Cracking the Code: Two Common Types of Dross in Air Negative-Focus Laser Cutting of Carbon Steel

Introducere

În procesul de tăiere cu laser a oțelului carbon cu aer în condiții focale negative, aderența zgurii este o problemă frecventă. Această problemă nu numai că afectează semnificativ calitatea suprafeței de tăiere, provocând rugozitate și neuniformități, dar reduce și eficiența producției prin necesitatea unor etape suplimentare de post-procesare pentru îndepărtarea zgurii. În scenariile de producție industrială, în special în procesele de fabricație care necesită o tăiere de înaltă precizie și eficiență a oțelului carbon, prezența aderenței zgurii poate duce la creșterea costurilor și la scăderea competitivității produselor. Prin urmare, înțelegerea și abordarea acestei probleme sunt de mare importanță. Acest articol va explora două tipuri comune de aderență a zgurii, cu scopul de a oferi informații aprofundate și soluții practice pentru producătorii și operatorii din domeniu.

Tipul 1: Zgură (bavuri) continuă, care picură în partea de jos

Caracteristici

Acest tip de zgură se caracterizează prin forma sa relativ mare și continuă. Aderă ferm la marginea inferioară a secțiunii de tăiere, prezentându-se ca un șir de bile de metal topit. Diametrul acestor bile poate varia de la câțiva milimetri la chiar mai mare, în funcție de condițiile specifice de tăiere. Această zgură continuă și înclinată nu numai că afectează aspectul muchiei tăiate, dar are și un impact semnificativ asupra prelucrării ulterioare a piesei de prelucrat. De exemplu, în fabricația de precizie, o astfel de zgură poate interfera cu asamblarea pieselor, reducând precizia generală a produsului.

Cauze

Energie insuficientăAcesta este motivul fundamental. Tăierea cu focalizare negativă înseamnă că punctul focal se află sub suprafața plăcii, ceea ce determină creșterea diametrului punctului și scăderea densității de energie. Dacă energia nu este suficientă pentru a vaporiza sau topi complet materialul, metalul lichid rămas nu poate fi complet îndepărtat de gazul auxiliar și, prin urmare, se condensează la baza tăieturii, formând zgură. De exemplu, la tăierea unei plăci de oțel carbon groase cu o setare necorespunzătoare a puterii laserului, energia care ajunge la baza tăieturii este departe de a fi suficientă pentru a gestiona volumul de material, ceea ce duce la formarea de zgură.

Presiune a aerului insuficientă sau instabilăEste posibil ca compresorul de aer să nu furnizeze suficientă presiune sau pot exista fluctuații semnificative ale presiunii aerului. Acest lucru duce la incapacitatea de a genera un impuls suficient pentru a sufla lichidul metalic topit departe de fantă. Deoarece aerul, ca gaz auxiliar, are o energie cinetică mult mai mică în comparație cu azotul, are cerințe mai mari de presiune a aerului. În unele linii de producție industriale cu sisteme de alimentare cu aer îmbătrânite, presiunea instabilă a aerului poate cauza o calitate inconsistentă a tăierii, cu apariția frecventă a zgurii din cauza îndepărtării ineficiente a metalului topit.

Viteză excesivă de tăiereCând placa se mișcă prea repede în raport cu fasciculul laser, energia absorbită pe unitatea de lungime a materialului este insuficientă. Drept urmare, materialul nu este tăiat complet, iar materialul topit nu are suficient timp pentru a fi îndepărtat prin suflare. În încercările de tăiere la viteză mare, fără o optimizare adecvată a parametrilor, mișcarea rapidă a piesei de prelucrat poate face ca laserul să rateze anumite zone, lăsând în urmă material netăiat sau parțial tăiat, care se solidifică în zgură.

Poziție focală necorespunzătoareDacă valoarea focală negativă este setată prea mare, energia se dispersează excesiv. În consecință, energia din partea inferioară a inciziei este extrem de insuficientă, ceea ce face dificilă procesarea completă a materialului de la bază și, în cele din urmă, duce la formarea de zgură.

Soluții

Optimizați puterea laserului:

Creșteți puterea în mod corespunzătorCreșterea puterii laserului este cea mai directă și eficientă modalitate de a crește consumul de energie. Este crucial să vă asigurați că puterea corespunde grosimii plăcii și vitezei de tăiere. Pentru o placă de oțel carbon cu grosimea de 5 mm, după o serie de teste, se poate constata că creșterea puterii laserului de la 1000 W la 1200 W poate reduce semnificativ cantitatea de zgură.

Ajustați poziția focală:

Reduceți cantitatea focală negativăÎncercați să ajustați punctul focal în sus (spre suprafața plăcii) pentru a reduce valoarea focală negativă. Acest lucru poate crește densitatea energiei în partea de jos a inciziei. Se poate efectua un test de proces al poziției focale, tăind cu diferiți parametri de la – 1 mm la – 3 mm valoare focală negativă, pentru a găsi punctul focal cu cea mai mică zgură. De exemplu, într-un test de tăiere a unei plăci de oțel carbon cu grosimea de 3 mm, se constată că o valoare focală negativă de – 1,5 mm are ca rezultat cea mai curată tăietură cu zgură minimă.

Ajustați parametrii gazului:

Creșteți presiunea aeruluiAsigurați-vă că presiunea aerului este suficient de mare. Pentru plăcile subțiri, poate fi necesară o presiune de 0,8 – 1,2 MPa, iar pentru plăcile groase, este necesară o presiune și mai mare. Verificați periodic compresorul de aer și sistemul de uscare și filtrare pentru a vă asigura că sursa de gaz este pură, uscată și presiunea este stabilă. Contaminanții precum uleiul și umiditatea din aer pot afecta serios efectul de tăiere. Într-un atelier de producție, după înlocuirea unui regulator de presiune a aerului defect și instalarea unui filtru de uscare a aerului de înaltă eficiență, calitatea tăierii s-a îmbunătățit semnificativ, cu mult mai puțină zgură.

Reduceți viteza de tăiere:

Reduceți viteza în mod corespunzătorReducerea vitezei de tăiere permite materialului să absoarbă mai mult timp energie, asigurându-se că este complet topit și suflat. Viteza și puterea trebuie ajustate în mod coordonat pentru a găsi cel mai bun echilibru. La tăierea unei plăci de oțel carbon cu grosimea de 8 mm, reducerea vitezei de tăiere de la 1000 mm/min la 800 mm/min, menținând în același timp o putere adecvată, poate elimina eficient zgura continuă de la bază.

Tipul 2: Zgură granulară fină și dură la fund

Caracteristici

Acest tip de zgură se caracterizează prin textura sa fină și dură. Apare sub formă de granule mici sau pulbere, care aderă ferm la suprafața de tăiere. Aceste particule granulare de zgură sunt de obicei mult mai mici ca dimensiuni în comparație cu zgura continuă de primul tip, de obicei în intervalul de la micrometri la submilimetri. Duritatea lor le face dificil de îndepărtat în timpul post-procesării, necesitând adesea metode mecanice sau chimice mai agresive. De exemplu, atunci când se utilizează o perie simplă de sârmă pentru curățare, zgura granulară poate rămâne în continuare pe suprafață, afectând finisajul general și calitatea piesei de prelucrat.

Cauze

Oxidarea excesivă a materialuluiAceasta este o caracteristică inerentă a tăierii asistate cu aer. În mediul de temperatură ridicată în timpul tăierii, oxigenul din aer reacționează violent cu oțelul carbon. Reacțiile chimice includ în principal Fe + O₂ → FeO/Fe₃O₄/Fe₂O₃. Oxizii produși (în principal oxizi de fier) au puncte de topire ridicate și vâscozități mari. Drept urmare, aceștia nu sunt ușor suflați de gazul auxiliar și se condensează formând zgură dură. La tăierea țevilor din oțel carbon cu pereți groși cu aer ca gaz auxiliar, se generează o cantitate mare de oxizi de fier cu punct de topire ridicat, care sunt dificil de eliminat din zona de tăiere, ducând la formarea de zgură granulară.

Aport excesiv de căldurăÎn timp ce energia insuficientă duce la primul tip de zgură, un aport excesiv de căldură, cauzat de obicei de o combinație de putere mare și viteză mică, poate provoca arderea excesivă a plăcii. Acest lucru duce la producerea unei cantități mari de oxizi cu punct de topire ridicat, exacerbând problema zgurii. Atunci când se încearcă tăierea unei table subțiri de oțel carbon cu o putere laser prea mare și o viteză de tăiere foarte mică, materialul nu numai că suferă o oxidare excesivă, dar se topește și se vaporizează neuniform, lăsând în urmă zgură granulară pe suprafața tăiată.

Uzura sau nealinierea duzeiDuzele uzate pot cauza dezordinea fluxului de aer, împiedicându-l să pătrundă simetric și vertical în fantă. Dacă centrul duzei nu este coaxial cu fasciculul laser, capacitatea de suflare a gazului este slăbită, iar zgura topită nu poate fi îndepărtată eficient. Într-o linie de producție în care duzele sunt utilizate pentru o perioadă lungă de timp fără înlocuire, duzele uzate determină devierea fluxului de aer de la direcția optimă, rezultând acumularea de zgură granulară pe suprafața de tăiere din cauza îndepărtării ineficiente a zgurii.

Soluții

Optimizați potrivirea vitezei de tăiere cu puterea:

Adoptă o strategie de „viteză mare, putere moderată”Pornind de la premisa asigurării unei penetrări complete, creșterea corespunzătoare a vitezei și reducerea puterii pot reduce timpul de rezidență al materialului în zona de temperatură înaltă, atenuând astfel reacția excesivă de oxidare. Această abordare este contrară soluției pentru primul tip de zgură și necesită o depanare atentă. Pentru o tablă de oțel carbon cu grosimea de 2 mm, creșterea vitezei de tăiere de la 1500 mm/min la 1800 mm/min, reducând în același timp puterea de la 800 W la 700 W, poate reduce eficient formarea zgurii granulare.

Ajustarea parametrilor gazului (modificări strategice):

Pentru plăci subțiri, încercați să reduceți ușor presiunea aeruluiO presiune a aerului excesiv de mare poate exacerba reacția de oxidare, în loc să îndepărteze zgura prin suflare. Se recomandă utilizarea unei presiuni a aerului mai mici, asigurându-se în același timp că zgura poate fi îndepărtată prin suflare. Într-un test de tăiere a unei plăci de oțel carbon cu grosimea de 1 mm, reducerea presiunii aerului de la 1,0 MPa la 0,8 MPa, menținând în același timp ce ceilalți parametri sunt stabili, are ca rezultat o tăietură mai curată, cu mai puțină zgură granulară.

Asigurați puritatea gazuluiTrebuie utilizat doar aer comprimat uscat și fără ulei. Umiditatea poate răci rapid metalul topit și poate favoriza oxidarea, în timp ce contaminarea cu ulei poate murdări lentilele și poate afecta calitatea tăierii. Instalarea de dispozitive de uscare a aerului și de filtrare a uleiului de înaltă eficiență în sistemul de alimentare cu aer poate asigura puritatea aerului, îmbunătățind semnificativ calitatea tăierii și reducând zgura.

Inspectați și înlocuiți duza:

Verificați starea duzeiVerificați periodic duza pentru uzură, deformare sau blocaje cu zgură. Duzele uzate trebuie înlocuite imediat. Într-un atelier de producție, o inspecție programată a duzelor la fiecare 50 de ore de funcționare poate preveni apariția zgurii cauzate de problemele duzelor.

Calibrați centrul duzeiFolosiți hârtie de aliniere sau instrumente de aliniere specializate pentru a vă asigura că centrul orificiului duzei coincide complet cu fasciculul laser. Acesta este un pas crucial în asigurarea direcției corecte a fluxului de aer. După utilizarea unui instrument profesional de aliniere a duzei, calitatea tăierii se îmbunătățește remarcabil, cu o reducere semnificativă a zgurii granulare datorită direcției optimizate a fluxului de aer.

Folosiți plăci acoperite:

Dacă condițiile de prelucrare permit, utilizați plăci de oțel acoperite, cum ar fi plăcile galvanizateAcoperirea poate juca uneori un anumit rol de „ajutor la flux” în timpul procesului de tăiere sau poate modifica proprietățile zgurii, facilitând îndepărtarea zgurii. Totuși, aceasta nu este o soluție fundamentală. La tăierea plăcilor de oțel carbon galvanizat, acoperirea de zinc poate reacționa cu metalul topit și cu produșii de oxidare într-un mod care modifică caracteristicile zgurii, facilitând îndepărtarea acesteia de pe suprafața de tăiere.

Pași rapizi de depanare

Verificare hardware

Lentilă de protecțieVerificați periodic dacă lentila de protecție este curată și nu prezintă deteriorări. O lentilă murdară sau deteriorată poate atenua semnificativ energia laserului, ducând la o calitate inconsistentă a tăierii și la o aderență crescută a zgurii. Dacă se detectează contaminanți, curățați lentila cu atenție folosind agenți și instrumente de curățare adecvate.

DuzăExaminați duza pentru orice semne de uzură, deformare sau înfundare. O duză uzată, cu un diametru interior mărit sau neregulat, poate determina devierea fluxului de aer de la direcția optimă, slăbind capacitatea de suflare a zgurii. Înlocuiți imediat duza dacă constatați probleme. În plus, asigurați-vă că dimensiunea duzei este corectă pentru sarcina specifică de tăiere, deoarece o duză de dimensiuni necorespunzătoare poate contribui, de asemenea, la probleme legate de zgură.

Presiunea aeruluiVerificați dacă presiunea aerului atinge valoarea setată și rămâne stabilă pe tot parcursul procesului de tăiere. Instalați un manometru fiabil pentru a monitoriza cu precizie presiunea aerului. Fluctuațiile presiunii aerului pot perturba îndepărtarea stabilă a metalului topit, rezultând în formarea zgurii. Dacă presiunea este insuficientă sau instabilă, verificați sistemul de alimentare cu aer, inclusiv compresorul de aer, conductele și supapele, pentru a identifica și rezolva sursa problemei.

Sursă de gazAsigurați-vă că sursa de gaz este uscată și curată. Umiditatea din aer poate răci rapid metalul topit, promovând oxidarea și formarea de zgură dură. Contaminarea cu ulei nu numai că poate murdări lentilele, dar poate afecta și reacțiile chimice din timpul tăierii, ducând la tăieturi de calitate slabă. Instalați dispozitive de uscare a aerului și de filtrare a uleiului de înaltă eficiență în sistemul de alimentare cu aer pentru a garanta puritatea aerului.

Optimizarea focalizării

Efectuarea unui test de focalizare-poziționare este de o importanță capitală. Acest test ajută la determinarea poziției optime de focalizare pentru materialul și grosimea specifică care urmează să fie tăiată. Diferite materiale și grosimi necesită setări de focalizare diferite pentru a obține tăieturi de cea mai bună calitate cu o aderență minimă a zgurii.

Metoda implică efectuarea unei serii de tăieturi de probă cu diferite valori focale negative, de obicei de la –1 mm la –3 mm pentru tăierea oțelului carbon cu aer în condiții focale negative. În timpul testului, observați cu atenție calitatea tăierii, în special cantitatea și tipul de aderență a zgurii. Poziția focalizării care are ca rezultat cea mai mică cantitate de zgură, o suprafață de tăiere netedă și penetrarea completă a materialului este considerată setarea optimă. Înregistrați aceste valori optime ale poziției focale pentru referințe viitoare la tăierea de materiale și grosimi similare.

Reglarea puterii și a vitezei

Pentru zgură continuă, care picurăDacă zgura este sub formă de bavuri continue, care picură la bază, prioritatea este creșterea puterii laserului sau reducerea vitezei de tăiere. Creșterea puterii adaugă direct mai multă energie procesului de tăiere, asigurând că materialul este complet topit și vaporizat. Reducerea vitezei permite materialului mai mult timp pentru a absorbi energia laserului, facilitând tăierea completă și îndepărtarea eficientă a metalului topit. Cu toate acestea, atunci când se ajustează acești parametri, este esențial să se mențină un echilibru pentru a evita alte probleme potențiale, cum ar fi supraîncălzirea sau oxidarea excesivă.

Pentru zgură granulară fină și durăCând se lucrează cu zgură granulară fină și dură, strategia este de a crește viteza de tăiere sau de a reduce în mod corespunzător puterea. Creșterea vitezei scurtează timpul petrecut de material în zona de temperatură ridicată, reducând gradul de oxidare. Reducerea puterii ajută la prevenirea aportului excesiv de căldură, care poate duce la producerea unor cantități mari de oxizi cu punct de topire ridicat. Prin optimizarea combinației dintre viteză și putere, formarea zgurii granulare poate fi redusă la minimum.

Concluzie

Problema aderenței zgurii în tăierea focală negativă cu aer a oțelului carbon este complexă, influențată de mai mulți factori, cum ar fi aportul de energie, parametrii gazului și condițiile hardware-ului. Pentru cele două tipuri comune de aderență a zgurii, frezele continue, prin picurare, și zgura granulară fină, dură, au fost explorate diferite cauze și soluții corespunzătoare. În producția practică, este esențial să se testeze și să se optimizeze continuu parametrii. Verificarea regulată a componentelor hardware, cum ar fi lentila de protecție și duza, și asigurarea stabilității și purității sursei de gaz, sunt pașii de bază. Prin teste de poziționare a focalizării, se poate determina o setare optimă a focalizării. În plus, reglarea coordonată a puterii laserului și a vitezei de tăiere în funcție de tipul de aderență a zgurii este crucială. Prin atingerea unui echilibru între „utilizarea reacției de oxidare pentru creșterea căldurii” și „prevenirea oxidării excesive de a genera zgură cu punct de topire ridicat”, se poate realiza tăierea oțelului carbon de înaltă calitate și eficientă, îndeplinind cerințele producției industriale moderne.

Data publicării: 19 noiembrie 2025