Controle de qualidade de corte a laser: principais fatores e soluções

A qualidade de corte a laser alcançado por máquinas de corte a laser está sujeito a uma infinidade de fatores, tornando-o uma interação complexa. No cerne do processo de corte a laser está a interação entre o feixe de laser e os materiais sendo cortados, categorizados em dois fenômenos principais: microscópico e macroscópico.

Fenômenos microscópicos aprofundam-se nos intrincados processos de reação quântica que ocorrem durante a interação laser-material. Enquanto isso, fenômenos macroscópicos abrangem absorção de material, reflexão, refração, bem como a conversão de energia e transmissão de feixes de laser.

Além das características intrínsecas do material processado, fatores relacionados ao hardware também influenciam a qualidade do corte. Vamos explorar esses fatores juntos.

Importância do Controle de Qualidade

O controle de qualidade tem um papel insubstituível nos negócios. Por meio de amostragem e controle de processo, as organizações podem melhorar seu desempenho. O mesmo é válido para o processo de corte a laser. No entanto, surge a questão de como medir a qualidade do corte de metal a laser?

Nos textos anteriores, enfatizamos a importância de otimizar os parâmetros de corte a laser, ou seja, a implementação de manutenção preventiva do cortador a laser. Quando se trata de cortadores a laser bons e de alta qualidade, a possibilidade de anomalias no processo de corte é reduzida ao mínimo. No entanto, deve-se prestar atenção a outros indicadores-chave de desempenho (KPI) importantes que fornecem feedback sobre o nível de qualidade do corte a laser.

Normas de corte a laser

Como uma grande parte dos negócios e processos nas organizações de hoje é padronizada e normatizada, padrões que prescrevem parâmetros de corte a laser de qualidade foram desenvolvidos. O padrão ISO DIN EN ISO 9013: 2002 define os requisitos para corte a laser e outros tipos de corte térmico. O padrão prescreve o controle dos seguintes parâmetros de corte:

• metal fundido
• a incisão do corte
• a perfuração do corte
• linhas de corte
• rugosidade

Parâmetros de controle de qualidade

• Formação do metal fundido – o controle deste parâmetro é geralmente feito por inspeção visual do metal que está sendo fatiado. As informações obtidas pela verificação referem-se ao foco do feixe de laser ou da óptica do cortador a laser.

• A incisão do corte – um parâmetro que depende do material que está sendo cortado e é determinado pela tolerância para cada metal de forma diferente. As informações obtidas pela inspeção da incisão nos dizem sobre o tamanho da penetração do feixe de laser no metal.

• A perfuração–A perfuração do metal é criada devido à ação corrosiva e pode alterar muito a qualidade do corte. Este parâmetro é geralmente inspecionado visualmente e descrito qualitativamente.

• Linhas de corte – as linhas de corte durante o corte a laser são determinadas pela velocidade em que cada posição é cortada. Este parâmetro também é inspecionado visualmente, e as informações fornecidas pela inspeção falam sobre a necessidade de ajustar os parâmetros de corte em termos de potência e velocidade.

• Rugosidade – um parâmetro que influencia a necessidade de manuseio adicional de material após o corte a laser. A rugosidade é definida dependendo da espessura do material que está sendo cortado.

A melhoria da qualidade dos cortes a laser pode ser alcançada por meio da manutenção consistente do cortador a laser e do ajuste fino dos parâmetros de corte. Embora o controle de qualidade e a otimização dos parâmetros desempenhem papéis cruciais, eles servem como etapas iniciais para atingir resultados de corte ideais. A eficácia do controle de qualidade depende da execução de uma série de cortes.

Quando múltiplos cortes idênticos são realizados, o controle meticuloso dos parâmetros se torna imperativo para evitar a repetição de erros ao longo da série. Assim, o monitoramento e o ajuste contínuos dos parâmetros garantem operações de corte consistentes e sem erros.

Fatores que afetam a qualidade do corte a laser das máquinas de corte a laser

Características do feixe:

Há uma relação significativa entre a largura da incisão do corte a laser e o diâmetro do ponto focalizado. Devido ao fato de que a densidade de potência e a densidade de energia da irradiação a laser estão relacionadas ao diâmetro do ponto do laser, para obter uma maior densidade de potência e escala de energia, no processamento de corte a laser, o diâmetro do ponto deve ser o menor possível.

Potência do laser:

A magnitude da potência do laser afeta diretamente a espessura da chapa de aço que pode ser cortada. Quanto maior a potência, mais espesso o material que pode ser cortado. Além disso, também afeta a precisão dimensional da peça de trabalho, a largura da costura de corte, a rugosidade da superfície de corte e a largura da zona afetada pelo calor.

A potência do laser tem um impacto significativo na velocidade de corte, largura da costura, espessura do corte e qualidade do corte. O nível de potência é determinado pelas características do material e pelo mecanismo de corte. Materiais com altos pontos de fusão (como ligas) e alta refletividade de superfície (como cobre e alumínio) exigem maior potência do laser.

Por exemplo, uma Máquina de Corte a Laser de Fibra de Chapa de Metal de 1500 W não consegue atingir o trabalho de uma máquina de corte a laser de 6000 W. Muitas vezes, se você achar que o efeito de corte não é o ideal, é bem provável que você tenha escolhido o modelo de laser errado.

No processamento de corte a laser, há uma potência de laser que atinge a melhor qualidade de corte. Sob essa potência de laser, pode haver fenômenos de corte incompleto ou suspensão de escória. Acima dessa potência, ele superaquecerá.

Velocidade de corte a laser:

A velocidade de corte tem um impacto significativo na qualidade do corte. A velocidade de corte ideal resultará em uma linha relativamente suave na superfície de corte, seção transversal lisa do material e sem rebarbas. Quando a pressão do gás auxiliar e a potência do laser são constantes, há uma relação inversa não linear entre a velocidade de corte e a largura da costura de corte. Se a velocidade de corte for muito lenta, é fácil causar a superfusão do material, a costura de corte se torna mais larga, a zona afetada pelo calor aumenta e até mesmo a superfusão da peça de trabalho. Cortar muito rápido pode fazer com que o material não corte, causando respingos de faíscas, produzindo escória na metade inferior e até mesmo queimando a lente.

Bicos:

A abertura do bico e a distância entre a saída do bico e a superfície do material podem afetar o efeito de corte.

Posição do foco:

A posição do foco afeta diretamente a largura da incisão, a rugosidade da seção transversal e a adesão de resíduos de resíduos. As diferentes posições focais resultam em diferentes diâmetros de feixe e profundidades focais na superfície do material processado, levando a mudanças no formato da costura de corte e afetando o fluxo de gás processado e metal fundido dentro da seção transversal.

A posição do foco é a distância do foco do laser até a superfície da peça de trabalho, o que afeta diretamente a rugosidade da superfície de corte, a inclinação e a largura da costura de corte e o status de adesão do resíduo fundido. Se a posição do foco for muito avançada, aumentará o calor absorvido pela extremidade inferior da peça de trabalho que está sendo cortada.

Em uma certa velocidade de corte e pressão de ar auxiliar, isso fará com que o material que está sendo cortado e o material derretido perto da costura de corte fluam em um estado líquido na superfície inferior. Após o resfriamento, o material derretido irá aderir à superfície inferior da peça de trabalho em uma forma esférica. Se a posição ficar para trás, o calor absorvido pela face da extremidade inferior do material que está sendo cortado diminuirá, de modo que o material na costura de corte não pode derreter completamente, e alguns resíduos afiados e curtos irão aderir à superfície inferior da placa.

Normalmente, a posição do foco deve ser na superfície da peça de trabalho ou um pouco mais baixa, mas materiais diferentes exigem requisitos diferentes. Ao cortar aço carbono, a qualidade do corte é melhor quando o foco está na superfície da placa. Ao cortar aço inoxidável, o foco deve estar em torno de 1/2 da espessura da placa para melhores resultados.

Gás auxiliar:

O corte de material requer o uso de gás auxiliar, principalmente a pressão do gás e o tipo de gás, os quais podem afetar a rugosidade da seção de corte e a geração de escória.

No processamento de corte a laser, a pressão de ar auxiliar desempenha um papel na remoção de escória, no resfriamento de materiais e na assistência à combustão. Os gases auxiliares incluem oxigênio, ar comprimido, nitrogênio e gases inertes.

O oxigênio pode participar da combustão do metal e melhorar a eficiência do corte, tornando-o adequado para cortar a maioria dos metais; Gases inertes e ar são adequados para cortar certos materiais metálicos (como ligas de alumínio) e materiais não metálicos, o que pode evitar a combustão do material.

Se a pressão do gás auxiliar for muito alta, correntes parasitas aparecerão na superfície do material, enfraquecendo a capacidade de remover materiais fundidos, levando ao alargamento da costura de corte e à superfície de corte áspera; Se a pressão do ar for muito baixa, o material fundido não pode ser completamente soprado para longe, e a escória irá aderir à superfície inferior do material. Portanto, a pressão do gás auxiliar deve ser ajustada durante o corte para obter a melhor qualidade de corte.

Soluções de qualidade de corte a laser para máquinas de corte a laser de fibra

1. Configurações de energia ideais: Ajustar as configurações de potência do laser de acordo com o tipo e a espessura do material é crucial para obter cortes limpos e precisos. O ajuste fino dos parâmetros de potência garante um processamento eficiente do material sem causar zonas excessivamente afetadas pelo calor ou bordas ásperas.
2. Ajuste de foco: O foco adequado do feixe de laser é essencial para manter a qualidade do corte. A calibração e o ajuste regulares da posição do foco garantem a qualidade ideal do feixe e o desempenho do corte.
3. Seleção de gás e controle de pressão: Escolher o gás de assistência apropriado (como oxigênio, nitrogênio ou ar) e controlar sua pressão remove efetivamente o material fundido do corte e previne a oxidação durante o corte. A seleção adequada do gás e o ajuste da pressão contribuem para melhorar a qualidade da borda e reduzir a formação de escória.
4. Manutenção de bicos e lentes: A limpeza e inspeção regulares dos bicos de corte e lentes de foco são essenciais para evitar o acúmulo de detritos e manter a qualidade do feixe. Substitua componentes desgastados ou danificados imediatamente para garantir um desempenho de corte consistente.
5. Tecnologia avançada de cabeça de corte: A atualização para cabeçotes de corte equipados com recursos avançados, como ajuste automático de distância focal, proteção contra colisões e monitoramento em tempo real, pode aumentar a precisão e a produtividade do corte.
6. Controle de feixe dinâmico: A implementação de tecnologias de controle dinâmico de feixe, como modelagem e oscilação de feixe, permite um controle mais preciso sobre a distribuição de intensidade do feixe de laser e melhora a qualidade do corte, especialmente em geometrias complexas e cantos apertados.
7. Manuseio e fixação de materiais: Técnicas adequadas de manuseio e fixação de materiais ajudam a minimizar a vibração e a distorção do material durante o corte, resultando em cortes mais suaves e maior precisão dimensional.
8. Parâmetros de corte otimizados: O ajuste fino de parâmetros de corte, como velocidade de corte, aceleração e alinhamento do feixe com base nas propriedades do material e nos requisitos de corte, pode melhorar significativamente a qualidade e a eficiência do corte.
9. Sistemas de Garantia de Qualidade: A implementação de sistemas de garantia de qualidade, como monitoramento em tempo real, detecção automática de defeitos e mecanismos de feedback, garante qualidade de corte consistente e confiável durante todo o processo de produção.

Ao implementar essas soluções, os operadores podem otimizar o desempenho de máquinas de corte a laser de fibra e alcançar qualidade de corte superior em uma ampla gama de materiais e aplicações.