English
head_banner

Расшифровка кода: два распространенных типа шлака при лазерной резке углеродистой стали в воздухе с отрицательным фокусом

Введение
В процессе лазерной резки углеродистой стали с использованием воздуха в условиях отрицательного фокуса распространенной проблемой является прилипание шлака. Эта проблема не только значительно влияет на качество режущей поверхности, вызывая шероховатость и неровности, но и снижает эффективность производства, требуя дополнительных этапов постобработки для удаления шлака. В условиях промышленного производства, особенно в процессах, требующих высокой точности и эффективности резки углеродистой стали, наличие прилипания шлака может привести к увеличению затрат и снижению конкурентоспособности продукции. Поэтому понимание и решение этой проблемы имеют большое значение. В данной статье будут рассмотрены два распространенных типа прилипания шлака с целью предоставления подробной информации и практических решений для производителей и операторов в этой области.

Тип 1: Непрерывное, капающее образование окалины (шлака) на дне.

Характеристики

Этот тип шлака характеризуется относительно крупными и сплошными размерами. Он прочно прилипает к нижней кромке режущей части, представляя собой цепочку расплавленных металлических шариков. Диаметр этих шариков может варьироваться от нескольких миллиметров до более крупных, в зависимости от конкретных условий резки. Этот сплошной и свисающий шлак не только влияет на внешний вид режущей кромки, но и оказывает существенное воздействие на последующую обработку заготовки. Например, в высокоточной обработке такой шлак может мешать сборке деталей, снижая общую точность изделия.

Причины

  • Недостаток энергииЭто самая основная причина. Резка с отрицательным фокусом означает, что фокусная точка находится ниже поверхности пластины, что приводит к увеличению диаметра пятна и уменьшению плотности энергии. Если энергии недостаточно для полного испарения или расплавления материала, оставшийся жидкий металл не может быть полностью удален вспомогательным газом и, таким образом, конденсируется внизу, образуя шлак. Например, при резке толстостенной пластины из углеродистой стали с неправильной настройкой мощности лазера, энергии, достигающей нижней части разреза, далеко недостаточно для обработки объема материала, что приводит к образованию шлака.
  • Недостаточное или нестабильное давление воздухаВоздушный компрессор может не обеспечивать достаточного давления, или могут наблюдаться значительные колебания давления воздуха. Это приводит к невозможности создать достаточный импульс для отвода расплавленного металла от щели. Поскольку воздух, как вспомогательный газ, обладает гораздо меньшей кинетической энергией по сравнению с азотом, к его давлению предъявляются более высокие требования. В некоторых промышленных производственных линиях со стареющими системами подачи воздуха нестабильное давление воздуха может вызывать непостоянное качество резки, при этом часто образуется шлак из-за неэффективного удаления расплавленного металла.
  • Чрезмерная скорость резкиКогда пластина движется слишком быстро относительно лазерного луча, энергии, поглощаемой на единицу длины материала, недостаточно. В результате материал не прорезается полностью, и расплавленный материал не успевает сдуться. При высокоскоростной резке без надлежащей оптимизации параметров быстрое движение заготовки может привести к тому, что лазер пропустит некоторые участки, оставляя непрорезанный или частично прорезанный материал, который затвердевает, превращаясь в шлак.
  • Неправильное положение фокусаЕсли отрицательное значение фокусного расстояния установлено слишком большим, энергия чрезмерно рассеивается. В результате энергия в нижней части разреза оказывается крайне недостаточной, что затрудняет полную обработку материала внизу и в конечном итоге приводит к образованию шлака.

Решения

  • Оптимизация мощности лазера:
    • Соответственно увеличить мощностьУвеличение мощности лазера — наиболее прямой и эффективный способ повышения энергозатрат. Крайне важно обеспечить соответствие мощности толщине пластины и скорости резки. Для пластины из углеродистой стали толщиной 5 мм после серии испытаний было установлено, что увеличение мощности лазера с 1000 Вт до 1200 Вт может значительно уменьшить количество шлака.
  • Отрегулируйте положение фокуса:
    • Уменьшите отрицательное фокусное расстояние.Попробуйте сместить фокус вверх (к поверхности пластины), чтобы уменьшить отрицательное фокусное расстояние. Это может увеличить плотность энергии в нижней части разреза. Можно провести тест на фокусное положение, выполняя резку с различными параметрами отрицательного фокусного расстояния от -1 мм до -3 мм, чтобы найти фокусное расстояние с наименьшим количеством шлака. Например, при резке пластины из углеродистой стали толщиной 3 мм было обнаружено, что отрицательное фокусное расстояние -1,5 мм обеспечивает наиболее чистый разрез с минимальным количеством шлака.
  • Отрегулируйте параметры газа.:
    • Повысить давление воздухаУбедитесь, что давление воздуха достаточно высокое. Для тонких листов может потребоваться давление 0,8–1,2 МПа, а для толстых — еще более высокое. Регулярно проверяйте воздушный компрессор и систему осушения и фильтрации, чтобы убедиться в чистоте, сухости и стабильности давления подаваемого газа. Загрязнения, такие как масло и влага в воздухе, могут серьезно повлиять на качество резки. В производственном цехе после замены неисправного регулятора давления воздуха и установки высокоэффективного фильтра для осушения воздуха качество резки значительно улучшилось, а количество шлака уменьшилось.
  • Снизьте скорость резки.:
    • Соответственно снизьте скорость.Снижение скорости резки позволяет материалу дольше поглощать энергию, обеспечивая его полное расплавление и удаление. Скорость и мощность необходимо регулировать согласованно для достижения оптимального баланса. При резке стальной пластины толщиной 8 мм снижение скорости резки с 1000 мм/мин до 800 мм/мин при сохранении подходящей мощности может эффективно устранить сплошной окалину в нижней части пластины.

Тип 2: Мелкий, твердый гранулированный осадок на дне

Характеристики

Этот тип шлака характеризуется мелкозернистой и твердой текстурой. Он представляет собой мелкие гранулы или порошок, прочно прилипающие к режущей поверхности. Эти гранулированные частицы шлака обычно намного меньше по размеру по сравнению с сплошным шлаком первого типа, как правило, в диапазоне от микрометров до субмиллиметров. Их твердость затрудняет их удаление в процессе постобработки, часто требуя более агрессивных механических или химических методов. Например, при использовании простой проволочной щетки для очистки гранулированный шлак может оставаться на поверхности, влияя на общее качество обработки и отделку заготовки.

Причины

  • Чрезмерное окисление материалаЭто неотъемлемая характеристика резки с подачей воздуха. В условиях высокой температуры во время резки кислород в воздухе бурно реагирует с углеродистой сталью. Химические реакции в основном включают Fe + O₂ → FeO/Fe₃O₄/Fe₂O₃. Образующиеся оксиды (в основном оксиды железа) имеют высокие температуры плавления и большую вязкость. В результате они с трудом удаляются вспомогательным газом и конденсируются, образуя твердый шлак. При резке толстостенных труб из углеродистой стали с использованием воздуха в качестве вспомогательного газа образуется большое количество высокоплавких оксидов железа, которые трудно удалить из зоны резки, что приводит к образованию гранулированного шлака.
  • Чрезмерный подвод теплаВ то время как недостаток энергии приводит к образованию первого типа шлака, чрезмерное количество подводимого тепла, обычно вызванное сочетанием высокой мощности и низкой скорости, может привести к чрезмерному пригоранию листа. Это приводит к образованию большого количества высокотемпературных оксидов, усугубляя проблему шлака. При попытке разрезать тонкий лист углеродистой стали с помощью слишком высокой мощности лазера и очень низкой скорости резки материал не только подвергается чрезмерному окислению, но и плавится и испаряется неравномерно, оставляя на поверхности разреза гранулированный шлак.
  • Износ или смещение соплаИзношенные сопла могут вызывать нарушение потока воздуха, препятствуя его симметричному и вертикальному проникновению в щель. Если центр сопла не соосен с лазерным лучом, способность газа к продувке ослабевает, и расплавленный шлак не может быть эффективно удален. В производственной линии, где сопла используются в течение длительного времени без замены, изношенные сопла вызывают отклонение потока воздуха от оптимального направления, что приводит к накоплению гранулированного шлака на поверхности резки из-за неэффективного удаления шлака.

Решения

  • Оптимизировать согласование скорости резки и мощности.:
    • Примите стратегию «высокая скорость, умеренная мощность».Исходя из предпосылки обеспечения полного проникновения, соответствующее увеличение скорости и снижение мощности могут сократить время пребывания материала в высокотемпературной зоне, тем самым уменьшая чрезмерную реакцию окисления. Этот подход противоречит решению для первого типа шлака и требует тщательной отладки. Для листа углеродистой стали толщиной 2 мм увеличение скорости резки с 1500 мм/мин до 1800 мм/мин при одновременном снижении мощности с 800 Вт до 700 Вт может эффективно уменьшить образование гранулированного шлака.
  • Корректировка параметров газа (стратегические изменения):
    • Для тонких пластин попробуйте немного снизить давление воздуха.Чрезмерно высокое давление воздуха может усугубить реакцию окисления, а не сдуть шлак. Рекомендуется использовать более низкое давление воздуха, обеспечивая при этом возможность удаления шлака. В ходе испытания резки стальной пластины толщиной 1 мм снижение давления воздуха с 1,0 МПа до 0,8 МПа при сохранении остальных параметров стабильными привело к более чистой резке с меньшим количеством зернистого шлака.
    • Обеспечьте чистоту газа.Для подачи воздуха следует использовать только сухой и обезжиренный сжатый воздух. Влага может быстро охладить расплавленный металл и способствовать окислению, а загрязнение маслом может загрязнить линзы и повлиять на качество резки. Установка высокоэффективных устройств для осушения воздуха и фильтрации масла в системе подачи воздуха может обеспечить чистоту воздуха, значительно улучшив качество резки и уменьшив образование шлака.
  • Осмотрите и замените форсунку.:
    • Проверьте состояние форсунки.Регулярно проверяйте форсунку на износ, деформацию или засорение шлаком. Изношенные форсунки необходимо немедленно заменить. В производственном цехе плановая проверка форсунок каждые 50 часов работы может предотвратить образование шлака, вызванного проблемами с форсунками.
    • Откалибруйте центр сопла.Используйте калибровочную бумагу или специальные инструменты для выравнивания, чтобы убедиться, что центр отверстия сопла полностью совпадает с лазерным лучом. Это важнейший шаг для обеспечения правильного направления воздушного потока. После использования профессионального инструмента для выравнивания сопла качество резки значительно улучшается, а количество гранулированного шлака существенно уменьшается благодаря оптимизированному направлению воздушного потока.
  • Используйте пластины с покрытием.:
    • Если позволяют условия обработки, используйте стальные листы с покрытием, например, оцинкованные.Иногда покрытие может играть определенную «флюсующую» роль в процессе резки или изменять свойства шлака, облегчая его удаление. Однако это не является принципиальным решением. При резке оцинкованных листов углеродистой стали цинковое покрытие может вступать в реакцию с расплавленным металлом и продуктами окисления, изменяя характеристики шлака и облегчая его удаление с поверхности резки.

Краткие шаги по устранению неполадок

Проверка оборудования

  • Защитная линзаРегулярно проверяйте, чистая ли защитная линза и нет ли на ней повреждений. Загрязненная или поврежденная линза может значительно ослабить энергию лазера, что приводит к нестабильному качеству резки и увеличению прилипания шлака. При обнаружении загрязнений тщательно очистите линзу, используя соответствующие чистящие средства и инструменты.
  • СоплоОсмотрите сопло на наличие признаков износа, деформации или засорения. Изношенное сопло с увеличенным или неровным внутренним диаметром может привести к отклонению потока воздуха от оптимального направления, ослабляя способность к продувке шлака. Немедленно замените сопло, если обнаружите какие-либо проблемы. Кроме того, убедитесь, что размер сопла соответствует конкретной задаче резки, поскольку сопло неправильного размера также может способствовать образованию шлака.
  • Давление воздухаУбедитесь, что давление воздуха достигает заданного значения и остается стабильным на протяжении всего процесса резки. Установите надежный манометр для точного контроля давления воздуха. Колебания давления воздуха могут нарушить стабильное удаление расплавленного металла, что приводит к образованию шлака. Если давление недостаточное или нестабильное, проверьте систему подачи воздуха, включая воздушный компрессор, трубопроводы и клапаны, чтобы выявить и устранить источник проблемы.
  • Источник газаУбедитесь, что источник газа сухой и чистый. Влага в воздухе может быстро охлаждать расплавленный металл, способствуя окислению и образованию твердого шлака. Загрязнение маслом может не только загрязнять линзы, но и влиять на химические реакции во время резки, что приводит к низкому качеству резания. Установите в системе подачи воздуха высокоэффективные устройства для осушения воздуха и фильтрации масла, чтобы гарантировать чистоту воздуха.

Оптимизация фокуса

Проведение проверки положения фокуса имеет первостепенное значение. Эта проверка помогает определить оптимальное положение фокуса для конкретного материала и толщины обрабатываемого материала. Для различных материалов и толщин требуются разные настройки фокуса для достижения наилучшего качества резки с минимальным прилипанием шлака.
Метод включает в себя выполнение серии тестовых резов с различными значениями отрицательного фокуса, обычно от -1 мм до -3 мм, для резки углеродистой стали воздухом в условиях отрицательного фокуса. Во время теста следует внимательно наблюдать за качеством резки, особенно за количеством и типом прилипшего шлака. Положение фокуса, обеспечивающее минимальное количество шлака, гладкую поверхность резания и полное проникновение в материал, считается оптимальным. Запишите эти оптимальные значения положения фокуса для дальнейшего использования при резке аналогичных материалов и толщин.

Регулировка мощности и скорости

  • Для непрерывного, капающего осадкаЕсли шлак имеет форму сплошных, капающих заусенцев внизу, приоритетной задачей является увеличение мощности лазера или снижение скорости резки. Увеличение мощности напрямую добавляет больше энергии в процесс резки, обеспечивая полное расплавление и испарение материала. Снижение скорости дает материалу больше времени для поглощения энергии лазера, что способствует полной резке и эффективному удалению расплавленного металла. Однако при настройке этих параметров крайне важно поддерживать баланс, чтобы избежать других потенциальных проблем, таких как перегрев или чрезмерное окисление.
  • Для мелкого, твердого гранулированного шлакаПри работе с мелким, твердым гранулированным шлаком стратегия заключается в увеличении скорости резки или соответствующем снижении мощности. Увеличение скорости сокращает время пребывания материала в высокотемпературной зоне, уменьшая степень окисления. Снижение мощности помогает предотвратить чрезмерный подвод тепла, который может привести к образованию большого количества высокотемпературных оксидов. Оптимизируя сочетание скорости и мощности, можно эффективно минимизировать образование гранулированного шлака.

Заключение

Проблема прилипания шлака при резке углеродистой стали в отрицательной фокусировке с использованием воздуха является сложной и зависит от множества факторов, таких как подводимая энергия, параметры газа и состояние оборудования. Для двух распространенных типов прилипания шлака — сплошного капающего окалины и мелкого твердого гранулированного шлака — были исследованы различные причины и соответствующие решения. В практическом производстве крайне важно постоянно тестировать и оптимизировать параметры. Регулярная проверка компонентов оборудования, таких как защитная линза и сопло, а также обеспечение стабильности и чистоты источника газа являются основными этапами. С помощью тестов положения фокуса можно определить оптимальную настройку фокуса. Кроме того, решающее значение имеет скоординированная регулировка мощности лазера и скорости резки в зависимости от типа прилипания шлака. Достижение баланса между «использованием реакции окисления для повышения температуры» и «предотвращением чрезмерного окисления, приводящего к образованию высокотемпературного шлака» позволяет обеспечить высококачественную и эффективную резку углеродистой стали, отвечающую требованиям современного промышленного производства.
Дата публикации: 19 ноября 2025 г.