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更好的材料表面,更好的激光切割质量

发布时间:2019/12/01 11:04

更好的材料表面,更好的激光切割质量

激光切割热轧钢的研究量化了材料表面质量的重要性

发布于:2019年12月1日

发表人:江苏科茂自动化有限公司

关于:数控切割机,激光切割机


激光切割
本文基于 不同的钢表面如何影响激光切割速度和质量:量化的案例研究

当我们谈论精密钣金加工时,冷轧钢通常会加入讨论,这是有充分理由的。冷轧钢板实质上是经过进一步处理的热轧钢板,通常涉及辊之间的压缩。热轧钢板来自加热的板坯,该板坯经压扁并通过辊子达到最终尺寸,然后在加工后冷却。通过防止扩散将微结构锁定在适当的位置,但与冷轧对应结构相比,最终结构的受控度也较低。将热轧钢保持在极高温度下的过程也会产生鳞片状的表面。


热轧钢造就了这个国家。建筑物是由它制成的,制造这些建筑物的许多重型设备以及承载原材料的火车也是如此。这些应用中越来越多地要求更高的精度,这就是为什么越来越多的热轧板最终在大功率激光切割光束的作用下出现在切割床上的原因。激光切割热轧钢的一个障碍是材料的表面质量。这些挑战是钢仓库最近进行的一项测试的推动力,该研究旨在测试热轧钢表面对激光切割的影响。

研究表明,在热轧材料的整个厚度范围内,表面质量对切削性能的影响最大。正确放置材料表面,并轻松输入其余的激光切割参数。

结果

总体而言,较轻的备件提供了更大的激光调整灵活性,而较厚的备件则提供了较小的工艺参数窗口,以实现良好的切削刃。窗口越小,调入激光切割参数以获得最佳切割的难度就越大。

任何将机器推至材料厚度极限的操作员都非常了解这一点,并且直观地讲得通。机器变量很多:气体流量,激光功率,焦点,切口宽度设置以及门控或脉冲频率。(较重的材料往往对较低的门控频率有很好的响应,在相同的激光功率水平下,这会使更多的热量进入切缝。)

但是这些变量只能推到现在为止。在某些时候,唯一可以显着改善的变量是材料质量。该研究基本上量化了这种经验,但是它也表明,在任何厚度下,材料表面质量都会对切割质量产生巨大影响。

什么定义了用于激光切割的“优质”材料?当然,它必须是平坦的,但也必须是光滑的-并且研究量化了这个假设。为了进行比较,切割参数保持在机器的出厂设置下。切割速度是两次运行之间唯一更改的参数。

该研究测试了三种热轧材料。它首先直接切割轧制的热轧材料,氧化皮和所有—通常称为热轧钢。该研究还测试了热轧酸洗涂油材料以及喷砂材料,包括热轧喷砂板和喷砂板。


与黑色和喷砂处理相比,在薄和厚材料中均显示出更高的平均切割速度。
 

使用超过1,500个生产运行切割了0.1至25毫米之间的不同等级和厚度。喷砂材料的切割速度窗口最窄,而热轧酸洗涂油板的切割速度窗口最宽。数据还显示,使用热轧酸洗涂油板可以实现更高的切割速度。

切割的侧面质量

当您考虑激光切割的基本原理时,该研究的结果很有意义。经过酸洗和上油后的板具有光滑,清洁的表面,使激光能够产生更加一致的切割。

基本切削参数(包括辅助气体压力)和光束的焦点位置(切削的最热点)之间的相互作用会产生良好的优势。焦点的位置,即恰好在其上方,在表面或在材料内部,决定了焦点的深度。聚焦深度越一致,切削参数产生一致结果的机会就越大。

这就是热轧钢激光切割的挑战。在微观层面上,喷砂板的鳞片状表面具有凹坑和凹坑,这些凹坑和凹坑改变了激光的聚焦深度。这会不断改变切割中的热量水平,这可能会影响其他切割参数。

当激光去除鳞片护套的一部分时,薄片会掉入熔池中,从而在切割区域引起爆裂和条纹。如果您看到平滑的零件边缘,然后突然在很短的距离内突然裂开深深的条纹,然后立即再次变得平滑,则可能是鳞片进入切口并引起井喷。这些薄片被辅助气体携带,成为切碎板边缘的“切割工具”。

重型外套不一定是坏件,特别是在厚板上,只要外套是一致的(这就是为什么某些材料供应商会通过抛光表面来准备热轧板的原因)。防垢套有助于沿材料表面散发光束的热量。问题在于,重型外套通常不会完全粘附在材料表面的所有位置。它们可能是松散的和片状的,不允许光束产生的热量均匀分布并均匀散逸。这使得切割过程更加难以控制。

这种松散的鳞片状外套还可能产生某些东西,这可能是切割热轧材料的最大障碍:在刻度尺外套和材料表面之间的气隙。现在几乎就像激光束必须切割两个表面一样:刻度尺护套的顶部和基础材料。在光束撞击刻度尺并穿过该气隙到达基板表面后,其温度(能量)下降。

鳞片剥落使问题变得更糟。如前所述,薄片会分离并掉入熔池中。辅助气体会导致碎屑吹过切缝(井喷),甚至会产生更多的水垢,从而使热量传到水垢夹套之下,从而导致热量散失。

微观

这一切都是在微观层面上发生的。尽管操作员无法用肉眼看到它的发生,但是当他们观察从材料下方冒出的火花时,他们可以找到它发生的证据。

一致的圆锥形羽流是激光器产生一致的切割边缘的好信号。如果下面的羽流偏向一侧或落后于光束,则很有可能是某种东西(例如鳞片状)引起热分布问题。火花可能在切缝的前缘弹起,原因仅仅是由于热量散失,火花并未完全融化。弹跳可能变得如此糟糕,以致材料可能会开始通过切割路径重新吹起。最终,激光会失去切割并开始焊接。此时,操作员可以停止切割并重新开始以重新获得切割路径。当然,所有这些都会极大地影响生产力。


与黑色或喷砂材料相比,酸洗涂油板在机器出厂设置(库存)速度中所占的百分比更高。
 

喷砂坑

用于产生喷砂材料的喷砂会在材料表面产生微小的微坑,这再次刺激了激光切割问题。不一致的表面会导致光束聚焦不一致,从而导致切割质量不一致。

这些微弹坑有时比切割规则的鳞状热轧板更具挑战性。油可以帮助填充这些微坑,使表面更均匀。

酸洗涂油板

对热轧钢进行酸洗可去除鳞片状的鳞屑,因此整个钢板表面均保持恒定。请注意,尽管酸洗确实可以去除松散的鳞片,但并不能去除整个鳞片外套。一分钟刻度的外套仍然存在。您看不到它,但是它有助于激光切割。这又是因为秤会散发热量。水垢套的顶层包括三种氧化铁。

请注意,氧化皮套的组成可能会有所不同,具体取决于材料是来自碱性氧气炉厂(一体式磨机)还是电弧炉熔炼厂。后者使用的回收材料会在规模上留下痕量的副产品,例如残留的铜。矿石中的钢不含这些杂质。

这些杂质的低熔化温度实际上可以帮助热分布,并在某些情况下有助于激光切割。具体来说,这些副产品进入切屑池,并在激光穿过时使其保持较高温度。当然,这完全取决于材料中的杂质含量。太多的阻碍会大于对切割过程的帮助。

直酸洗热轧材料(不含油)未经测试,但仍可用于许多应用中。酸洗仍可产生一个完全清洁的表面,但仍需保留一分钟的皮夹克。对于某些不能接受涂油表面以满足焊接,喷漆或其他地方特定要求的应用来说,这是一个好选择。尽管如此,与制造中的任何其他东西一样,直接酸洗还是需要权衡的。直酸洗液上的冷凝水,尤其是当坐在潮湿的南部植物中时,可能导致生锈。这再次导致不一致的材料表面和具有挑战性的激光切割情况。在许多情况下,将这种材料与称为干润滑油的干油物质一起使用是有意义的,这种油无需薄的油涂层即可防止生锈。干润滑剂的保护期不会长久,

表面条件确实很重要

在切割成千上万的板材和板材后,该研究量化了许多经验丰富的操作员多年以来的假设:与其他切割条件相比,材料表面对边缘质量的影响要大得多。

这就是为什么在激光切割之前用油刷才有意义。一些金属供应商使用缓冲剂对表面进行修整,然后上油。这可以帮助解决一些问题,但不能像酸洗那样除去所有的松动的水垢和空气。它可以使光束保持一致的表面:没有瑕疵,没有凹坑和凹谷,没有松弛的水垢,没有任何东西可以阻碍恒定的聚焦点和恒定的聚焦深度。

是的,切割参数可能会根据车间环境和其他各种因素而有所不同。当然,这包括对机器进行适当的预防性维护。无论您的材料多么好,不良的光学器件都会给您带来不良的后果。但是,如果您给一台维护良好的激光切割机以一致的材料来获得平坦,光滑的表面,只需使用工厂原始的切割参数即可使您更接近完美切割。