1. Inleiding
Lasersnijmachines spelen een cruciale rol in de moderne industriële verwerking. Met hun voordelen van hoge precisie en hoge snelheid worden ze veel gebruikt op veel gebieden, zoals metaalverwerking en elektronische productie. Als sleutelcomponent in het optische padsysteem van lasersnijmachines spelen lenzen een beslissende rol bij de transmissie en focussering van laserstralen. Tijdens het snijproces ontstaan onvermijdelijk slakken en bramen, en hun impact op de lenzen kan niet worden onderschat, wat een directe invloed heeft op de snijkwaliteit, de stabiliteit van de apparatuur en de productiekosten van de lasersnijmachine. Een grondig begrip van het mechanisme waarmee slakken en bramen de lenzen beïnvloeden, is van groot belang voor het optimaliseren van het lasersnijproces, het verlengen van de levensduur van de lenzen en het verbeteren van de productie-efficiëntie.
2. Het mechanisme voor het genereren van slakken en bramen
2.1 Generatie van slakken
Wanneer de laserstraal inwerkt op het oppervlak van het te snijden materiaal, absorbeert het materiaal de laserenergie en warmt het snel op tot het smeltpunt of zelfs het kookpunt, waardoor een deel van het materiaal smelt en verdampt. Onder invloed van het hulpgas wordt het gesmolten en verdampte materiaal uit het snijgebied weggeblazen, maar een deel van het vloeibare metaal kan niet volledig worden weggeblazen en stolt bij afkoeling rond de snijnaad, waardoor slak wordt gevormd. Verschillende materialen, zoals koolstofstaal, roestvrij staal en aluminiumlegeringen, produceren verschillende hoeveelheden en vormen van slak vanwege verschillen in hun smeltpunten, kookpunten en thermofysische eigenschappen. Bij het snijden van koolstofstaal is de slak bijvoorbeeld meestal stroperiger en heeft de neiging zich te hechten aan het snijoppervlak en de omliggende componenten; terwijl de slak van aluminiumlegeringen relatief los is maar een sterke vloeibaarheid heeft
2.2 Vorming van bramen
Het ontstaan van bramen hangt samen met verschillende factoren tijdens het snijproces. Aan de ene kant, wanneer de snijsnelheid te hoog is of de laserenergie onvoldoende is, kan het materiaal niet volledig worden gesmolten en verdampt, waardoor een deel van het materiaal aan de snijkant in vaste toestand naar buiten wordt geperst, waardoor bramen ontstaan. Aan de andere kant, als de druk en de stroomsnelheid van het hulpgas niet geschikt zijn, kunnen ze de slak niet effectief wegblazen van het snijgebied, en de slak zal tijdens het afkoelen aan de snijkant stollen, waardoor bramen ontstaan. Bovendien hebben ook de kwaliteit en de oppervlakteconditie van het snijmateriaal invloed op het ontstaan van bramen. Als er onzuiverheden in het materiaal zitten of als het oppervlak oneffen is, is de kans groter dat er tijdens het snijden bramen ontstaan
3. Fysieke impact van slakken en bramen op lenzen
3.1 Hechting en accumulatie
Tijdens het lasersnijproces zullen slakken en bramen met de stroom van het hulpgas spatten, en sommige daarvan zullen rechtstreeks op het oppervlak van de lens terechtkomen en zich daaraan hechten. Naarmate de snijtijd toeneemt, zullen deze aangehechte slakken en bramen zich geleidelijk ophopen. Vooral bij het snijden van dikke platen of materialen met een hoog-smeltpunt- is de hoeveelheid gegenereerde slakken en bramen groot en is het accumulatiefenomeen duidelijker. De slakken en bramen die zich ophopen op het oppervlak van de lens zullen de optische eigenschappen van de lens veranderen, waardoor veranderingen in de reflectie en breking van de laser op het lensoppervlak ontstaan en de transmissiekwaliteit van de laser wordt beïnvloed.
3.2 Krassen en schuren
Opspattende slakken en bramen met hoge-snelheid hebben een bepaalde hoeveelheid kinetische energie. Wanneer ze het oppervlak van de lens raken, kunnen ze krassen op de lens veroorzaken. Zelfs kleine krasjes zullen bij herhaalde laserbestraling geleidelijk groter en dieper worden, waardoor de oppervlakteruwheid van de lens toeneemt. De slijtage op het lensoppervlak vermindert niet alleen de lichttransmissie, maar kan ook laserverstrooiing veroorzaken, waardoor de laserenergieverdeling ongelijkmatig wordt, waardoor de snijnauwkeurigheid en kwaliteit worden beïnvloed. Langdurig-krassen en schuren zal de levensduur van de lens verkorten en de onderhoudskosten van de apparatuur verhogen.
4. Impact van slakken en bramen op de optische eigenschappen van lenzen
4.1 Afname van de lichttransmissie
Slakken en bramen die zich aan het oppervlak van de lens hechten, komen overeen met het bedekken van een laag onzuiverheden op de lens. Deze onzuiverheden zullen laserenergie absorberen en verspreiden, wat leidt tot een afname van de lichttransmissie van de lens. Een afname van de lichttransmissie betekent dat minder laserenergie het oppervlak van het te snijden materiaal bereikt, waardoor het snijeffect wordt beïnvloed. Als bijvoorbeeld bij het snijden van dunne platen de lichtdoorlatendheid van de lens afneemt, kan dit leiden tot onvolledig snijden; bij het snijden van dikke platen zal dit de snijsnelheid vertragen en de productie-efficiëntie verminderen. Bovendien zal de ongelijkmatige afname van de lichttransmissie ook een ongelijkmatige verdeling van de laserenergie op het materiaaloppervlak veroorzaken, wat resulteert in een onstabiele snijkwaliteit.
4.2 Focusafwijking
De ophoping van slakken en bramen op het lensoppervlak, evenals krassen en slijtage, zullen de oppervlaktevorm en de optische eigenschappen van de lens veranderen. Hierdoor kan de focuspositie van de laser afwijken, waardoor het onmogelijk wordt om nauwkeurig scherp te stellen op de optimale positie van het te snijden materiaal. Focusdrift zal het distributiebereik van laserenergie op het materiaaloppervlak vergroten, de energiedichtheid verminderen en de snijdiepte en nauwkeurigheid verder beïnvloeden. Voor sommige verwerkingstaken met extreem hoge snijnauwkeurigheidseisen, zoals het snijden van elektronische componenten, kan focusafwijking leiden tot productafval en ernstige economische verliezen veroorzaken.
5. Kettingreacties op de algehele prestaties van lasersnijmachines
5.1 Verslechtering van de snijkwaliteit
Door de negatieve invloed van slakken en bramen op de fysieke en optische eigenschappen van de lenzen wordt de snijkwaliteit van de lasersnijmachine direct verminderd. Het snijoppervlak kan ongelijkmatig zijn, een grotere ruwheid hebben en slakhechting hebben, met meer bramen die moeilijk te verwijderen zijn. Deze problemen beïnvloeden niet alleen de uiterlijke kwaliteit van het product, maar kunnen ook de daaropvolgende montage en serviceprestaties van het product beïnvloeden. In sommige industrieën met strenge eisen aan de productkwaliteit, zoals de lucht- en ruimtevaart- en medische apparatuur, is verslechtering van de snijkwaliteit absoluut niet toegestaan, wat kan leiden tot stagnatie van het gehele productieproces en het terugroepen van producten.
5.2 Vermindering van de stabiliteit van apparatuur
Veranderingen in de prestaties van de lenzen zullen het optische padsysteem van de lasersnijmachine instabiel maken. Om normale snijeffecten te behouden, kan de apparatuur automatisch parameters zoals laservermogen en snijsnelheid aanpassen, maar dergelijke frequente aanpassingen zullen de belasting van verschillende componenten van de apparatuur vergroten, wat leidt tot een instabiele werking van de apparatuur. Op de lange termijn van onstabiele werking zal het uitvalpercentage van de apparatuur toenemen, zal het aantal reparaties toenemen en zullen de continuïteit en efficiëntie van de productie ernstig worden aangetast. Bovendien kan het onstabiele snijproces ook een bedreiging vormen voor de veiligheid van operators
6. Preventieve en oplossende maatregelen
6.1 Optimalisatie van snijprocesparameters
De vorming van slakken en bramen kan worden verminderd door de parameters van het snijproces redelijk aan te passen, zoals laservermogen, snijsnelheid, hulpgasdruk en stroomsnelheid. Voor materialen van verschillende diktes en materialen selecteert u bijvoorbeeld de juiste afstemming van laservermogen en snijsnelheid om ervoor te zorgen dat het materiaal volledig kan worden gesmolten en verdampt, en tegelijkertijd kan het hulpgas de slak effectief wegblazen van het snijgebied. Bij het snijden van koolstofstaal kan het op de juiste manier verhogen van de druk van het hulpgas de hechting van slak verminderen; bij het snijden van dunne platen kan het verlagen van de snijsnelheid de snijkwaliteit verbeteren en de vorming van bramen verminderen
6.2 Versterking van de lensbeschermingsmaatregelen
Het installeren van hoogwaardige beschermende lenzen- is een effectieve manier om te voorkomen dat slakken en bramen rechtstreeks in contact komen met de lenzen. Beschermende lenzen kunnen de meeste opspattende slakken en bramen tegenhouden, waardoor de fysieke schade aan de lenzen wordt verminderd. Tegelijkertijd is het noodzakelijk om de beschermende lenzen regelmatig te inspecteren en te vervangen, en een redelijke vervangingscyclus te bepalen op basis van het snijmateriaal en de dikte. Bovendien kunnen beschermende apparaten zoals schilden en schotten rond de lenzen worden geïnstalleerd om de impact van slakken en bramen op de lenzen verder te verminderen.
6.3 Regelmatige reiniging en onderhoud van lenzen
Regelmatig schoonmaken van de lenzen is de sleutel tot het behoud van hun goede prestaties. Gebruik speciale optische lensreinigingsmiddelen en -gereedschappen om onzuiverheden zoals slakken, bramen en stof op het lensoppervlak zorgvuldig te verwijderen in overeenstemming met de juiste reinigingsmethoden. Vermijd tijdens het reinigingsproces secundaire krassen op de lenzen. Inspecteer en kalibreer tegelijkertijd regelmatig het optische padsysteem van de lasersnijmachine om ervoor te zorgen dat de installatiepositie van de lenzen nauwkeurig is en de brandpuntspositie zich in de optimale staat bevindt, om de stabiele werking en snijkwaliteit van de lasersnijmachine te garanderen.
--Rayther Laser Jack Sun--