Jak uzyskać jasną, polerowaną krawędź podczas cięcia laserowego blach stalowych?

Aby uzyskać wolną od tlenków, wysoce odblaskową powierzchnię cięcia (znaną jako „cięcie z jasną powierzchnią”) podczas cięcia laserowego blach stalowych (zwykle ze stali węglowej), kluczowe jest całkowite zapobieganie utlenianiu podczas procesu cięciai zastosować precyzyjnie dostrojone parametry cięcia, które dokładnie zdmuchną stopiony materiał. Zwykłe cięcie powietrzne tworzy szorstką, szarą powierzchnię z warstwą tlenku. Aby uzyskać jasną powierzchnię cięcia, należy przestrzegać następujących kluczowych kroków i zasad:

Zasada podstawowa

Istotą cięcia jasnej powierzchni jest „cięcie przez topienie”, a nie „cięcie przez utlenianie”.

Cięcie utleniające (zwykłym powietrzem): zastosowanie tlenu jako gazu pomocniczego, intensywna reakcja egzotermiczna (spalanie) żelaza i tlenu, wytwarzająca dużą ilość żużla tlenku żelaza, powierzchnia cięcia szorstka, szaro-czarna.

Cięcie metodą topienia (cięcie lustrzane): Wykorzystuje azot o wysokiej czystości (N2) lub argon (Ar) jako gaz pomocniczy. Gaz obojętny jest izolowany od tlenu, laser topi jedynie metal, a gaz pod wysokim ciśnieniem zdmuchuje czysty roztwór metalu, uzyskując srebrzystą, jasną powierzchnię bez utleniania.

Kluczowe elementy i kroki umożliwiające uzyskanie jasnej powierzchni cięcia

1. Gaz pomocniczy: należy stosować azot o wysokiej czystości

• Wymagania dotyczące czystości: ≥ 99,99% (zwykle 4 dziewiątki lub więcej). Niedostateczna czystość może powodować śladowe ilości utleniania, wpływając na wykończenie powierzchni.
• Wymagania ciśnieniowe: bardzo wysokie. W zależności od grubości płyty, zazwyczaj wymagane jest stabilne ciśnienie 15-20 barów (około 1,5-2,0 MPa) lub nawet wyższe. Konieczność użycia zbiornika ciekłego azotu o dużym przepływie lub generatora azotu, którego nie można spełnić za pomocą zwykłej sprężarki powietrza.
• Funkcje: zdmuchiwanie stopionego metalu, chłodzenie spoiny, izolowanie tlenu.

2. Moc i tryb lasera: wymagana jest duża moc i wysoka jakość wiązki

• Zapotrzebowanie na moc: Osiągnięcie jasnego cięcia powierzchni zazwyczaj wymaga większej mocy lasera. Na przykład, cięcie jasnej powierzchni stali węglowej o grubości 6 mm laserem o mocy 4000 W będzie łatwiejsze i bardziej efektywne niż cięcie zwykłych blach o tej samej grubości. Niewystarczająca moc spowoduje zbyt niską prędkość cięcia i akumulację ciepła, co wpłynie na jakość.
• Jakość wiązki: laser jednomodowy lub quasi-jednomodowy ze względu na bardziej skoncentrowaną gęstość energii, mniejszą plamkę i jasne cięcie powierzchni niż laser wielomodowy ma wrodzone zalety, umożliwia uzyskanie drobniejszego, jaśniejszego przekroju.

3. Parametry cięcia: precyzyjna regulacja

Następujące parametry muszą zostać precyzyjnie zoptymalizowane w zależności od sprzętu i warunków gazowych:

• Prędkość cięcia: W porównaniu z cięciem tlenowym, prędkość cięcia będzie znacznie niższa. Zbyt duża prędkość nie spowoduje dokładnego wydmuchania stopu, a na tylnej powierzchni będzie się gromadził żużel; zbyt mała prędkość spowoduje zbyt duże ciepło dopływowe, co może doprowadzić do przegrzania blachy i zmiany jej koloru.

Wybór dyszy i jej wysokość:

• Średnica dyszy: zwykle wybiera się dyszę o większej średnicy (np. φ3 mm lub φ4 mm), aby dostosować ją do wysokiego ciśnienia i dużego przepływu azotu, co zapewnia stabilność przepływu powietrza i pokrycie całej szczeliny.
• Wysokość dyszy: Należy ją precyzyjnie kontrolować, zazwyczaj nieco wyżej niż w przypadku cięcia tlenem, aby utworzyć skuteczną kurtynę powietrzną.
• Pozycja ogniska: Ognisko jest zwykle ustawiane na powierzchni płytki lub nieznacznie poniżej. Najlepsze położenie należy określić eksperymentalnie, aby uzyskać najwęższą i najjaśniejszą szczelinę.
• Modulacja mocy szczytowej/częstotliwości: W przypadku niektórych grubszych płyt zastosowanie odpowiedniego trybu cięcia impulsowego pozwala kontrolować dopływ ciepła, a tym samym uzyskać lepszy efekt jasnej powierzchni.

4. Wymagania zarządu

• Czyszczenie powierzchni: olej, rdza i osady na powierzchni płyty wpływają na skuteczność cięcia i należy je usunąć wcześniej.
• Jednolity materiał: Nierównomierny materiał skutkuje niejednolitym efektem brokatu.

Podsumowanie procesu operacyjnego

1. Przygotowanie:Upewnij się, że używasz azotu o wysokiej czystości i systemu zasilania gazem pod wysokim ciśnieniem. Oczyść powierzchnię arkusza.

2. Wybierz dyszę:zamontuj dyszę o dużej średnicy, nadającą się do cięcia azotem pod wysokim ciśnieniem (np. φ3mm).

3. Ustawianie parametrów:Wybierz tryb „Cięcie azotem” lub „Cięcie powierzchnią jasną” w oprogramowaniu sterującym cięciem. Wprowadź materiał arkusza (stal węglowa) i grubość.

4. Kluczowe punkty odniesienia do regulacji:

• Gazem wspomagającym było N2.
• Ciśnienie gazu dostosowuje się do zakresu wysokiego ciśnienia (na przykład w przypadku stali węglowej o grubości 6 mm należy najpierw wypróbować ciśnienie 18 barów).
• Znacznie zmniejszyć prędkość cięcia (można stosować cięcie tlenowe o grubości 1/3 do 1/2).
• Odpowiednio wyreguluj ostrość i wysokość dyszy.

5. Cięcie próbne i optymalizacja:Najpierw użyj małych grafik lub resztek krawędzi do próbnego cięcia. Sekcja obserwacyjna:

• Jeżeli górna część jest błyszcząca, to dolna część jest czarna lub ma wiszący żużel: może to być spowodowane zbyt dużą prędkością lub niewystarczającym ciśnieniem powietrza.
• Jeżeli cała sekcja jest żółta lub utleniona: czystość azotu jest niewystarczająca lub ciśnienie jest zbyt niskie i dochodzi do zmieszania się tlenu.
• Jeśli cięcie nie jest przejrzyste lub żużel mocno przylega: za mała moc, za duża prędkość lub niewłaściwa pozycja ogniska.

6. Cięcie formalne:po zakończeniu optymalizacji parametrów następuje formalne cięcie.

Rozważania i ograniczenia

• Wyższy koszt:zużywana jest duża ilość azotu o wysokiej czystości, a prędkość cięcia jest niska, a koszt jednostkowy jest znacznie wyższy niż w przypadku cięcia tlenowego.
• Granica grubości:Efekt błyszczącej powierzchni pogarsza się wraz ze wzrostem grubości. Zazwyczaj najlepiej sprawdza się na blachach ze stali węglowej średniej i cienkiej (1-12 mm). Gdy grubość płyty przekracza możliwości urządzenia, uzyskanie idealnie błyszczącej powierzchni jest trudne.
• Wymagania sprzętowe:wyższe wymagania dotyczą mocy lasera, jakości wiązki, stabilności maszyny i układu zasilania gazem.
• Główne zastosowanie:stosowane do określania wymagań jakościowych dotyczących wyglądu, spawania i natryskiwania przedmiotu obrabianego, takiego jak panele wind, precyzyjne części mechaniczne, części o wyglądzie itp., w celu uniknięcia późniejszego procesu szlifowania.

Mówiąc prościej, aby uzyskać jasną powierzchnię, należy pamiętać o trzech elementach: wysokim ciśnieniu i wysokiej czystości azotu, dużej mocy i dobrej wiązce, a także o precyzyjnym dostrojeniu parametrów niskiej prędkości.Zaleca się, aby od producenta sprzętu uzyskać tabelę podstawowych parametrów dla konkretnego modelu i grubości i wykorzystać ją jako podstawę do precyzyjnej regulacji na miejscu.