1. Įvadas
Pjovimo lazeriu staklės vaidina lemiamą vaidmenį šiuolaikiniame pramoniniame apdirbime. Dėl didelio tikslumo ir didelio greičio pranašumai jie plačiai naudojami daugelyje sričių, pavyzdžiui, metalo apdirbimo ir elektronikos gamyboje. Lęšiai, kaip pagrindinis lazerinių pjovimo mašinų optinio kelio sistemos komponentas, atlieka lemiamą vaidmenį perduodant ir sufokusuojant lazerio spindulius. Pjovimo proceso metu neišvengiamai susidaro šlakai ir atplaišos, kurių poveikis lęšiams negali būti neįvertintas, tiesiogiai įtakojantis pjovimo kokybę, įrangos stabilumą ir lazerinio pjovimo staklių gamybos sąnaudas. Nuodugnus mechanizmo, kuriuo šlakas ir šlakeliai veikia lęšius, supratimas yra labai svarbus optimizuojant pjovimo lazeriu procesą, prailginant lęšių tarnavimo laiką ir gerinant gamybos efektyvumą.
2. Šlako ir šlakų susidarymo mechanizmas
2.1 Šlako generavimas
Kai lazerio spindulys veikia pjaunamos medžiagos paviršių, medžiaga sugeria lazerio energiją ir greitai įkaista iki lydymosi ar net virimo taško, todėl dalis medžiagos išsilydo ir išgaruoja. Veikiant pagalbinėms dujoms, išsilydžiusi ir išgaravusi medžiaga nupučiama nuo pjovimo vietos, tačiau dalis skysto metalo negali būti visiškai nupūsta ir aušinant sukietėja aplink pjovimo siūlę, sudarydama šlaką. Skirtingos medžiagos, tokios kaip anglinis plienas, nerūdijantis plienas ir aliuminio lydiniai, gamina skirtingą kiekį ir formą šlako dėl jų lydymosi, virimo temperatūros ir termofizinių savybių skirtumų. Pavyzdžiui, pjaunant anglinį plieną, šlakas dažniausiai būna klampesnis ir linkęs prilipti prie pjovimo paviršiaus ir aplinkinių komponentų; o aliuminio lydinių šlakas yra gana birus, bet turi stiprų sklandumą
2.2 Įpjovų susidarymas
Įpjovų susidarymas yra susijęs su įvairiais veiksniais pjovimo proceso metu. Viena vertus, kai pjovimo greitis yra per didelis arba lazerio energija nepakankama, medžiaga negali visiškai ištirpti ir išgaruoti, todėl dalis medžiagos išspaudžiama kietoje būsenoje ties pjovimo briauna ir susidaro įtrūkimai. Kita vertus, jei pagalbinių dujų slėgis ir srautas yra netinkami, jie negali efektyviai nupūsti šlako nuo pjovimo vietos, o šlakas vėsdamas sukietės pjovimo briaunoje ir susidarys įdubos. Be to, pjovimo medžiagos kokybė ir paviršiaus būklė taip pat turi įtakos įtrūkimų susidarymui. Jei medžiagoje yra nešvarumų arba paviršius nelygus, pjovimo metu labiau tikėtina, kad susidarys šurfai.
3. Fizinis šlako ir įbrėžimų poveikis lęšiams
3.1 Sukibimas ir kaupimasis
Pjovimo lazeriu metu šlakai ir atplaišos aptaškys pagalbinių dujų srautą, o dalis jų tiesiogiai atsitrenks į objektyvo paviršių ir prilips prie jo. Pjovimo laikui ilgėjant, šie prilipę šlakai ir šlakai palaipsniui kaupsis. Ypač pjaunant storas plokštes arba aukštos -lydymosi- temperatūros medžiagas, susidaro didelis šlako ir šlakų kiekis, o kaupimosi reiškinys yra akivaizdesnis. Ant lęšio paviršiaus susikaupę šlakai ir atplaišos pakeis lęšio optines savybes, sukeldamos lazerio atspindžio ir lūžio pokyčius lęšio paviršiuje ir paveikdamos lazerio perdavimo kokybę.
3.2 Įbrėžimai ir dilimas
Dideliu{0}}greičių purslų šlakas ir šlakas turi tam tikrą kinetinės energijos kiekį. Kai jie atsitrenkia į objektyvo paviršių, jie gali subraižyti objektyvą. Net mažos įbrėžimų žymės palaipsniui plėsis ir gilės pakartotinai apšvitinant lazeriu, padidindamos lęšio paviršiaus šiurkštumą. Dėl lęšio paviršiaus dilimo ne tik sumažėja jo šviesos pralaidumas, bet ir gali atsirasti lazerio sklaida, dėl ko lazerio energija pasiskirsto netolygi, o tai turi įtakos pjovimo tikslumui ir kokybei. Ilgalaikis-braižymasis sutrumpins objektyvo tarnavimo laiką ir padidins įrangos priežiūros išlaidas.
4. Šlako ir įbrėžimų poveikis lęšių optinėms savybėms
4.1 Šviesos pralaidumo sumažėjimas
Prie lęšio paviršiaus prilipę šlakai ir šlakeliai prilygsta lęšio nešvarumų sluoksnio padengimui. Šios priemaišos sugers ir išsklaidys lazerio energiją, todėl sumažės lęšio šviesos pralaidumas. Šviesos pralaidumo sumažėjimas reiškia, kad mažiau lazerio energijos pasiekia pjaunamos medžiagos paviršių ir taip paveikia pjovimo efektą. Pavyzdžiui, pjaunant plonas plokštes, sumažėjus lęšio šviesos pralaidumui, tai gali lemti nepilną pjovimą; pjaunant storas plokštes, tai sulėtins pjovimo greitį ir sumažins gamybos efektyvumą. Be to, netolygus šviesos pralaidumo sumažėjimas taip pat sukels netolygų lazerio energijos pasiskirstymą medžiagos paviršiuje, todėl pjovimo kokybė bus nestabili.
4.2 Fokuso poslinkis
Ant lęšio paviršiaus susikaupę šlakai ir atplaišos, taip pat įbrėžimai ir dilimas pakeis lęšio paviršiaus formą ir optines savybes. Dėl to lazerio židinio padėtis gali nukrypti, todėl neįmanoma tiksliai sufokusuoti optimalios pjaunamos medžiagos padėties. Fokusavimo poslinkis padidins lazerio energijos pasiskirstymo diapazoną ant medžiagos paviršiaus, sumažins energijos tankį ir dar labiau paveiks pjovimo gylį ir tikslumą. Atliekant kai kurias apdorojimo užduotis, kurioms keliami itin aukšti pjovimo tikslumo reikalavimai, pavyzdžiui, pjaustant elektroninius komponentus, dėl židinio nukrypimo produktas gali būti išmestas į metalo laužą ir sukelti didelių ekonominių nuostolių.
5. Grandininės reakcijos į bendrą lazerinio pjovimo mašinų veikimą
5.1 Pjovimo kokybės pablogėjimas
Dėl neigiamo šlako ir šlakų poveikio fizinėms ir optinėms lęšių savybėms tiesiogiai sumažėja lazerinio pjovimo mašinos pjovimo kokybė. Pjovimo paviršius gali būti nelygus, didesnis šiurkštumas ir sukibimas su šlaku, gali būti daugiau sunkiai pašalinamų atplaišų. Šios problemos turi įtakos ne tik gaminio išvaizdos kokybei, bet ir vėlesniam gaminio surinkimui bei aptarnavimui. Kai kuriose pramonės šakose, kuriose taikomi griežti gaminių kokybės reikalavimai, pavyzdžiui, aviacijos ir medicinos prietaisuose, pjovimo kokybės pablogėjimas visiškai neleidžiamas, todėl gali sustoti visas gamybos procesas ir produktų atšaukimas.
5.2 Įrangos stabilumo sumažinimas
Dėl lęšių veikimo pokyčių lazerinio pjovimo mašinos optinio kelio sistema taps nestabili. Kad būtų išlaikytas normalus pjovimo efektas, įranga gali automatiškai reguliuoti tokius parametrus kaip lazerio galia ir pjovimo greitis, tačiau toks dažnas reguliavimas padidins įvairių įrangos komponentų apkrovą, o tai lems nestabilų įrangos veikimą. Ilgą laiką esant nestabiliai eksploatacijai, padidės įrangos gedimų dažnis, daugės remonto darbų, rimtai nukentės gamybos tęstinumas ir efektyvumas. Be to, nestabilus pjovimo procesas taip pat gali kelti grėsmę operatorių saugumui
6. Prevencinės ir sprendimo priemonės
6.1 Pjovimo proceso parametrų optimizavimas
Šlako ir šlakų susidarymą galima sumažinti pagrįstai koreguojant pjovimo proceso parametrus, tokius kaip lazerio galia, pjovimo greitis, pagalbinių dujų slėgis ir srauto greitis. Pavyzdžiui, skirtingų storių ir medžiagų medžiagoms pasirinkite tinkamą lazerio galios ir pjovimo greičio atitiktį, kad medžiaga visiškai išsilydytų ir išgaruotų, o tuo pačiu metu pagalbinės dujos galėtų efektyviai nupūsti šlaką nuo pjovimo vietos. Pjaunant anglinį plieną, tinkamai padidinus pagalbinių dujų slėgį, gali sumažėti šlako sukibimas; pjaunant plonas plokštes, sumažinus pjovimo greitį, gali pagerėti pjovimo kokybė ir sumažėja įbrėžimų susidarymas
6.2 Lęšių apsaugos priemonių stiprinimas
Aukštos-kokybės apsauginių lęšių montavimas yra veiksmingas būdas išvengti šlakų ir nuolaužų tiesioginio kontakto su lęšiais. Apsauginiai lęšiai gali užblokuoti didžiąją dalį išsitaškančių šlakų ir atplaišų, taip sumažinant jų fizinę žalą lęšiams. Tuo pačiu metu būtina reguliariai tikrinti ir pakeisti apsauginius lęšius bei nustatyti pagrįstą keitimo ciklą pagal pjovimo medžiagą ir storį. Be to, aplink lęšius gali būti sumontuoti apsauginiai įtaisai, pvz., skydai ir pertvaros, siekiant dar labiau sumažinti šlako ir nešvarumų poveikį lęšiams.
6.3 Reguliarus lęšių valymas ir priežiūra
Reguliarus lęšių valymas yra raktas į gerą jų veikimą. Naudokite specialias optinių lęšių valymo priemones ir įrankius, kad kruopščiai pašalintumėte nešvarumus, tokius kaip šlakas, atplaišos ir dulkės nuo objektyvo paviršiaus, vadovaudamiesi tinkamais valymo būdais. Valymo metu venkite antrinio lęšių subraižymo. Tuo pačiu metu reguliariai tikrinkite ir kalibruokite lazerinio pjovimo mašinos optinio kelio sistemą, kad įsitikintumėte, jog lęšių montavimo padėtis yra tiksli, o židinio padėtis yra optimali, kad būtų užtikrintas stabilus lazerinio pjovimo mašinos veikimas ir pjovimo kokybė.
--Rayther Laser Jack Sun--