Контроль качества лазерной резки: ключевые факторы и решения

Качество лазерная резка достигаемый с помощью лазерных режущих машин, зависит от множества факторов, что делает его сложным взаимодействием. В основе процесса лазерной резки лежит взаимодействие между лазерным лучом и разрезаемыми материалами, которое подразделяется на два основных явления: микроскопическое и макроскопическое.

Микроскопические явления углубляются в сложные процессы квантовых реакций, происходящих во время взаимодействия лазера с материалом. Между тем, макроскопические явления охватывают поглощение материала, отражение, преломление, а также преобразование энергии и передачу лазерных лучей.

Помимо характеристик обрабатываемого материала, на качество резки влияют и факторы, связанные с оборудованием. Давайте рассмотрим эти факторы вместе.

Важность контроля качества

Контроль качества играет незаменимую роль в бизнесе. Благодаря отбору проб и контролю процесса организации могут улучшить свою производительность. То же самое относится и к процессу лазерной резки. Однако возникает вопрос, как измерить качество лазерной резки металла?

В предыдущих текстах мы подчеркивали важность оптимизации параметров лазерной резки, т. е. проведение профилактического обслуживания лазерного резака. Когда речь идет о хороших и качественных лазерных резаках, возможность возникновения аномалий в процессе резки сводится к минимуму. Однако следует обратить внимание и на другие важные ключевые показатели эффективности (KPI), которые дают обратную связь по уровню качества лазерной резки.

Нормы лазерной резки

Поскольку большая часть бизнеса и процессов в современных организациях стандартизирована и нормирована, были разработаны стандарты, которые предписывают качественные параметры лазерной резки. Стандарт ISO DIN EN ISO 9013: 2002 определяет требования к лазерной и другим типам термической резки. Стандарт предписывает контроль следующих параметров резки:

• расплавленный металл
• надрез разреза
• прокол пореза
• линии разреза
• шероховатость

Параметры контроля качества

• Формирование расплавленного металла – контроль этого параметра обычно осуществляется путем визуального осмотра разрезаемого металла. Информация, полученная при проверке, относится к фокусировке лазерного луча или оптики лазерного резака.

• Насечка реза – параметр, который зависит от разрезаемого материала и определяется допуском для каждого металла по-разному. Информация, полученная при осмотре насечки, говорит нам о размере проникновения лазерного луча в металл.

• Прокол – Прокол металла возникает из-за коррозионного воздействия и может значительно изменить качество реза. Этот параметр обычно проверяется визуально и качественно описывается.

• Линии реза – линии реза при лазерной резке определяются скоростью, с которой выполняется резка каждой позиции. Этот параметр также проверяется визуально, и информация, предоставленная в ходе проверки, говорит о необходимости корректировки параметров реза по мощности и скорости.

• Шероховатость – параметр, влияющий на необходимость дополнительной обработки материала после лазерной резки. Шероховатость определяется в зависимости от толщины разрезаемого материала.

Повышение качества лазерной резки может быть достигнуто путем постоянного обслуживания лазерного резака и тонкой настройки параметров резки. Хотя контроль качества и оптимизация параметров играют решающую роль, они служат начальными шагами на пути к достижению оптимальных результатов резки. Эффективность контроля качества зависит от выполнения серии резов.

При выполнении нескольких идентичных разрезов тщательный контроль параметров становится обязательным для предотвращения повторения ошибок в серии. Таким образом, постоянный мониторинг и корректировка параметров обеспечивают последовательные и безошибочные операции резки.

Факторы, влияющие на качество лазерной резки на станках для лазерной резки

Характеристики луча:

Существует значительная связь между шириной надреза лазерной резки и диаметром сфокусированного пятна. В связи с тем, что плотность мощности и плотность энергии лазерного облучения связаны с диаметром лазерного пятна, для получения большей плотности мощности и масштаба энергии при лазерной резке диаметр пятна должен быть как можно меньше.

Мощность лазера:

Величина мощности лазера напрямую влияет на толщину стальной пластины, которую можно разрезать. Чем выше мощность, тем толще материал, который можно разрезать. Кроме того, она также влияет на точность размеров заготовки, ширину резаного шва, шероховатость поверхности реза и ширину зоны термического влияния.

Мощность лазера оказывает существенное влияние на скорость резки, ширину шва, толщину реза и качество резки. Уровень мощности определяется характеристиками материала и механизмом резки. Материалы с высокой температурой плавления (например, сплавы) и высокой отражательной способностью поверхности (например, медь и алюминий) требуют более высокой мощности лазера.

Например, 1500-ваттный станок для резки листового металла с волоконным лазером не может достичь результатов, которые дает 6000-ваттный станок для лазерной резки. Во многих случаях, если вы обнаруживаете, что эффект резки не идеален, весьма вероятно, что вы выбрали неправильную модель лазера.

При лазерной резке существует мощность лазера, которая обеспечивает наилучшее качество резки. При такой мощности лазера могут возникнуть явления неполной резки или зависания шлака. При более высокой мощности он перегреется.

Скорость лазерной резки:

Скорость резки оказывает значительное влияние на качество резки. Идеальная скорость резки приведет к относительно гладкой линии на поверхности реза, гладкому поперечному сечению материала и отсутствию заусенцев. Когда давление вспомогательного газа и мощность лазера постоянны, существует нелинейная обратная зависимость между скоростью резки и шириной резаного шва. Если скорость резки слишком низкая, легко вызвать переплавление материала, резаный шов становится шире, зона термического воздействия увеличивается и даже переплавление заготовки. Слишком быстрая резка может привести к тому, что материал не прорежется, что приведет к разбрызгиванию искр, образованию шлака в нижней половине и даже к прогоранию линзы.

Насадки:

Отверстие сопла и расстояние между выходным отверстием сопла и поверхностью материала могут влиять на эффект резки.

Положение фокуса:

Положение фокуса напрямую влияет на ширину надреза, шероховатость поперечного сечения и адгезию остатков отходов. Различные положения фокуса приводят к разным диаметрам пучка и глубинам фокусировки на поверхности обрабатываемого материала, что приводит к изменению формы резаного шва и влияет на поток обрабатываемого газа и расплавленного металла в поперечном сечении.

Положение фокуса — это расстояние от фокуса лазера до поверхности заготовки, которое напрямую влияет на шероховатость поверхности реза, наклон и ширину резаного шва, а также на адгезионное состояние расплавленного остатка. Если положение фокуса слишком выдвинуто вперед, это увеличит тепло, поглощаемое нижним концом разрезаемой заготовки.

При определенной скорости резки и вспомогательном давлении воздуха это приведет к тому, что разрезаемый материал и расплавленный материал вблизи шва резки будут течь в жидком состоянии по нижней поверхности. После охлаждения расплавленный материал прилипнет к нижней поверхности заготовки в форме сферы. Если положение отстает, то тепло, поглощаемое нижним торцом разрезаемого материала, уменьшится, так что материал в шве резки не сможет полностью расплавиться, и некоторые острые и короткие остатки прилипнут к нижней поверхности доски.

Обычно фокус должен быть на поверхности заготовки или немного ниже, но разные материалы требуют разных требований. При резке углеродистой стали качество резки лучше, когда фокус находится на поверхности пластины. При резке нержавеющей стали фокус должен быть примерно на 1/2 толщины пластины для лучшего результата.

Вспомогательный газ:

Резка материалов требует использования вспомогательного газа, в основном давления и типа газа, оба эти фактора могут влиять на шероховатость сечения реза и образование шлака.

В процессе лазерной резки вспомогательное давление воздуха играет роль в сдувании шлака, охлаждении материалов и содействии горению. Вспомогательные газы включают кислород, сжатый воздух, азот и инертные газы.

Кислород может участвовать в горении металла и повышать эффективность резки, что делает его пригодным для резки большинства металлов; инертные газы и воздух подходят для резки некоторых металлических материалов (например, алюминиевых сплавов) и неметаллических материалов, что может предотвратить возгорание материала.

Если давление вспомогательного газа слишком высокое, на поверхности материала возникнут вихревые токи, что ослабит способность удаления расплавленных материалов, что приведет к расширению режущего шва и шероховатой поверхности реза; Если давление воздуха слишком низкое, расплавленный материал не сможет быть полностью выдут, и шлак будет прилипать к нижней поверхности материала. Поэтому давление вспомогательного газа следует регулировать во время резки, чтобы получить наилучшее качество резки.

Решения по качеству лазерной резки для станка для резки волоконным лазером

1. Оптимальные настройки мощности: Регулировка параметров мощности лазера в соответствии с типом и толщиной материала имеет решающее значение для достижения чистых и точных разрезов. Тонкая настройка параметров мощности обеспечивает эффективную обработку материала без образования чрезмерных зон термического воздействия или грубых краев.
2. Регулировка фокуса: Правильная фокусировка лазерного луча имеет важное значение для поддержания качества резки. Регулярная калибровка и регулировка положения фокуса обеспечивает оптимальное качество луча и производительность резки.
3. Выбор газа и контроль давления: Выбор подходящего вспомогательного газа (например, кислорода, азота или воздуха) и контроль его давления эффективно удаляют расплавленный материал из реза и предотвращают окисление во время резки. Правильный выбор газа и регулировка давления способствуют улучшению качества кромки и уменьшению образования окалины.
4. Техническое обслуживание насадок и линз: Регулярная очистка и осмотр режущих сопел и фокусирующих линз необходимы для предотвращения накопления мусора и поддержания качества луча. Незамедлительно заменяйте изношенные или поврежденные компоненты, чтобы обеспечить постоянную производительность резки.
5. Усовершенствованная технология режущей головки: Обновление режущих головок до расширенной функции, такой как автоматическая регулировка фокусного расстояния, защита от столкновений и мониторинг в режиме реального времени, может повысить точность и производительность резки.
6. Динамическое управление лучом: Внедрение технологий динамического управления лучом, таких как формирование луча и колебание луча, позволяет более точно контролировать распределение интенсивности лазерного луча и повышает качество резки, особенно в сложных геометрических формах и крутых углах.
7. Обработка материалов и крепление: Правильные методы обработки и фиксации материала помогают свести к минимуму вибрацию и деформацию материала во время резки, что обеспечивает более плавные разрезы и повышенную точность размеров.
8. Оптимизированные параметры резки: Тонкая настройка параметров резки, таких как скорость резки, ускорение и выравнивание луча, на основе свойств материала и требований к резке может значительно повысить качество и эффективность резки.
9. Системы обеспечения качества: Внедрение систем обеспечения качества, таких как мониторинг в реальном времени, автоматическое обнаружение дефектов и механизмы обратной связи, обеспечивает стабильное и надежное качество резки на протяжении всего производственного процесса.

Внедряя эти решения, операторы могут оптимизировать производительность станки для резки волоконным лазером и достичь превосходного качества резки в широком спектре материалов и областей применения.