Виды брака при раскрое металла и способы их устранения

Обработка металлов, включая лазерную резку и создание металлических изделий, не всегда протекает без технологических ошибок. Появляющиеся дефекты могут негативно сказаться на эстетике готовых изделий, создать проблемы в их использовании, а также привести к поломке машин и механизмов, где они применяются. Эта последняя проблема может вызвать серьезные последствия, в том числе угрожать безопасности сотрудников компании. В данной статье рассматриваются способы выявления и предотвращения брака при лазерной резке, а также основные типы дефектов, встречающиеся в производственном процессе: заусенцы, обломки, бороздки, нестабильные потоки и редкие виды брака.
 

Каковы признаки брака и как его предотвратить?

Брак при лазерной резке металла может проявляться в различных нежелательных изменениях детали, что сказывается на её внешнем виде и характеристиках. Это могут быть дефекты, пробои, а также застывшие капли металла или наросты.

Оплавление                                                   Грат

Дефекты в металлических изделиях могут возникать как из-за технических недочетов в настройках лазера, так и из-за небрежного выполнения технологических процессов.

Вот некоторые примеры:

- неправильно установленное фокусное расстояние приводит к снижению мощности обработки. Это можно исправить, отрегулировав положение сопла вверх или вниз

- ошибки в выравнивании зеркал, которые участвуют в направлении лазерного луча от источника к детали, могут вызвать снижение мощности, раздвоение луча, ухудшение резки и образование черной или толстой линии реза

- работа без компрессора, который отвечает за охлаждение линзы, удаление продуктов сгорания и ускорение процесса, может привести к быстрому перегреву загрязненной линзы

- сильно натянутые ремни вызывают дрожание лазера при поворотах, что, в свою очередь, приводит к пропускам шагов и деформациям изделий

- недостаточная фиксация линзы также может вызвать неровные резы

- неправильные параметры резки, такие как скорость, длина шага и мощность, могут привести к неполной резке или пережогу материала, а ошибки в минимальной угловой мощности вызовут колебания скорости и замедление на углах

Также важно избегать отсутствия оптимизации процесса резки, что помогает правильно расставить последовательность и этапы обработки.

Еще одной причиной появления брака является воздействие физико-химических свойств сплава. Например, край листа из высокоуглеродистой стали становится более твердым после обработки лазером, что облегчает улучшение его физических свойств. В отличие от этого, если край холоднокатаного листа с низким содержанием углерода подвергнуть такой же обработке, его твердость значительно уменьшится. Поэтому для предотвращения дефектов крайне важно точно знать, какой материал будет обрабатываться.
 

Три наиболее распространённых недостатка при лазерном резании металлов

Грат, возникающий при лазерной резке металла, представляет собой застывшие капли расплавленного материала на краях детали. Основной причиной его появления является неверно настроенная скорость перемещения лазерной головки. Некоторые материалы, такие как алюминий, требуют строгого соблюдения определённой скорости резки.

Грат, имеющий вид бисера с направленными вниз бороздками, налипает на конструкционную сталь. Этот недостаток образуется из-за слишком высокого фокуса по сравнению с установленными параметрами или слишком быстрой скорости резки. Чтобы избежать подобной проблемы, необходимо снизить скорость на 10% или отрегулировать положение фокуса.

Грат с мелкими частичками после лазерного резания может быть причиной вмятин на заготовке. Эти недостатки возникают, когда фокус установлен ниже нормы и имеется повышенное давление кислорода, что приводит к налипанию частиц на высокой скорости. Для устранения этого дефекта необходимо поднять фокус и замедлить процесс резки на 5-10%.

Грат                                                   Шероховатость

Неровные края
Хотя основным преимуществом лазерной резки считается идеальная гладкость краёв, без должного понимания технологии этого достичь не удастся. Обычно это происходит из-за неправильной настройки угла резки станка, отсутствия своевременного технического обслуживания, ненадёжного крепления детали или использования листа с неподходящей толщиной или весом.

Важно осуществлять регулярное техобслуживание инструмента и надёжно фиксировать обрабатываемый материал, который должен точно соответствовать характеристикам устройства.

Борозды и вихри
Этот тип дефектов возникает из-за выхода газовой струи и её контакта с материалом вне области лазера. Влияние струи на толстую деталь приводит к вихревым потокам и, как следствие, деформациям заготовки. Чтобы избежать образования борозд, необходимо отрегулировать давление газа и подобрать оптимальный режим резки для конкретного случая. Важно правильно выбирать не только основной, но и вспомогательный газ, чтобы эффективно удалить расплавленный материал и сохранить чистоту реза.
 

Альтернативные виды брака

Раковины, выдув металле
Данный недостаток возникает при высоком давлении рабочего газа, неверных значениях мощности и скорости, а также неправильной калибровке расстояния до обрабатываемой заготовки. Для предотвращения этого следует уменьшить скорость на 10%, мощность на 5% и давление на 1 бар.

Гребешки, рифленость
Данные дефекты появляются из-за слишком быстрой резки и неверно установленной мощности. Для исправления необходимо снизить скорость обработки на 5-10%, уменьшить мощность на 10% и давление на 0,3 бара. Рифленость и гребешки с одной стороны детали возникают из-за загрязненных сопел или линз, которые следует очистить или заменить на новую дюзу соответствующего сечения.

Разрыв заготовки со стороны врезания, образование кратера при прокалывании.
Этот дефект возникает из-за недостаточной фокусировки, неверно установленных параметров или слишком крупной дюзы. Чтобы избежать подобного брака, нужно улучшить фокусировку, выбрать дюзу с меньшим сечением и установить параметры врезания на стандартные значения.
 

Диаметр равен толщине                  Реверс                Оплавление

Неспособность резать металл с одной стороны может быть вызвана неисправной линзой или дюзой, а также неправильной центровкой сопла. В таких случаях необходимо заменить неисправные компоненты или выполнить корректировку расположения сопла.

Превышение допустимых норм плоскостности возникает из-за несоответствующего хранения исходного материала или внутренних напряжений в металле. Для устранения этого дефекта следует исправить детали.

Окалина представляет собой слой, образующийся на поверхности металла вследствие его нагрева. Она возникает при неудовлетворительном состоянии заготовки или неправильной настройке фокуса линзы. Устранить окалину можно с помощью химических или (электро)механических методов.

Прожог — это отверстия, которые появляются на готовом изделии после процесса резки металла. Это дефект чаще всего наблюдается при лазерной резке алюминия. Хотя можно попытаться заделать прожог, следы все равно останутся видимыми. Причины его возникновения могут быть разнообразными.