Как можно решить проблему проколов и образования отверстий при лазерной резке?

Проколы и образование пустот — очень распространенные проблемы при лазерной резке, представляющие собой ключевые сложности, влияющие на качество резки, эффективность обработки и безопасность эксплуатации. Для начала давайте проясним два понятия:

Пирсинг:Речь идёт о процессе создания первоначального отверстия в материале с помощью лазера перед началом резки. Проблемы обычно проявляются в виде длительного времени пробивки, низкой эффективности и неполной пробивки.

Замочная скважина:Неконтролируемое разбрызгивание расплавленного металла во время процесса пробивки, характеризующееся сильным разбрызгиванием, обильным образованием искр и заусенцев, а также потенциальным повреждением сопла и линз. Обычно это происходит при резке более толстых пластин (особенно кислородным пламенем) или специальных материалов, таких как оцинкованная сталь.

Основной подход к решению проблемы: балансировка энергозатрат.

Будь то перфорация или разрыв, основная причина заключается в дисбалансе в переходном взаимодействии между энергией лазера, газом и материалом. Ключ к решению этой проблемы лежит в «контроле», а не в «силовом воздействии» — то есть, в обеспечении плавного и постепенного проникновения энергии в материал, а не в мгновенном «разрыве».

Cтрадиционные методы решения проблемы неэффективной/нестабильной перфорации

1. Оптимизация параметров перфорации (самый простой и прямой способ).

• Снизьте мощность перфорации: на начальном этапе используйте мощность ниже мощности резки, чтобы избежать чрезмерного накопления тепла.
• Улучшение частоты импульсов: использование высокочастотной импульсной перфорации позволяет непрерывно рассеивать энергию на множество мелких энергетических пакетов, благодаря чему материал плавится слой за слоем, а не происходит однократный взрыв газификации.
• Отрегулируйте коэффициент заполнения: уменьшите коэффициент заполнения (долю времени, в течение которой лазер находится в режиме «включения»), чтобы дополнительно контролировать среднюю мощность.
• Увеличьте время перфорации: дайте достаточно времени, чтобы шлак сдуло и он постепенно проник в материал.

2. Внедрить усовершенствованный процесс перфорации.

Ступенчатая перфорация/прогрессивная перфорация:Современные станки для лазерной резки обладают этой функцией.

• Сначала низкая, затем высокая мощность: сначала используйте низкую мощность и высокую частоту для предварительного нагрева и создания небольшого отверстия, затем постепенно увеличивайте мощность или меняйте параметры для расширения и проникновения.
• Послойная перфорация: для толстых пластин установите несколько высот перфорации, и лазерный луч будет фокусироваться на разной глубине, проникая слой за слоем.

Взрывная перфорация. Постепенная перфорация:

• Взрывная перфорация: для тонких листов часто используется резка нержавеющей стали азотом, что обеспечивает высокую скорость процесса.
• Прогрессивная перфорация: её необходимо использовать для толстых листов, углеродистой стали или специальных материалов, содержащих кислород, что позволяет эффективно предотвратить разрыв.

3. Контроль газа

• Давление перфорации ниже давления резки: для перфорации используется более низкое давление (например, при резке кислородом давление перфорации устанавливается на уровне 50-70% от давления резки), чтобы предотвратить разрыв, вызванный бурным сгоранием кислорода под высоким давлением. После успешной перфорации переключаются на высокое давление резки.
• Ускоренная подача воздуха и отложенное отключение подачи воздуха:

4. Вспомогательный процесс

• Распыление жидкости для проколов: распыление специальной взрывозащитной жидкости для отверстий (или обычных чернил для маркеров) в месте прокола может предотвратить разбрызгивание, и эффект от этого процесса весьма заметен.
• Использование пленки/наклейки: для зеркальной нержавеющей стали, алюминиевых пластин и т. д. наклейте защитную пленку, а затем вырежьте ее. Это позволит уменьшить отражение и повысить стабильность перфорации.
• Резка с края пластины: если позволяет технологический процесс, старайтесь производить резку с края пластины, чтобы полностью избежать перфорации.

Fсосредоточиться на решении проблемы «прорыва отверстий».

Прокол является крайним проявлением неконтролируемого перфорирования и требует более целенаправленной стратегии.

1. Точная настройка параметров (для взрывных скважин)

• Дальнейшее снижение прокалывающей силы: это наиболее эффективный первый шаг.
• Значительно увеличьте частоту импульсов: сделайте воздействие лазера более «мягким».
• Значительно увеличить время перфорации: обеспечить достаточное время для рассеивания энергии и удаления шлака.
• Попробуйте поднять фокус: установите положение фокусировки перфорации на 0,5-2 мм выше поверхности материала (конкретное значение необходимо проверить), чтобы диаметр пучка был немного больше, плотность энергии уменьшилась, и удалось избежать небольшого «взрыва».

2. Оптимизация газовой стратегии

• Убедитесь, что давление воздуха в перфорации снизилось.
• Для оцинкованных и покрытых пластин: рассмотрите возможность использования азота или воздуха для перфорации, а после завершения перфорации (при необходимости) перейдите к кислородной резке. Кислород будет бурно реагировать со слоем цинка, что приведет к образованию разрывного отверстия.
• Необходимо обеспечить чистоту газа: чистота кислорода должна быть выше 99,95%, примеси будут мешать процессу.

3. Адаптация материалов и процессов

• Обработка оцинкованной/покрытой стали: это наиболее уязвимая зона для бурения взрывных отверстий. В дополнение к вышеописанным методам с использованием газа, вы также можете:
• При программировании точка перфорации устанавливается в области без покрытия или с неглубоким покрытием (например, на краю листа, в области, где покрытие срезается в первую очередь).
• Если позволяют условия, предварительно обработайте места перфорации (например, слегка зашлифуйте покрытие).
• Кислородная резка толстых листов: необходимо использовать прогрессивную перфорацию и сочетание «низкой мощности и длительного времени».

SКонтрольный список системного осмотра и предотвращения

При возникновении проблем выполняйте поиск и устранение неисправностей в следующем порядке:

Заключительные советы по технике безопасности

В случае серьезного разрыва немедленно прекратите работу и проверьте:

1. Защитите объектив:Загрязнено или повреждено? Это наиболее распространенная причина повреждений.

2. Насадка:Забито или повреждено шлаком? Подлежит замене.

3. Внутри режущей головки:Остались ли следы распыления? Требуется профессиональная чистка.

В итоге, суть решения проблемы перфорации заключается в следующем: для разных материалов (особенно для оцинкованного листа) следует отказаться от универсального подхода к перфорации, применить стратегию «постепенной» мягкой перфорации и самостоятельно установить минимальное давление перфорации. Исходя из стандартной библиотеки технологических процессов оборудования, можно методом поэтапного, целенаправленного тестирования и оптимизации параметров определить «золотые параметры» наиболее подходящих материалов.