Làm thế nào để đạt được cạnh sắc nét, bóng bẩy khi cắt thép tấm bằng laser?

Để đạt được bề mặt cắt không bị oxy hóa và có độ phản chiếu cao (được gọi là "cắt bề mặt sáng bóng") khi cắt laser các tấm thép (thường là thép carbon), điều quan trọng là phải ngăn chặn hoàn toàn quá trình oxy hóa trong suốt quá trình cắt.và sử dụng các thông số cắt được tinh chỉnh kỹ lưỡng để thổi bay hoàn toàn vật liệu nóng chảy. Cắt bằng khí nén thông thường sẽ tạo ra bề mặt thô ráp, màu xám với một lớp oxit. Để đạt được bề mặt cắt sáng bóng, hãy làm theo các bước và nguyên tắc chính sau:

Nguyên tắc cốt lõi

Bản chất của việc cắt bề mặt sáng bóng là "cắt bằng phương pháp nóng chảy" chứ không phải "cắt bằng phương pháp oxy hóa".

Cắt bằng oxy hóa (không khí thông thường): sử dụng oxy làm khí phụ trợ, sắt và oxy phản ứng tỏa nhiệt mạnh (cháy), tạo ra một lượng lớn xỉ oxit sắt, bề mặt cắt thô ráp, màu xám đen.

Cắt nóng chảy (cắt bề mặt bóng như gương): Sử dụng khí nitơ (N2) hoặc argon (Ar) có độ tinh khiết cao làm khí hỗ trợ. Khí trơ được cách ly khỏi oxy, tia laser chỉ làm nóng chảy kim loại, và khí áp suất cao thổi bay dung dịch kim loại nguyên chất để thu được bề mặt bạc sáng bóng mà không bị oxy hóa.

Các yếu tố và bước quan trọng để đạt được bề mặt cắt sáng bóng

1. Khí phụ trợ: phải sử dụng nitơ có độ tinh khiết cao.

• Yêu cầu về độ tinh khiết: ≥ 99,99% (thường là 4 số 9 trở lên). Độ tinh khiết không đủ có thể gây ra hiện tượng oxy hóa nhẹ, ảnh hưởng đến độ hoàn thiện bề mặt.
• Yêu cầu về áp suất: rất cao. Tùy thuộc vào độ dày của tấm, thường cần áp suất ổn định từ 15-20 bar (khoảng 1,5-2,0 MPa) hoặc thậm chí cao hơn. Cần sử dụng bình chứa nitơ lỏng lưu lượng lớn hoặc máy tạo nitơ, máy nén khí thông thường không đáp ứng được.
• Chức năng: thổi bay kim loại nóng chảy, làm nguội đường cắt, cách ly oxy.

2. Công suất và chế độ laser: cần công suất cao và chùm tia chất lượng cao.

• Yêu cầu về công suất: Để đạt được bề mặt cắt sáng bóng thường cần công suất laser cao hơn. Ví dụ, cắt thép carbon 6mm bề mặt sáng bóng bằng laser 4000W sẽ dễ dàng và hiệu quả hơn so với cắt các tấm thông thường có cùng độ dày. Công suất không đủ sẽ khiến tốc độ cắt quá chậm và tích tụ nhiệt, ảnh hưởng đến chất lượng.
• Chất lượng chùm tia: Laser đơn mode hoặc laser bán đơn mode, nhờ mật độ năng lượng tập trung hơn, điểm sáng nhỏ hơn, có ưu điểm vốn có hơn laser đa mode trong việc cắt bề mặt sáng, có thể tạo ra các mặt cắt mịn hơn, sáng hơn.

3. Thông số cắt: điều chỉnh tinh

Các thông số sau cần được tối ưu hóa kỹ lưỡng tùy thuộc vào thiết bị và điều kiện khí:

• Tốc độ cắt: So với cắt bằng oxy, tốc độ sẽ giảm đáng kể. Nếu tốc độ quá nhanh, kim loại nóng chảy sẽ không được thổi sạch, và sẽ có xỉ bám lại phía sau; nếu tốc độ quá chậm, lượng nhiệt đưa vào quá nhiều, và tấm kim loại có thể bị quá nhiệt và đổi màu.

Lựa chọn vòi phun và chiều cao:

• Đường kính vòi phun: thường chọn đường kính vòi phun lớn hơn (chẳng hạn như φ3mm hoặc φ4mm) để thích ứng với áp suất cao và lưu lượng lớn của khí nitơ, đảm bảo luồng khí ổn định và bao phủ toàn bộ khe hở.
• Chiều cao vòi phun: Cần được kiểm soát chính xác, nói chung cao hơn một chút so với khi cắt bằng oxy để tạo ra màn chắn khí bảo vệ tốt.
• Vị trí lấy nét: Tiêu điểm thường được đặt trên bề mặt của tấm ảnh hoặc hơi thấp hơn, và vị trí tốt nhất cần được xác định bằng thực nghiệm để thu được khe hẹp nhất và sáng nhất.
• Điều chỉnh công suất/tần số đỉnh: Đối với một số tấm dày hơn, việc sử dụng chế độ cắt xung thích hợp giúp kiểm soát lượng nhiệt đầu vào để đạt được hiệu ứng bề mặt sáng bóng tốt hơn.

4. Yêu cầu của hội đồng quản trị

• Làm sạch bề mặt: dầu, rỉ sét và lớp phủ trên bề mặt tấm sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả cắt và cần được làm sạch trước.
• Chất liệu đồng nhất: Chất liệu không đồng đều sẽ dẫn đến hiệu ứng lấp lánh không nhất quán.

Tóm tắt quy trình vận hành

1. Chuẩn bị:Hãy đảm bảo sử dụng khí nitơ tinh khiết cao và hệ thống cung cấp khí áp suất cao. Làm sạch bề mặt tấm kim loại.

2. Chọn vòi phun:Lắp đặt vòi phun đường kính lớn phù hợp với việc cắt bằng khí nitơ áp suất cao (ví dụ: φ3mm).

3. Thiết lập thông số:Chọn chế độ “Cắt bằng nitơ” hoặc “Cắt bề mặt sáng bóng” trong phần mềm điều khiển cắt. Nhập vật liệu tấm (thép carbon) và độ dày.

4. Điều chỉnh các điểm tham chiếu chính:

• Khí hỗ trợ được thiết lập ở mức N2.
• Áp suất khí được điều chỉnh đến dải áp suất cao (ví dụ, đối với thép carbon dày 6mm, hãy thử từ 18 bar trước).
• Giảm đáng kể tốc độ cắt (có thể sử dụng phương pháp cắt bằng oxy với tốc độ cắt bằng 1/3 đến 1/2 độ dày vật liệu).
• Điều chỉnh tiêu cự và chiều cao vòi phun cho phù hợp.

5. Thử nghiệm cắt và tối ưu hóa:Trước tiên, hãy sử dụng các hình vẽ nhỏ hoặc các mảnh vụn để thử cắt. Phần quan sát:

• Nếu phần trên sáng bóng, phần dưới có cặn đen hoặc xỉ bám: có thể do tốc độ thổi quá nhanh hoặc áp suất khí không đủ.
• Nếu toàn bộ phần đó có màu vàng hoặc bị oxy hóa: độ tinh khiết của nitơ không đủ hoặc áp suất quá thấp, và có lẫn oxy vào.
• Nếu vết cắt không trong suốt hoặc xỉ bám dính nghiêm trọng: công suất không đủ, tốc độ quá nhanh hoặc vị trí lấy nét sai.

6. Cắt may theo kiểu trang trọng:Sau khi hoàn tất tối ưu hóa tham số, tiến hành cắt chính thức.

Những điểm cần xem xét và hạn chế

• Chi phí cao hơn:Lượng khí nitơ tinh khiết cao được tiêu thụ rất lớn, tốc độ cắt chậm và chi phí đơn vị cao hơn nhiều so với cắt bằng oxy.
• Giới hạn độ dày:Hiệu ứng bề mặt sáng bóng sẽ kém đi khi độ dày tăng lên. Phương pháp này thường cho kết quả tốt nhất trên các tấm thép carbon có độ dày trung bình và mỏng (1-12mm). Khi độ dày của tấm vượt quá khả năng của thiết bị, rất khó để đạt được bề mặt sáng bóng hoàn hảo.
• Yêu cầu về thiết bị:Công suất laser, chất lượng chùm tia, độ ổn định của máy và hệ thống cung cấp khí đều có yêu cầu cao hơn.
• Ứng dụng chính:Được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng bề ngoài, hàn, phun của chi tiết gia công, chẳng hạn như tấm cửa thang máy, các bộ phận cơ khí chính xác, các bộ phận trang trí, v.v., nhằm tránh quá trình mài tiếp theo.

Nói một cách đơn giản, để loại bỏ bề mặt sáng bóng, hãy nhớ ba yếu tố: khí nitơ áp suất cao và độ tinh khiết cao, công suất cao và chùm tia tốt, tốc độ thấp và các thông số tinh chỉnh.Bạn nên lấy bảng thông số cơ bản cho từng kiểu máy và độ dày cụ thể từ nhà sản xuất thiết bị và sử dụng bảng này làm cơ sở để tinh chỉnh tại công trường.