Значение диаметра пятна лазера в качестве лазерной резки

В процессе лазерной резки плотность мощности лазера и плотность энергии, излучаемой на обрабатываемую заготовку, оказывают важное влияние на процесс и результаты лазерной резки. Очевидна взаимосвязь между плотностью мощности лазера и шероховатостью поверхности реза: как показывает практический опыт: по мере увеличения плотности мощности лазера - степень шероховатости снижается. Однако, когда плотность мощности достигает определенного значения, значение шероховатости больше не уменьшается.

Ширина реза при лазерной резке сильно зависит от характера направленности луча и диаметра сфокусированного пятна. Поскольку плотность мощности и плотность энергии лазерного излучения связаны с диаметром лазерного пятна, чтобы получить наибольшую плотность мощности и плотность энергии, оператору требуется настроить и контролировать наименьший размер пятна. Диаметр пятна в основном зависит от выходного лазерного луча из генератора и величины угла расходимости. Он также связан с фокусным расстоянием фокусирующей линзы. Для обычной лазерной резки широко используется плоско-выпуклая фокусирующая линза из селенида цинка (ZnSe).

Связь между диаметром пятна и фокусным расстоянием, углом расходимости и диаметром лазерного луча, сфокусированного с помощью стандартной методики, можно рассчитать следующим образом: фокус лазерного луча и соотношение между углом расходимости и диаметром пятна показывают, что чем меньше угол расходимости самого лазерного луча, тем меньше диаметр пятна, а это неизбежно приводит к хорошему качеству резки. Уменьшение фокусного расстояния линзы тоже приводит к уменьшению диаметра пятна, но если оно уменьшается, то глубина фокусировки становится короче. При резке более толстых материалов это не способствует получению верхнего и нижнего резов одинаковой ширины, сказываясь на качестве пропила, одновременно уменьшаются линза и обрабатываемая деталь, а также уменьшается расстояние между ними.

В процессе раскроя металл расплавляется, рабочий газ под высоким давлением выдувает шлак, который брызгает и прилипает к поверхности линзы, что неизбежно влияет на качество резки и срок службы линзы. Короткое фокусное расстояние линзы и высокая плотность мощности после фокусировки луча ограничивают фокусную глубину. Метод подходит для высокоскоростной резки тонких деталей. Для понимания процесса просто обратите внимание на постоянное расстояние между контрольной линзой и заготовкой.

Если мы настраиваем плотность мощности фокусного пятна линзы ниже, а глубину фокусировки выставляем на максимум, это позволяет на резать лазером толстые материалы.

Связь между фокусным расстоянием линзы и фокусным пятном и глубиной резкости. Видно, что при коротком фокусном расстоянии фокусное пятно небольшое; при большом фокусном расстоянии фокусное пятно велико. То же самое верно и для изменения фокусной глубины, когда фокусное расстояние объектива увеличивается. Удвойте размер фокусного пятна, то есть от Y до 2*Y, глубину фокусировки можно увеличить в 4 раза, то есть с X до 4*x. Связь между фокусным расстоянием линзы, фокусным пятном и глубиной резкости имеют значение на качество резки металла.

В реальных условиях лазерной резки следует также учитывать наилучший размер пятна в зависимости от толщины разрезаемого материала. Если стальной лист режется с одинаковой выходной мощностью лазерного луча, то толщина листа может увеличиваться, но для получения наилучшего качества резки размер пятна следует соответствующим образом увеличивать.