Defeitos de corte a laser: dicas de controle de qualidade

Defeitos de corte a laser: dicas de controle de qualidade

O processo de corte a laser envolve a absorção de energia luminosa e sua conversão em energia térmica, o que faz com que o material derreta e vaporize.

O feixe de laser de alta densidade de energia é emitido pelo gerador de laser. O feixe é então focado através da lente de foco, resultando em uma fonte de energia altamente concentrada. O feixe focalizado passa pelo centro do bocal, que ejeta um gás de corte auxiliar ao longo do mesmo eixo do caminho da luz. A combinação do feixe de laser e do gás de corte aquece, oxida e evapora rapidamente o material de corte para obter o efeito de corte desejado.

O princípio básico por trás do corte a laser é a interação entre o laser e a matéria. Essa interação abrange processos quânticos microscópicos complexos e fenômenos macroscópicos, como absorção, reflexão, refração, conversão de energia e transmissão do material ao laser, bem como o estado do material e a composição do gás ambiente.

Esses fenômenos macroscópicos, juntamente com outros fatores, como o efeito tecidual de um feixe de luz na superfície de um material, tornam os fatores que afetam a qualidade do corte a laser muito complexos.

Além do material a ser processado, outros fatores que influenciam a qualidade do corte a laser incluem as características do feixe de luz, potência do laser, velocidade de corte, tipo (abertura) e altura do bico, posição do foco e tipo e pressão do gás auxiliar.

Desenho do princípio de funcionamento do corte a laser

Fig.10 A influência de diferentes posições de foco na qualidade de corte

Na produção real, ao cortar chapas de aço inoxidável com um cortador a laser, a posição do foco é selecionada na superfície do material ou dentro dela. Isto é feito para aumentar a fluidez do gás de corte e do material fundido e melhorar a qualidade do corte, aumentando a área de superfície lisa. A posição do foco irá variar dependendo da espessura da placa de aço e deve ser determinada através de experimentação.

A escolha do gás auxiliar (tipo e pressão) também desempenha um papel importante na determinação da qualidade do corte. O tipo de gás, a pressão do ar, o diâmetro do bico e a estrutura geométrica podem afetar a rugosidade da borda e a formação de rebarbas. O consumo de gás é determinado pelo diâmetro do bico e pela pressão do ar, sendo a baixa pressão inferior a 0,5 MPa e a alta pressão superior a 2 MPa. A ejeção coaxial do gás auxiliar e do feixe de laser ajuda a proteger a lente de foco contra contaminação e remove qualquer escória da área de corte. Os gases comumente usados ​​para corte a laser incluem oxigênio, nitrogênio e ar, com diferentes materiais de corte exigindo diferentes gases auxiliares.

O uso de oxigênio como gás auxiliar é principalmente para corte de aço carbono, aço inoxidável e materiais altamente refletivos por meio de rosqueamento e corte em alta velocidade, bem como para corte por oxidação. A máquina de corte a laser utiliza o calor gerado pela reação de oxidação para um corte eficiente, porém também resulta na formação de uma película de óxido na superfície de corte.

O nitrogênio é utilizado principalmente no corte de chapas de aço inoxidável sem oxidação e chapas galvanizadas sem escória.

O ar é usado principalmente para cortar alumínio e aço galvanizado sem escória e para cortar não metais comuns.

A pressão do gás auxiliar depende do tipo de gás utilizado, do material de corte, da espessura da chapa e da forma de saída do laser (onda contínua/pulsada). A pressão do gás auxiliar afeta a fixação da escória, a qualidade da superfície de corte e o tamanho da área afetada pelo calor.

A condição da pressão do ar na saída do bico durante o processamento é mostrada na tabela a seguir:

Tabela 2 A relação entre o processo de corte e a pressão do gás auxiliar

Tocando Corte de chapa metálica O2 Corte de O2 em placa de carbono espessa Corte de aço inoxidável N2 Corte de ar de alumínio Corte de superfície de rede de resina acrílica
（MPa） (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa)
0,02-0,05 0,1-0,3 0,05-0,1 0,6-1,5 0,6-1,0 <0,01

Sob a premissa de determinar o tipo de gás auxiliar, o tamanho da pressão do gás é um fator extremamente importante.

Se a pressão do gás auxiliar for muito alta, um vórtice se formará na superfície da peça de trabalho, o que enfraquecerá a capacidade do fluxo de ar de remover o material fundido, fazendo com que a superfície de corte se torne mais áspera e a fenda se alargue.

Se a pressão do gás auxiliar for muito baixa, o material derretido da incisão não será expelido, levando à formação de escória no verso do material cortado.

Portanto, existe um valor ideal para a pressão do gás auxiliar. É necessária alta pressão de gás ao cortar materiais finos em alta velocidade para evitar a formação de escória na parte traseira da incisão. Por outro lado, quando a espessura do material aumenta ou a velocidade de corte diminui, a pressão do gás deve ser reduzida de forma adequada.

Por exemplo, ao cortar placas de aço inoxidável a laser, o uso de gás auxiliar ajuda a resfriar as áreas circundantes da costura de corte, reduzindo a zona afetada pelo calor e evitando danos às lentes causados ​​pelo calor.

Além disso, o uso de nitrogênio como gás auxiliar aumenta a fluidez do metal fundido.

Veja também:

  • A aplicação do ar como gás auxiliar no corte a laser

Na usinagem real, os defeitos de usinagem podem ser causados ​​por parâmetros de processo inadequados.

Com décadas de experiência no processo de corte a laser, é importante resumir as contramedidas para defeitos de corte para orientar a produção real. Consulte o apêndice para obter mais informações.

Veja também:

  • 9 fatores que afetam a qualidade do corte a laser

Apêndice 1 – Defeitos de corte a laser em diferentes materiais e solução de problemas

Aço carbono: corte com O2

Defeitos Razões possíveis Solução
A linha de tração na parte inferior tem um grande deslocamento. A rebarba no fundo é semelhante à escória
 Velocidade de alimentação muito rápida Baixa potência do laser Baixa potência do laser Alta posição de foco Reduza a velocidade de alimentação Aumente a potência do laser Aumente a pressão Reduza a posição focal
A rebarba no fundo é semelhante à escória, que tem formato de gotejamento e é fácil de remover.
 Velocidade de alimentação muito rápida Reduza a velocidade de alimentação.
Pressão de ar baixa Aumente a pressão
Posição de foco alto. Abaixe a posição focal
A rebarba metálica pode ser removida como um bloco.
 Posição focal muito alta Abaixe a posição focal
As rebarbas metálicas na parte inferior são difíceis de remover.
Velocidade de alimentação muito rápida Reduza a velocidade de alimentação.
Pressão de ar baixa Aumente a pressão
O gás não é puro Use gás mais puro
Posição focal muito alta Abaixe a posição focal
Há apenas uma rebarba de um lado.
O bico não está centralizado; Centralize o bico;
O bico tem defeitos. Substitua o bico.
O material é expelido por cima.
O material é expelido de cima 		A potência está muito baixa; Pare de cortar imediatamente para evitar que os cortes respinguem na lente de foco. Em seguida, aumente a potência e reduza a taxa de alimentação.
Velocidade de alimentação muito rápida.
Dois lados são bons e dois lados são ruins para cortes em declives.
O refletor polarizado não é adequado e a instalação está incorreta. Ou o refletor polarizado defeituoso está instalado na posição da lente de deflexão. Verifique o refletor polarizado
Verifique a lente de deflexão
Plasma azul, não cortado na peça de trabalho.
 Pare de cortar imediatamente para evitar respingos de escória na lente de foco.
Erro de gás de processamento （N2） Use O2 como gás de processamento.
Velocidade de alimentação muito rápida Reduzir a taxa de alimentação
A potência está muito baixa; Aumentar o poder
A superfície de corte não é precisa.
A pressão do ar está muito alta Reduza a pressão
O bico está danificado Substitua o bico
O diâmetro do bico é muito grande Instale o bico apropriado
O material não é bom Use um material liso e homogêneo.
Sem rebarbas, a linha de tração é inclinada. O
a incisão fica mais estreita na parte inferior.
A taxa de alimentação é muito alta. Reduza a taxa de alimentação.
Produzir cratera
A pressão do ar está muito alta Reduza a pressão
A taxa de alimentação é muito baixa. Aumente a taxa de alimentação.
O foco está muito alto Reduza o foco
A superfície da placa está enferrujada. Use materiais de melhor qualidade.
A peça de trabalho está superaquecendo.
O material não é puro
Superfícies de corte muito ásperas.
O foco está muito alto Reduza o foco
A pressão do ar está muito alta Reduza a pressão
A taxa de alimentação é muito baixa. Aumente a taxa de alimentação.
O material está muito quente Material de resfriamento

Aço inoxidável: corte com alta pressão N2

Defeitos Razões possíveis Soluções
Produza uma pequena rebarba regular semelhante a um gotejamento.
 O foco está muito baixo Aumente o foco
A taxa de alimentação é muito alta. Reduza a taxa de alimentação.
Ambos os lados produzem longas rebarbas filamentosas irregulares, a descoloração da superfície de placas grandes.
A taxa de alimentação é muito baixa. Aumente a taxa de alimentação.
O foco está muito alto Reduza o foco
A pressão do ar está muito baixa Aumente a pressão
O material está muito quente Material de resfriamento
Rebarba longa e irregular na aresta de corte.
Não centralizar o bico Centralize o bico
O foco está muito alto Reduza o foco
A pressão do ar está muito baixa Aumente a pressão
A velocidade é muito baixa Aumente a velocidade
As arestas de corte são amarelas. O nitrogênio contém impurezas de oxigênio. Use um bom nitrogênio.
O plasma é produzido em seção transversal reta.
O plasma é produzido em uma seção transversal reta 		A taxa de alimentação é muito alta. Pare de cortar imediatamente para evitar que os cortes respinguem na lente de foco.
A potência está muito baixa Reduza a taxa de alimentação.
O foco está muito baixo Aumentar o poder
Aumente o foco
O feixe se espalhou A taxa de alimentação é muito alta. Reduza a taxa de alimentação.
A potência está muito baixa Aumentar o poder
O foco está muito baixo Aumente o foco
O plasma é gerado na esquina. A tolerância do ângulo é muito alta. Reduza a tolerância do ângulo.
A modulação está muito alta Reduza a modulação ou aceleração.
A aceleração é muito alta
O feixe diverge no início. A aceleração é muito alta Aceleração reduzida
O foco está muito baixo Aumente o foco
O material derretido não foi descarregado. Faça um buraco redondo
A incisão é áspera O bico está danificado. Substitua o bico
A lente está suja Limpe a lente e substitua-a se necessário.
O material é expulso do acima.
O material é expelido de cima 		A potência está muito baixa Pare de cortar imediatamente para evitar que os cortes respinguem na lente de foco.
A taxa de alimentação é muito alta. Aumentar o poder
A pressão do ar está muito alta Reduza a taxa de alimentação.
Reduza a pressão

Liga: Corte com alta pressão N2

Defeitos Razao possivel Solução
Ambos os lados produzem longas rebarbas filamentosas irregulares que são difíceis de remover.
 O foco está muito alto Reduza o foco
A pressão do ar está muito baixa Aumente a pressão
A taxa de alimentação é muito baixa. Aumente a taxa de alimentação.
Ambos os lados produzem rebarbas longas e irregulares que podem ser removidas manualmente.
 A taxa de alimentação é muito baixa. Aumente a taxa de alimentação.
A incisão é áspera O diâmetro do bico é muito grande. Instale o bico apropriado.
O bico está danificado. Substitua o bico
A pressão do ar está muito alta Reduza a pressão
As pequenas rebarbas regulares são difíceis de remover.
O foco está muito baixo Aumente o foco
A taxa de alimentação é muito alta. Reduza a taxa de alimentação.
O plasma é produzido em seção transversal reta. A taxa de alimentação é muito alta. Reduza a taxa de alimentação.
O foco está muito baixo Aumente o foco
O feixe se espalhou A taxa de alimentação é muito alta. Reduza a taxa de alimentação.
O plasma é gerado na esquina. A tolerância do ângulo é muito alta. Reduza a tolerância do ângulo.
A modulação está muito alta Reduza a modulação ou aceleração.
A aceleração é muito alta
O feixe diverge no início. A velocidade de aproximação é muito alta Velocidade de aproximação reduzida
O foco está muito baixo Aumente o foco
A incisão é áspera O bico está danificado. Substitua o bico
O material é expulso do acima.
O material é expelido de cima 		A potência está muito baixa Pare de cortar imediatamente para evitar que os cortes respinguem na lente de foco.
A taxa de alimentação é muito alta. Aumentar o poder
Reduza a taxa de alimentação.

Anexo 2 Fotografia física com defeito de corte

1. Defeitos de corte de aço inoxidável

Defeitos Razao possivel Solução
Defeitos de corte em aço inoxidável Velocidade muito rápida Reduza a velocidade
O foco está muito baixo Aumentar o poder
A potência está muito baixa
Defeitos de corte em aço inoxidável Centro não está certo Centro de inspeção
O orifício no bico não é liso e redondo. Verifique o status do bico
O caminho da luz não é reto Verifique o caminho da luz
Defeitos de corte em aço inoxidável O foco está muito baixo Aumente o foco em 0,1-0,2 mm de cada vez.
Defeitos de corte em aço inoxidável Baixa pressão de nitrogênio Aumentar a pressão de nitrogênio
Defeitos de corte em aço inoxidável O foco está muito alto Abaixe o foco, diminuindo cada vez em 0,1-0,2 mm.
Defeitos de corte em aço inoxidável Velocidade de corte muito rápida A velocidade de corte é reduzida em 50-200 mm/min a cada vez.
Defeitos de corte em aço inoxidável O foco está muito baixo O foco é aumentado em 0,1-0,2 mm a cada vez.
Defeitos de corte em aço inoxidável O nitrogênio não é puro Verifique a pureza do nitrogênio.
Há oxigênio ou ar no tubo de ar. Aumente o atraso para limpar o tubo de ar.
Verifique o caminho do gás (sem vazamento)

2. Defeitos de corte de aço carbono

Defeitos Razao possivel Solução
Defeitos de corte em aço carbono O centro da lente não está certo. Verifique o centro da lente
O orifício do bico está bloqueado ou não é redondo. Verifique o estado do bico
O caminho da luz não é reto Verifique o caminho da luz e acerte o alvo novamente.
Defeitos de corte em aço carbono O comprimento da linha de introdução ou introdução está incorreto. Corrija o método de introdução e a duração da introdução.
Linear errado Verifique o tipo de linha
O tempo de perfuração é muito longo. O tempo de perfuração é inferior a 2 segundos.
Há muito calor no corte. Reduza o ciclo de trabalho em 2-3% de cada vez.
Defeitos de corte em aço carbono A pressão está muito alta Reduza a pressão, 0,1 bar de cada vez.
O foco está muito alto Reduza a potência
A potência está muito alta Verifique o foco da lente.
O material não é bom
Defeitos de corte em aço carbono Baixo consumo de energia Aumentar o poder
Alta velocidade Reduza a velocidade
A baixa pressão Aumente a pressão
Defeitos de corte em aço carbono A velocidade é muito alta Reduza a velocidade
Baixo consumo de energia Aumente o ciclo de trabalho em 5 a 10% de cada vez.
A pressão está muito baixa Adicione energia, 100 W de cada vez.
Aumente gradualmente a pressão, 0,1-0,2 bar de cada vez.
Defeitos de corte em aço carbono Muito calor local Alterar a ordem de corte
Questão material Mude o material
Defeitos de corte em aço carbono A pressão está muito alta Reduza a pressão em 0,1-0,2 bar de cada vez.
A velocidade é muito alta Reduza a velocidade
Defeitos de corte em aço carbono O foco está muito baixo Aumente o foco, 0,1-0,2 mm por passo.
A pressão está muito baixa Aumente a pressão, 0,1-0,2 bar por etapa.

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