Já alguma vez se perguntou porque é que a precisão do corte a laser por vezes falha? Os efeitos de lente térmica, causados por alterações induzidas pelo calor nos elementos ópticos, podem perturbar a focagem e a precisão do laser. Este artigo analisa a forma como as lentes térmicas afectam as aplicações laser, como a marcação, a soldadura e o corte, e oferece soluções práticas para atenuar estes problemas. Ao compreender e abordar estes efeitos, pode melhorar significativamente o desempenho e a fiabilidade dos processos baseados em laser. Mergulhe para saber como manter a funcionalidade ideal do laser e melhorar os seus resultados.
A absorvência do laser aumenta devido à má qualidade, sujidade e danos nos elementos ópticos. A exposição contínua a feixes laser durante um período de tempo prolongado pode causar deformação térmica, alterando o índice de refração do elemento ótico de transmissão e mudando a direção de reflexão do elemento ótico refletor.
Isto resulta numa alteração da posição do foco do laser (cintura do feixe), afectando a sua aplicação. Os elementos ópticos transparentes têm uma maior capacidade de absorção do laser e um maior aumento de temperatura, tornando o efeito de lente térmica mais pronunciado.
Neste artigo, analisaremos os elementos ópticos que são susceptíveis a problemas de lentes térmicas em vários equipamentos de aplicação de laser.
Quanto mais rápida for a expansão térmica de um elemento ótico, mais proeminente será o seu efeito de lente térmica, em resultado da elevada potência e do processamento avançado de materiais inversos.
O efeito térmico da lente ocorre quando o calor provoca a expansão do elemento ótico, levando a um aumento da potência de focagem, a uma redução do tamanho do ponto focal e a uma distância focal e profundidade mais curtas.
Estes fenómenos podem conduzir à instabilidade durante processamento a laser, o que acaba por afetar a sua eficácia.
(1) Enegrecimento da alumina:
Quando ocorre o efeito de lente térmica, a distância focal diminui, a densidade de energia superficial do material diminui e o escurecimento da alumina torna-se impossível. Em casos graves, o efeito de escurecimento no centro e no bordo pode tornar-se inconsistente.
(2) Escultura profunda em metal:
As esculturas profundas em metal utilizam normalmente espelhos de campo com uma distância focal reduzida (profundidade de focagem).
Durante o entalhe profundo de alta potência, o efeito de lente térmica faz com que a densidade de energia do material diminua rapidamente, resultando numa profundidade menor no metal.
Devido à maior expansão no centro do elemento ótico em comparação com a borda, o centro é mais raso e a profundidade à sua volta é desigual.
(3) Scorte a quente:
Os lasers de fibra pulsada utilizam uma única velocidade lenta ou vários métodos de corte rápido, dependendo do tipo de material que está a ser processado.
Devido à rápida expansão térmica e retração do arrefecimento que ocorre num período de tempo muito curto (< 1s), a posição inicial do corte pode ser cortada com sucesso, enquanto outras posições podem não ser capazes de ser cortadas.
(1) Chapa metálica soldadura por pontos:
Ao utilizar um laser de fibra de alta potência para soldar chapas metálicas por pontos, o efeito de lente térmica pode resultar em tamanhos de junta inconsistentes, soldadura instável e força de tração insuficiente.
(2) Csoldadura contínua de metais:
A refletividade do metal durante o funcionamento contínuo soldadura ligeira é maior do que durante o corte.
Na soldadura de alta potência, o efeito de lente térmica pode fazer com que a parte da frente da soldadura seja normal, enquanto a parte de trás pode ser pouco profunda ou completamente impenetrável.
O efeito de lente térmica é particularmente pronunciado ao soldar alumínio e cobre, que são materiais altamente reflectores.
(1) Ssem brilho corte de aço:
Quando corte de aço inoxidávelO efeito de lente térmica pode levar a superfícies de corte inconsistentes, a um aumento da escória e até a dificuldades em manter um corte contínuo.
(2) Ccorte de aço arbon:
Ao cortar aço carbono, o efeito de lente térmica pode resultar num aumento de escória no fundo e em dificuldades em manter um corte contínuo.
Galvanómetro
| Elemento ótico | Causas da lente térmica | Solução do efeito de lente térmica |
| Cabeça de saída do laser | Lente ou cristal da cabeça de saída sujo ou danificado | Inspeção e limpeza antes da instalação |
| Colimador (para lasers CW) | Má qualidade, sujidade e danos na lente de colimação | Limpar a lente de colimação ou substituir o colimador por uma lente de boa qualidade |
| Lente combinada | Má qualidade, sujidade e danos na lente combinada | Selecionar o laser vermelho autónomo ou substituir a lente de combinação de feixes por uma lente de boa qualidade |
| Espelho de campo | Má qualidade, sujidade e danos na lente de campo | Limpar a lente de campo ou substituir a lente de campo de quartzo |
Comparação entre a lente fotossintética vermelha e a lente térmica
Comparação entre a lente de campo e a lente térmica
Soldadura a laser cabeça
Cabeça de corte a laser
| Elemento ótico | Causas da lente térmica | Solução do efeito de lente térmica | |
|---|---|---|---|
| Cabeça de saída do laser | Lente ou cristal da cabeça de saída sujo ou danificado | Inspeção e limpeza antes da instalação | |
| Cabeça de corte / cabeça de soldadura | Lente de proteção superior | Má qualidade, sujidade e danos na lente | Limpar a lente ou substituir a lente por outra de boa qualidade |
| lente de colimação | |||
| Grupo de lentes de focagem | |||
| Lente de proteção inferior | |||
Comparação frontal e traseira da lente de proteção inferior e da lente térmica
Contraste frontal e traseiro da lente de focagem e da lente térmica
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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