต่อไปนี้:

1. สังเกตรูปทรงของเสี้ยน:

• มีเศษแข็งๆ เป็นเม็ดๆ จำนวนมากอยู่ด้านล่าง: เป็นไปได้ว่าด้านล่างตัดไม่ขาดเนื่องจากโฟกัสไม่ชัด (โฟกัสสูงเกินไป) หรือกำลังไฟไม่เพียงพอ/ความเร็วรอบสูงเกินไป ควรปรับโฟกัสลง
• มีเศษโลหะนุ่มๆ คล้ายหนวดเคราเล็กน้อยอยู่ด้านล่าง: อาจเกิดจากการปรับโฟกัสต่ำเกินไป หรือแรงดันแก๊สไม่เพียงพอ/แก๊สไม่บริสุทธิ์ ทำให้โลหะหลอมเหลวไม่ถูกเป่าออก คุณสามารถลองปรับโฟกัสขึ้นและตรวจสอบพารามิเตอร์ของแก๊สได้

2. การปรับเทียบและทดสอบการโฟกัส:

• ใช้เครื่องมือช่วยกำหนดจุดโฟกัสเพื่อกำหนดตำแหน่งโฟกัสศูนย์ให้แม่นยำ
• ในซอฟต์แวร์กำหนดพารามิเตอร์การตัด การปรับค่า ± มักจะทำโดยอ้างอิงจากจุด 0 ทำการทดสอบการโฟกัส 1 ชุด (เช่น จาก +1 ถึง -3 โดยเพิ่มขึ้นทีละ 0.5) ตัดชิ้นงานเดียวกัน แล้วสังเกตว่าตำแหน่งใดให้การตัดที่เรียบเนียนที่สุดและมีเศษโลหะน้อยที่สุด ตำแหน่งนี้คือจุดโฟกัสที่ดีที่สุดสำหรับวัสดุ ความหนา และอุปกรณ์ในปัจจุบัน

Oปัจจัยสำคัญอื่นๆ ที่ส่งผลต่อความผิดพลาด (ต้องพิจารณาร่วมกัน)

การโฟกัสไม่ใช่ปัจจัยเดียว แต่ต้องปรับให้เหมาะสมควบคู่ไปกับพารามิเตอร์กระบวนการอื่นๆ ด้วย:

ก๊าซเสริม:

ความดัน:แรงดันที่ไม่เพียงพอจะไม่สามารถพัดพาตะกรันออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่แรงดันที่สูงเกินไปอาจทำให้เกิดการปั่นป่วน ซึ่งจะส่งผลต่อเสถียรภาพ

ความบริสุทธิ์:โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อตัดสแตนเลส สิ่งสำคัญคือต้องใช้ไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง (99.99% ขึ้นไป) ออกซิเจนที่ตกค้างจะก่อให้เกิดตะกรันออกซิไดซ์และทำให้เกิดเสี้ยนมากขึ้น

ความเร็วในการตัด:หากความเร็วสูงเกินไป พลังงานที่ป้อนเข้าไปไม่เพียงพอ และวัสดุจะไม่ถูกตัดขาดอย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดเสี้ยนที่ด้านล่าง ในทางกลับกัน หากความเร็วช้าเกินไป การกัดกร่อนมากเกินไป การตัดที่ไม่เรียบ และการเกิดเสี้ยนก็อาจเกิดขึ้นได้เช่นกัน

กำลังเลเซอร์:พลังและความเร็วเข้ากันได้ดี แต่พลังน้อยเกินไปที่จะตัดผ่านสิ่งกีดขวางได้

หัวฉีด:ขนาดรูเปิด ความสูง และความเที่ยงตรงของหัวฉีดส่งผลโดยตรงต่อสภาพการไหลของอากาศ การไม่เที่ยงตรงเป็นสาเหตุทั่วไปของการตัดที่ไม่สม่ำเสมอและเกิดเสี้ยน

ตัววัสดุเอง:องค์ประกอบของวัสดุและสภาพพื้นผิว (เช่น มีสนิมหรือน้ำมันหรือไม่) ก็มีผลกระทบเช่นกัน

ตำแหน่งโฟกัสเป็นพารามิเตอร์การปรับแต่งหลักในการควบคุมการเกิดรอยบิ่นจากการตัดด้วยเลเซอร์ตำแหน่งโฟกัสที่เหมาะสมจะสร้างรอยตัดที่เรียบเนียนและเป็นแนวตั้ง และช่วยให้ก๊าซช่วยในการระบายโลหะหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อพบปัญหาเรื่องครีบโลหะ คุณควรทำการทดสอบโฟกัสอย่างเป็นระบบก่อนเพื่อหาจุดโฟกัสที่ดีที่สุด จากนั้นจึงปรับพารามิเตอร์อื่นๆ เช่น ก๊าซและความเร็ว เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การตัดที่ปราศจากครีบโลหะอย่างสมบูรณ์แบบ