激光切割的優(yōu)點(diǎn)之一是光束的能量密度高。由于能量密度與4/πd2成正比胁镐,所以焦點(diǎn)光斑直徑盡可能的小偎血,以便產(chǎn)生一窄的切縫;同時(shí)焦點(diǎn)光斑直徑還和透鏡的焦深成正比希停。聚焦透鏡焦深越小烁巫,焦點(diǎn)光斑直徑就越小。但切割有飛濺宠能,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞亚隙,因此一般大功率CO2激光切割工業(yè)應(yīng)用中廣泛采用5〃~7.5〃(127~190mm)的焦距。實(shí)際焦點(diǎn)光斑直徑在0.1~0.4mm之間棵薛。對于高質(zhì)量的切割掰砌,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關(guān)。例如用5〃的透鏡切碳鋼抗该,焦深為焦距的2%范圍內(nèi)学岔,即5mm左右。因此控制焦點(diǎn)相對于被切材料表面的位置十分重要庙曹。顧慮到切割質(zhì)量师赂、切割速度等因素,原則上<6mm的金屬材料班痹,焦點(diǎn)在表面上镶悟;>6mm的碳鋼,焦點(diǎn)在表面之上蔚抖;>6mm的不銹鋼辙哪,焦點(diǎn)在表面之下垦祭。具體尺寸由實(shí)驗(yàn)確定。
在工業(yè)生產(chǎn)中確定焦點(diǎn)位置的簡便方法有三種
打印法:使切割頭從上往下運(yùn)動(dòng)沽澜,在塑料板上進(jìn)行激光束打印籍胯,打印直徑最小處為焦點(diǎn)。
斜板法:用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動(dòng)离福,尋找激光束的最小處為焦點(diǎn)杖狼。
藍(lán)色火花法:去掉噴嘴,吹空氣术徊,將脈沖激光打在不銹鋼板上本刽,使切割頭從上往下運(yùn)動(dòng),直至藍(lán)色火花最大處為焦點(diǎn)赠涮。
對于飛行光路的切割機(jī)子寓,由于光束發(fā)散角,切割近端和遠(yuǎn)端時(shí)光程長短不同笋除,聚焦前的光束尺寸有一定差別斜友。入射光束的直徑越大,焦點(diǎn)光斑的直徑越小垃它。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點(diǎn)光斑尺寸的變化鲜屏,國內(nèi)外激光切割系統(tǒng)的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用:
平行光管,這是一種常用的方法国拇,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進(jìn)行擴(kuò)束處理洛史,擴(kuò)束后的光束直徑變大,發(fā)散角變小燃灿,使在切割工作范圍內(nèi)近端和遠(yuǎn)端聚焦前光束尺寸接近一致枕详。
在切割頭上增加一獨(dú)立的移動(dòng)透鏡的下軸,它與控制噴嘴到材料表面距離(standoff)的Z軸是兩個(gè)相互獨(dú)立的部分敦璧。當(dāng)機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng)或光軸移動(dòng)時(shí)弹扩,光束從近端到遠(yuǎn)端F軸也同時(shí)移動(dòng),使光束聚焦后光斑直徑在整個(gè)加工區(qū)域內(nèi)保持一致钻琴。
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