Как уменьшить заусенцы при резке листов волоконным лазером

Образование грата — одна из наиболее распространенных проблем качества при волоконной лазерной резке листового металла. Наличие грата увеличивает затраты на последующую обработку, замедляет производственный процесс и может негативно сказаться на качестве сварки, нанесении покрытий, сборке и внешнем виде готового изделия.

При правильном подборе параметров процесса (технологического окна) под конкретный материал станок для волоконной лазерной резки обеспечивает получение чистых кромок. Постоянное появление грата обычно указывает на проблемы со скоростью резки, положением фокуса, расходом вспомогательного газа, состоянием сопла, юстировкой луча, качеством материала или техническим обслуживанием оборудования.

Самое правильное решение — не менять все параметры одновременно. Операторам следует сначала оценить форму и расположение грата, а затем корректировать параметры поочередно, изменяя только одну величину за раз.

Что вызывает образование грата при лазерной резке листового металла?

В процессе волоконной лазерной резки листового металла лазер расплавляет материал или вступает с ним в реакцию, формируя узкий рез. Вспомогательный газ выдувает расплавленный металл через нижнюю часть реза.

Грат образуется, когда расплавленный материал не полностью удаляется до момента остывания. Остатки металла затвердевают вдоль нижней кромки листа.

К распространенным причинам относятся: слишком высокая или низкая скорость резки, неправильное положение фокуса, нестабильное давление газа, неподходящее или поврежденное сопло, плохая центровка луча, неверная высота сопла, загрязнение защитной линзы, неоднородность материала, а также некорректные параметры врезки или обработки углов.

Видимый грат — это лишь признак проблемы. Для ее эффективного устранения необходимо определить, на каком этапе процесса резки возникла нестабильность.

Оптимизация скорости резки и положения фокуса

Скорость резки существенно влияет на качество кромки. Чрезмерная скорость может привести к появлению непрорезанных участков или мелкого твердого грата, так как лазер не передает достаточно энергии на единицу длины реза.

Слишком низкая скорость также может вызвать образование грата. Избыточный нагрев увеличивает зону расплава, из-за чего жидкий металл может налипать на нижнюю кромку.

Начните с параметров, рекомендованных производителем станка для конкретного материала и его толщины. Корректируйте скорость небольшими шагами, не меняя при этом мощность, фокус, давление газа и конфигурацию сопла.

Оценивайте качество прямых кромок, малых контуров, углов и переходов при врезке по отдельности. Скорость, подходящая для длинного прямого участка, может потребовать корректировки при резке небольших отверстий или сложных профилей.

Положение фокуса определяет точку, в которой лазерный луч достигает максимальной плотности энергии относительно поверхности листа. Неправильное положение может изменить ширину реза, поведение фронта резки, глубину проплавления и процесс удаления расплава.

Оптимальное положение фокуса зависит от типа материала, толщины листа, вспомогательного газа, сопла, мощности лазера и стратегии резки. Настройки фокуса, подходящие для тонкой нержавеющей стали, не следует автоматически применять для более толстой углеродистой стали или алюминия.

Если ранее станок обеспечивал чистый рез, но внезапно появился грат, проверьте, не загрязнена ли и не повреждена ли защитная линза. Загрязнение оптики может ухудшить качество луча и сместить эффективную точку фокуса.

Проверка типа, давления и чистоты вспомогательного газа

Вспомогательный газ удаляет расплавленный материал из зоны реза. При недостаточном потоке жидкий металл может оставаться на нижней кромке и застывать, образуя грат.

Слишком низкое давление газа может не обеспечить достаточного усилия для выдувания расплава. Чрезмерное давление способно нарушить стабильность фронта реза, увеличить расход газа и снизить устойчивость процесса.

Выбор газа зависит от обрабатываемого материала и требований к качеству кромки. Кислород обычно используется при резке углеродистой стали, тогда как азот часто выбирают, когда требуется получить кромку без следов окисления на нержавеющей стали, алюминии и других подходящих материалах.

Чистота газа также влияет на стабильность результатов резки. Загрязнения или нестабильная подача могут изменить характер реакции в зоне реза и привести к неравномерному качеству кромок.

Давление следует проверять в динамическом режиме (во время резки), а не ориентироваться исключительно на статические показатели системы подачи. Регуляторы, клапаны, фильтры, шланги и сама система газоснабжения могут ограничивать фактический поток, поступающий к соплу.

Использование газовых смесей позволяет уменьшить образование грата при работе с определенными материалами и толщинами, однако резка с применением смесей требует наличия оборудования и газовой системы, специально рассчитанных на такой процесс. Результат зависит от марки материала, сплава, толщины, мощности лазера и установленных параметров резки.

Проверка сопла, центрирования и высоты резки

Сопло для резки регулирует подачу вспомогательного газа в зону реза. Геометрия, диаметр, округлость, чистота и соосность сопла напрямую влияют на поток газа.

Поврежденное сопло может создавать неравномерную газовую струю. В результате расплавленный материал может эффективно удаляться с одной стороны реза, но оставаться на противоположной.

Брызги металла внутри сопла могут ограничивать поток или изменять форму газовой струи. Даже незначительное повреждение сопла может привести к образованию грата при резке под высоким давлением.

Прежде чем менять технологические параметры, снимите и осмотрите сопло, проверьте отверстие на наличие деформаций и налипших брызг, убедитесь в соответствии спецификации, выполните тест на центрирование луча и проверьте калибровку высоты резки.

Центрирование луча следует проверять после столкновения сопла с препятствием, обслуживания режущей головки, замены оптики или при внезапном изменении качества реза.

Зазор между соплом и листом также влияет на эффективность использования газа. Если сопло находится слишком далеко, давление газа может упасть до того, как он достигнет зоны реза. Слишком близкое расположение сопла повышает риск столкновения и чувствительность к неровностям листа или наклону вырезанных деталей.

Проверьте калибровку высоты, состояние керамического элемента, подключения датчиков и плоскостность листа. Скопление шлака на опорных ламелях может приподнять лист и изменить фактическую высоту резки.

Подбор параметров в соответствии с материалом

Два листа одинаковой номинальной толщины могут вести себя по-разному из-за марки материала, состава сплава, покрытия поверхности, плоскостности и допусков по толщине.

Ржавчина, масло, окалина, защитная пленка и загрязнения поверхности могут снизить стабильность процесса резки. Резку с защитной пленкой следует выполнять только в том случае, если использование данной пленки и соответствующего процесса одобрено для конкретного станка и материала.

Качество углеродистой стали влияет на реакции при кислородной резке. Нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы могут по-разному реагировать на одни и те же параметры при резке азотом.

Если при использовании проверенного техпроцесса после загрузки новой партии материала внезапно появляется грат, сравните сертификаты на материал, фактическую толщину, состояние поверхности и плоскостность, прежде чем менять настройки станка.

Записи параметров должны содержать больше информации, чем просто данные о толщине. Фиксируйте марку материала, поставщика, состояние поверхности, тип газа, параметры сопла, фокус, скорость, мощность, а также любые специальные настройки для обработки углов или врезки.

Контроль процессов врезки, обработки углов и малых контуров

Заусенцы не всегда образуются равномерно по всей кромке. Точки врезки, острые углы, малые отверстия и близко расположенные контуры создают иные тепловые условия по сравнению с длинными прямыми резами.

Неправильно выполненная врезка может привести к скоплению излишков расплавленного металла у начала контура. Неудачное расположение линии подвода (врезки) может привести к попаданию остатков металла, образовавшихся при врезке, на чистовую кромку.

При обработке углов и элементов малого размера скорость движения режущей головки снижается. Без надлежащего регулирования мощности или рабочего цикла (скважности) такое замедление может вызвать перегрев и образование значительных наплывов.

Используйте специальные параметры для обработки углов и малых контуров, если система управления поддерживает такую функцию. Мощность, скорость, давление газа и параметры импульсного режима могут автоматически изменяться при переходе к обработке сложных геометрических элементов и выходе из нее.

По возможности располагайте линии подвода вдали от ответственных участков поверхности. Убедитесь, что длина и направление линии подвода обеспечивают стабилизацию процесса резки до момента выхода на чистовой контур.

Обслуживание и очистка оптической системы

Загрязнение защитной линзы снижает мощность лазерного излучения и может исказить распределение энергии. Снижение скорости станка или увеличение мощности не решают проблему загрязнения оптического тракта.

Регулярно осматривайте защитное стекло в соответствии с графиком технического обслуживания. Заменяйте загрязненные или поврежденные компоненты, соблюдая чистоту и обеспечивая надлежащие условия работы.

Режущая головка должна быть надежно защищена от попадания пыли. Также требуют регулярного осмотра сопла, керамические кольца, уплотнения, контуры охлаждения и каналы подачи газа.

Техническое обслуживание должно включать осмотр защитной линзы, очистку и замену сопла, проверку центрирования луча, калибровку датчика высоты, проверку герметичности газовой системы, контроль системы охлаждения, очистку опорных ламелей, осмотр системы перемещения и обслуживание системы вытяжки.

Если при обработке различных материалов постепенно начинает возникать проблема с образованием заусенцев, причина, скорее всего, кроется в ненадлежащем техническом обслуживании, а не в неправильных параметрах резки.

Используйте контролируемый подход к поиску и устранению неисправностей

Одновременное изменение нескольких настроек затрудняет выявление истинной причины проблемы. Контролируемое тестирование позволяет экономить материал и накапливать знания о технологическом процессе, которые можно использовать в дальнейшем.

Начните с проверки соответствия материала и его толщины заданным параметрам. Осмотрите сопло, защитную линзу, центрировку, систему контроля высоты и проверьте подачу газа.

Вырежьте простой тестовый контур, используя утвержденные базовые параметры. Зафиксируйте расположение, высоту, твердость и направление грата (заусенца).

Измените только один основной параметр, например скорость резки или положение фокуса. Повторите тест и сравните результат с предыдущим образцом.

После того как качество резки по прямой линии улучшится, проверьте качество обработки малых отверстий, углов, резких переходов и деталей, расположенных плотно друг к другу (при раскрое с общим резом). Выбранные параметры должны обеспечивать стабильный результат по всему контуру детали, а не только на тестовой линии.

Сохраните утвержденные настройки, указав точные данные о материале и расходных материалах. Фотографии качественных и некачественных кромок помогут операторам быстрее выявлять подобные проблемы в будущем.

Заключение

Для уменьшения образования грата при лазерной резке листового металла волоконным лазером необходим контроль всего технологического процесса, а не отдельных параметров.

Начните с анализа вида грата, затем проверьте скорость резки, положение фокуса, вспомогательный газ, состояние сопла, центрировку луча, высоту сопла, качество материала и чистоту оптики.

Вносите изменения поочередно и проверяйте геометрию всей детали, прежде чем утвердить параметры для серийного производства.

Стабильный процесс лазерной резки позволяет сократить трудозатраты на удаление грата, повысить однородность качества кромок, ускорить процессы сварки и нанесения покрытий, а также снизить общую стоимость готового изделия.