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.

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

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.	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.	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.	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.	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
	Velocidade muito rápida	Reduza a velocidade
	O foco está muito baixo	Aumentar o poder
	A potência está muito baixa
	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
	O foco está muito baixo	Aumente o foco em 0,1-0,2 mm de cada vez.
	Baixa pressão de nitrogênio	Aumentar a pressão de nitrogênio
	O foco está muito alto	Abaixe o foco, diminuindo cada vez em 0,1-0,2 mm.
	Velocidade de corte muito rápida	A velocidade de corte é reduzida em 50-200 mm/min a cada vez.
	O foco está muito baixo	O foco é aumentado em 0,1-0,2 mm a cada vez.
	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
	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.
	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.
	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
	Baixo consumo de energia	Aumentar o poder
	Alta velocidade	Reduza a velocidade
	A baixa pressão	Aumente a pressão
	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.
	Muito calor local	Alterar a ordem de corte
	Questão material	Mude o material
	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
	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.