Strefa wpływu ciepła cięcie laserowe obejmuje obszar materiału przy krawędzi cięcia, gdzie temperatura zmieniła strukturę metalu bez jego przetopienia. Szerokość tej strefy zwykle wynosi od 0,1 do 0,5 mm w stali konstrukcyjnej, a przy złych parametrach potrafi sięgnąć kilku milimetrów. Poniżej znajdziesz konkretne sposoby, które pozwolą ją ograniczyć.
Czym jest strefa wpływu ciepła i skąd się bierze?
Strefa wpływu ciepła (HAZ) to warstwa materiału przy krawędzi cięcia, w której zmieniła się twardość, struktura ziaren i wytrzymałość. Powstaje, gdy ciepło z wiązki przewodzi się w głąb blachy i nagrzewa materiał poniżej temperatury topnienia.
Przy HAZ laser CO2 wytwarza zwykle szerszy obszar zmian niż laser światłowodowy. Wiązka o długości fali 10,6 µm jest słabiej pochłaniana przez metale, więc do przecięcia blachy potrzeba większej mocy, a nadmiar energii zostaje w materiale. Na rozmiar strefy wpływają też:
- grubość blachy, ponieważ w grubszym materiale ciepło dłużej odprowadza się od krawędzi,
- rodzaj metalu, bo stal nierdzewna przewodzi ciepło słabiej niż aluminium i dłużej utrzymuje je przy cięciu,
- moc lasera, której wyższa wartość zwiększa ilość energii dostarczanej na jednostkę długości cięcia,
- prędkość posuwu, gdzie zbyt wolny ruch głowicy wydłuża czas nagrzewania jednego miejsca,
- rodzaj gazu osłonowego, który decyduje o tym, czy w strefie cięcia zachodzi dodatkowe utlenianie.
Gdy znasz te czynniki, łatwiej dobierzesz ustawienia do konkretnej blachy. Każdy z nich możesz kontrolować, a kilka drobnych zmian często daje wyraźnie węższą strefę.
Jak ograniczyć przypalenia przy cięciu laserem?
Przypalenia przy cięciu laserem to ciemne, przebarwione krawędzie, które pojawiają się, gdy materiał dostaje za dużo ciepła lub reaguje z tlenem. Najszybszy sposób na ich ograniczenie to zwiększenie prędkości cięcia i zastąpienie tlenu azotem.
Zacznij od ustawień maszyny. Przy każdej blasze znajdziesz taki zakres prędkości, w którym wiązka przecina materiał czysto, a ciepło nie ma czasu rozchodzić się na boki. Sprawdź kolejno poniższe elementy:
- prędkość posuwu, którą zwiększaj stopniowo, aż krawędź zacznie wykazywać ślady niedoprzecięcia, a następnie cofnij ustawienie o jeden stopień,
- moc lasera, którą dobierz do grubości blachy, bez zapasu na wszelki wypadek,
- gaz osłonowy, gdzie azot chroni krawędź przed utlenieniem i daje jasną powierzchnię, choć jest droższy od tlenu,
- ciśnienie gazu, które musi wystarczyć do szybkiego wydmuchania stopionego metalu ze szczeliny,
- ostrość wiązki, ponieważ rozogniskowana wiązka rozprasza energię i poszerza strefę nagrzaną.
Po ustawieniu tych parametrów wytnij próbny element i obejrzyj krawędź. Jasna, gładka linia bez nalotu oznacza, że ustawienia są dobre. Jeśli zauważysz żółtawe lub niebieskawe przebarwienia, zmniejsz moc albo przyspiesz posuw.
Jak zaprojektować cięcie, żeby ciepło miało mniej miejsca do gromadzenia się?
Ciepło lokalnie narasta tam, gdzie głowica wycina wiele małych elementów blisko siebie lub pracuje w wąskich zakamarkach. Rozmieszczenie detali na arkuszu i kolejność cięcia mają więc realny wpływ na wielkość strefy wpływu ciepła przy cięciu laserowym.
Zaplanuj układ tak, aby głowica nie wracała co chwilę w to samo miejsce. Rozłóż cięcie równomiernie na całej powierzchni arkusza, żeby poprzedni fragment zdążył ostygnąć. Pomogą też takie zabiegi:
- zachowanie odstępu między detalami równego co najmniej grubości blachy,
- zaokrąglanie ostrych narożników, bo zatrzymanie głowicy w kącie zwiększa dawkę ciepła,
- dodanie krótkich mostków łączących element z arkuszem, które zmniejszają odkształcenia,
- wykonywanie małych otworów przed konturem zewnętrznym,
- stosowanie cięcia impulsowego w drobnych elementach, gdzie ciągła wiązka mocno nagrzewałaby materiał.
Dobrze zaplanowany arkusz skraca też czas pracy maszyny, więc korzystasz podwójnie. Przed uruchomieniem większej serii wytnij jeden egzemplarz i sprawdź, czy krawędzie przy najgęściej upakowanych detalach wyglądają tak samo jak w pozostałych miejscach.