Cắt Laser

Cắt laser kim loại đã trở nên phổ biến rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhờ ‌độ chính xác‌, ‌hiệu quả‌, ‌linh hoạt‌ và `hiệu quả về chi phí‌. Một trong những lợi thế lớn là nó có thể giảm đáng kể chi phí gia công thông qua ‌loại bỏ nấm mốc‌, ‌giảm thiểu lãng phí vật liệu‌ và ‌tăng cường tính linh hoạt trong sản xuất‌, và dưới đây là danh sách ngắn các lợi ích:

 

 

Các tính năng của cắt Laser Vật liệu kim loại khác nhau

 

Nhôm

Độ dày: thường lên tới ‌20 mm‌ với tia laser sợi quang công suất cao- ( Lớn hơn hoặc bằng 6 kW), các tấm mỏng (1–6 mm) đạt chất lượng tốt nhất

Chiều rộng Kerf‌: ‌0,1–0,3 mm‌, bị ảnh hưởng bởi độ phản xạ của vật liệu và khí hỗ trợ (ưu tiên nitơ để tránh quá trình oxy hóa) ‌Dung sai‌: ±‌0,05–0,1 mm‌ đối với các tấm mỏng; vật liệu dày hơn (± 0,15 mm) do biến dạng nhiệt.

Chất lượng cắt‌, các cạnh mịn với lượng cặn tối thiểu khi sử dụng nitơ.

Nguy cơ ‌oxy hóa‌ khi được hỗ trợ oxy, cần phải xử lý sau{0}}.

Laser sợi quang có khá ít ưu điểm khiến chúng trở thành lựa chọn cắt kim loại ưa thích cho nhôm:

 

√Mật độ năng lượng-cao, tập trung năng lượng vào một điểm rất nhỏ, cho phép cắt hiệu quả ngay cả với các vật liệu phản chiếu như nhôm.

√Tốc độ cắt nhanh, công suất cao và chất lượng chùm tia tuyệt vời của laser sợi quang cho phép cắt nhanh, tăng năng suất.

√Vùng bị ảnh hưởng nhiệt-tối thiểu (HAZ), nó có thể tạo ra ít nhiệt hơn các loại laser khác, mang lại vết cắt sạch hơn và ít biến dạng nhiệt hơn.

√Tính linh hoạt, nó có thể cắt nhiều loại độ dày và hợp kim nhôm.

 

Những cân nhắc khi cắt Laser nhôm

 

Có một số yếu tố rất quan trọng liên quan đến việc cắt laser âm thanh trên vật liệu nhôm và người vận hành phải luôn xem xét các khía cạnh sau:

 

√Tùy chọn khí hỗ trợ, nitơ thường được ưu tiên để cắt nhôm vì nó tạo ra các vết cắt không chứa oxit, trong khi đó oxy thường được sử dụng cho các vật liệu dày hơn nhưng có thể tạo ra các cạnh bị oxy hóa. Nhược điểm của nitơ là chi phí.

√Điểm lấy nét, bạn nên thử vị trí lấy nét so với bề mặt vật liệu trước khi bắt đầu cắt hàng loạt và người vận hành có kinh nghiệm luôn thử điều chỉnh tiêu điểm dương hoặc âm đôi khi có thể cải thiện chất lượng cắt.

√Tốc độ cắt, việc tìm ra sự cân bằng phù hợp giữa tốc độ cắt và công suất là rất quan trọng vì tốc độ thấp có thể tạo ra quá nhiều nhiệt đầu vào, trong khi tốc độ cao có thể không đạt được độ xuyên thấu hoàn toàn.

√Sạch sẽ, người vận hành phải luôn đảm bảo rằng các tấm nhôm sạch sẽ và không có dầu hoặc chất gây ô nhiễm có thể ảnh hưởng đến chất lượng cắt.

√Quản lý nhiệt, khoảng thời gian làm mát-định kỳ để ngăn chặn sự tích tụ nhiệt có thể gây biến dạng vật liệu.

√Chất lượng cạnh, người vận hành phải điều chỉnh các thông số nếu nhận thấy các vấn đề như hình thành cặn hoặc tan chảy quá mức.

 

Các vấn đề về chất lượng cắt nhôm bằng laser

 

 

Có một số vấn đề đau đầu xung quanh việc cắt laser vật liệu nhôm làm khô ống, tấm hoặc tấm và nếu bạn có thể hiểu được những trở ngại này, nó có thể giúp bạn đạt được kết quả tối ưu đồng thời giảm thiểu chi phí cắt kim loại.

 

√Độ phản xạ, nó gần như là thách thức chính trong việc cắt nhôm bằng laser vì nó cũng có thể gây ra phản xạ ngược làm hỏng máy. Nhôm phản xạ một cách tự nhiên một phần đáng kể của chùm tia laser, điều này có thể làm giảm hiệu quả cắt và có khả năng làm hỏng hệ thống laser nếu không được quản lý đúng cách. Độ phản xạ này đòi hỏi phải sử dụng các loại laser và mức công suất cụ thể để đảm bảo cắt hiệu quả và vì vấn đề này, laser sợi quang là một lựa chọn rất phổ biến.

√Độ dẫn nhiệt, độ dẫn nhiệt tốt khiến cho việc cắt laser trở nên khá khó khăn vì vật liệu tản nhiệt nhanh chóng, điều này có thể gây khó khăn cho việc đạt được độ nóng chảy cục bộ cần thiết để cắt chính xác. Do đó, khả năng dẫn nhiệt tốt có thể dẫn đến chiều rộng rãnh cắt rộng hơn và các vùng có thể bị ảnh hưởng nhiệt-xung quanh các cạnh cắt.

√Lớp oxit, lớp oxit mỏng hình thành trên bề mặt nhôm thường cản trở quá trình-cắt bằng laze và có điểm nóng chảy cao hơn chính nhôm, có khả năng gây ra sự không nhất quán về chất lượng cắt hoặc cần thêm năng lượng để xuyên qua.

√Cấu trúc phân tử, cấu trúc phân tử dễ uốn của nó đôi khi có thể dẫn đến chất lượng cạnh kém mong muốn hơn và thường cạnh có các vệt hoặc có hiệu ứng nóng chảy nhẹ dọc theo các cạnh cắt, nên việc xử lý hậu kỳ là cần thiết đối với một số dự án đòi hỏi khắt khe.

 

thép không gỉ

 

 

√ Cài đặt công suất, tùy thuộc vào độ dày và loại vật liệu thép không gỉ, đồng thời điều quan trọng là lỗ cắt laze phải đồng trục với tâm của vòi phun. Tùy chọn nguồn phổ biến được chỉ định như sau:

‌1. Tấm mỏng (1-3mm), công suất 1000-2000W có bảo vệ nitơ để chống biến dạng nhiệt

2‌. Nên sử dụng tấm trung bình (10-25mm), công suất 4000-6000W và sử dụng oxy để giảm khuyết tật xỉ

‌3. Extra thick plate (>50mm): Cần công suất 12000W+ kết hợp với công nghệ đục lỗ nhiều lỗ, đồng thời kiểm soát độ ổn định áp suất khí để giảm tình trạng côn.

 

√ Kích thước vòi phun quyết định hình dạng của dòng khí đi vào vết mổ, diện tích khuếch tán khí và tốc độ dòng khí, từ đó ảnh hưởng đến độ ổn định của quá trình loại bỏ và cắt tan chảy. Luồng không khí đi vào vết mổ lớn, tốc độ nhanh và vị trí của phôi trong luồng không khí thích hợp thì khả năng phun để loại bỏ vật liệu nóng chảy càng mạnh. Thép không gỉ càng dày thì nên sử dụng vòi phun càng lớn, cài đặt van tỷ lệ càng lớn và tốc độ dòng chảy càng lớn thì có thể đảm bảo áp suất và có thể cắt giảm hiệu ứng tiết diện thông thường. Đường kính vòi phun được khuyến nghị để cắt các độ dày thép không gỉ khác nhau như sau:

1. 1mm, φ1,0mm

2. 2-3mm, φ1,5mm

3. 3-5mm, φ2,0mm

4. 5-10mm,φ 3,0 mm +

 

√ Loại khí hỗ trợ, oxy, nitơ và không khí thường được sử dụng để cắt laser thép không gỉ và mỗi loại có tác động khác nhau đến chất lượng cắt. Oxy sẽ trải qua phản ứng tỏa nhiệt, bổ sung thêm nhiệt cho bề mặt cắt, giúp lưỡi cắt mịn hơn, tuy nhiên, nó tạo ra lưỡi cắt có màu vàng. Nitơ có thể giữ cho màu sắc ban đầu của thép không gỉ không bị oxy hóa và việc cắt bằng nitơ dẫn đến chiều rộng rãnh cắt hẹp do thiếu phản ứng oxy hóa tỏa nhiệt nên cần áp suất nitơ cao hơn để đẩy kim loại nóng chảy ra khỏi rãnh dưới. Vì vậy, nitơ là khí trợ lý được ưa chuộng để cắt thép không gỉ. Khí hỗ trợ được dẫn đồng trục lên phôi cùng với chùm tia laze và mục đích chính của nó là đẩy vật liệu nóng chảy ra khỏi vết cắt và ngăn ngừa sự hình thành cặn.

 

√ Vị trí tiêu điểm, độ dày tấm khác nhau và các loại thép không gỉ yêu cầu vị trí tiêu điểm khác nhau. Trước khi cắt, tiêu điểm 0 thực tế được đo và việc kiểm tra và phân tích các thông số quá trình cắt có thể được thực hiện với tiêu điểm 0 làm điểm chuẩn. Độ lệch tiêu cực là hướng lựa chọn quy trình chính để cắt thép không gỉ. Khi cắt các tấm dày, nên đặt tiêu điểm bên trong tấm (thường bằng 1/3 đến 1/4 độ dày tấm) để tối ưu hóa việc phân bổ năng lượng.

 

√ Cài đặt tần số, cắt tần số-cao (400-500Hz) có thể giảm cặn xỉ và cải thiện chất lượng cắt cho tấm mỏng và cho phôi gia công có yêu cầu độ chính xác cao. Khi cắt các tấm có độ dày vừa phải (6-10mm), việc giảm tần số xuống 200-300Hz có thể cải thiện chất lượng cắt, nếu cài đặt về 100Hz sẽ gây ra lỗi cắt.

 

√ Chu kỳ nhiệm vụ, chu kỳ nhiệm vụ 53% là giá trị tới hạn. Nếu bạn tiếp tục giảm chu kỳ hoạt động, sẽ có dấu vết cắt không hoàn toàn ở bề mặt dưới, chu kỳ hoạt động sẽ tăng lên 60% và mặt cắt sẽ trở nên nhám và nhiều lớp. Chu kỳ hoạt động của xung đề cập đến tỷ lệ thời gian chiếu xạ của chùm tia trong mỗi xung.

 

Thép cacbon

 

 

Thép carbon cắt laser thường yêu cầu phạm vi công suất cụ thể, độ dày thép cũng như đường kính vòi phun và dưới đây là cài đặt thông số cố định phổ biến được nhiều nhà sản xuất lựa chọn:

 

√Độ dày thép: 1,0-3,0 mm 1-2 Kw với vòi phun 1,0-1,5mm

√Độ dày thép: 3.0-6.0mm 2-4 Kw có đầu phun 1.5-2.0mm

√Độ dày thép 6,0-10,0 mm,4-6 Kw với vòi phun 2,0-2,5mm

√Độ dày thép ở trên yêu cầu công suất 6K+Kw và kích thước vòi phun thường lớn hơn 2,5mm.

 

Những cân nhắc về thép cacbon cắt laser

 

Tấm thép carbon 8mm

Khi thảo luận về cách xác định các thông số quy trình tốt nhất để cắt laser, chúng ta thường cần xem xét một số yếu tố chính bao gồm công suất laser, tốc độ cắt, loại khí, kích thước đầu phun và áp suất. Bằng cách điều chỉnh chính xác các thông số này, hiệu quả cắt laser của tấm thép carbon có thể được tối ưu hóa, đồng thời có thể cải thiện hiệu quả sản xuất và chất lượng cắt. Ngoài ra, các kiểu cắt khác nhau sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn và điều chỉnh các thông số quá trình cắt, từ đó ảnh hưởng đến tốc độ và chất lượng cắt. Người vận hành cần hiểu rằng các thử nghiệm và tối ưu hóa các thông số cần phải được giải quyết trước khi cắt hàng loạt. Đồng thời, thông qua những nỗ lực và tối ưu hóa liên tục, chúng ta có thể dần dần tích lũy kinh nghiệm và cải thiện độ chính xác cũng như hiệu quả của việc cắt. Sau một loạt thử nghiệm, chúng tôi có thể thu được các thông số quy trình tối ưu cho máy cắt laser sợi quang công suất trung bình-để cắt thép cacbon dày 8 mm. Tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu về việc lựa chọn và điều chỉnh để cắt laser thép cacbon 8mm & 3mm.

 

√Loại laser: laser sợi quang

√Tốc độ cắt: 13mm/s

√Công suất: 5Kw

√Vị trí tiêu điểm:+3.2mm

√Kích thước vòi phun: 2,3mm

√Khí hỗ trợ: oxy

√Áp suất khí ở mức 0,04MPa.

√Tần số thủng: 80HZ.

 

Tấm thép carbon 3 mm

√Loại laser: laser sợi quang

√Tốc độ cắt: 70 mm/giây

√Công suất: 3Kw

√Vị trí tiêu điểm:+2mm

√Kích thước vòi phun: 2,3mm

√Khí hỗ trợ: oxy

√Áp suất khí ở mức 0,35MPa.

√Tần số thủng: 300HZ.

 

Trong các ứng dụng công nghiệp, chiều rộng kerf của laser CO2 thường khoảng 0,2 đến 0,3 mm, đặc biệt thích hợp để cắt các tấm vừa và dày, đồng thời cũng phụ thuộc vào loại cắt laser và độ dày vật liệu thép. Hỗ trợ oxy mở rộng chiều rộng rãnh cắt nhưng tăng cường tốc độ và quá trình cắt bằng laser nitơ sẽ có các cạnh sạch,-không có xỉ trong khi hỗ trợ oxy tạo ra các gờ cần mài thứ cấp.

Đồng‌ & đồng thau

 

 

Độ phản xạ, độ dẫn điện và tính linh hoạt cao của đồng và đồng thau đã đặt ra những thách thức đặc biệt cho việc cắt laser và hai yếu tố chính là độ phản xạ và độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến hiệu quả và độ chính xác của việc cắt laser. Laser sợi quang được sử dụng rộng rãi để khắc phục những thách thức này và người vận hành cần xem xét các thông số sau khi thực hiện cắt laser trên các kim loại phản chiếu như thép không gỉ, đồng nhôm và đồng thau:

 

√Bước sóng, bước sóng 1 μm, có thể được hấp thụ-tốt bởi các kim loại phản chiếu như đồng, nhôm và thép không gỉ, thường được khuyên dùng cho laser sợi quang.

√Công suất và xung, việc điều chỉnh công suất laser và thời lượng xung là rất hợp lý để tối ưu hóa quy trình cắt nhằm ngăn ngừa sự tích tụ và phản xạ nhiệt quá mức. Đối với các tấm đồng mỏng, kỹ thuật xuyên xung có thể có hiệu quả và nó liên quan đến việc tăng dần công suất laser qua một loạt xung ngắn cho đến khi vật liệu bị xuyên thủng, tránh vết cắt không hoàn toàn và hình thành cặn.

√Khí hỗ trợ, nitơ và oxy là những chất phổ biến trong cắt laser kim loại phản chiếu và chúng có thể giúp thổi bay vật liệu nóng chảy và ngăn ngừa phản xạ.

√Quang học lấy nét, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng quang học lấy nét rõ ràng và được căn chỉnh chính xác để giảm thiểu phản xạ và tối ưu hóa hiệu quả cắt.

√Hệ thống phân phối chùm tia,{0}}chất lượng cao có lớp phủ phản chiếu có thể giúp giảm thiểu sự phản xạ.

√Việc hiệu chỉnh các thông số cắt như tốc độ, công suất và tiêu cự để đạt được chất lượng cắt mong muốn mà không gây phản xạ hoặc tích tụ nhiệt quá mức và nên cắt thử trên quy mô nhỏ trước khi bắt đầu sản xuất hàng loạt.