عملية القطع بالليزر - مادة الفولاذ المقاوم للصدأ (حل عيوب النتوءات)

طرق لحل عيوب النتوءات في قطع الفولاذ المقاوم للصدأ

1.1 خصائص القطع الخالي من الأكسجين للفولاذ المقاوم للصدأ

ظاهرة
في قطع الفولاذ المقاوم للصدأ، يتم استخدام الأكسجين أو النيتروجين أو الهواء بشكل عام كغاز مساعد. يعتمد اختيار الغاز على تطبيق المعالجة المحدد. ومن بين هذه الغازات، يعتبر الأكسجين هو الأقل معدل استهلاك، بينما يستهلك النيتروجين والهواء كمية أكبر نسبيًا. عندما يتعلق الأمر بسرعة القطع، فإن الهواء أو النيتروجين يؤدي إلى قطع أسرع، بينما يؤدي الأكسجين إلى عملية أبطأ. وتزداد درجة الأكسدة على سطح القطع بترتيب النيتروجين والهواء والأكسجين، مع زيادة عبء إزالة طبقة الأكسيد تبعا لذلك.

المبدأ
(1) سرعة القطع
يوضح الشكل 4.1-1 العلاقة بين سمك اللوحة وسرعة القطع عند قطع مادة SUS304 باستخدام ليزر بقدرة 3 كيلو وات. عندما يكون السمك أقل من 3 مم، فإن استخدام الأكسجين للقطع يسمح لتفاعل الأكسدة بتحقيق سرعات أعلى. ومع ذلك، عندما يتجاوز سمك 3 مم، فإن قابلية تدفق المعدن المنصهر تكون أفضل عند القطع بالنيتروجين، مما يؤدي إلى قطع أسرع بدون أكسجين. يمكن أن يحقق القطع بالهواء سرعة قطع مشابهة للنيتروجين، لكن خشونة السطح والتصاق الخبث تؤدي إلى انخفاض كبير في جودة المعالجة مقارنة بقطع النيتروجين.

(2) المعالجة السطحية لحافة القطع
ستختلف صلابة الطبقة السطحية على حافة القطع بشكل كبير اعتمادًا على ما إذا كان الأكسجين أو النيتروجين يستخدم للقطع (كما هو موضح في الشكل 4.1-2). يتمتع سطح القطع المؤكسد بصلابة تبلغ ضعف صلابة المادة الأساسية تقريبًا، بينما يتمتع سطح القطع الخالي من الأكسجين بصلابة أقل وسطح أكثر نعومة، مما يجعل عمليات الطحن والتلميع اللاحقة أسهل نسبيًا. يميل سطح القطع المعالج بالأكسجين إلى تكوين طبقة أكسيد عنيدة، مما يزيد العبء على خطوات المعالجة اللاحقة.

(3) مقاومة تآكل حافة القطع
يوضح الشكل 4.1-3 نتائج اختبار مقاومة التآكل برذاذ الملح على مادة SUS304 التي تم قطعها بالليزر باستخدام أنواع مختلفة من الغازات المساعدة. وأظهرت حواف القطع المعالجة بالأكسجين والهواء علامات الصدأ، في حين أن حافة القطع الخالية من الأكسجين والمعالجة بالنيتروجين لم تصدأ. إن نوع الغاز المساعد المستخدم أثناء القطع له تأثير كبير على مقاومة التآكل لحافة القطع.

(4) جودة اللحام لحافة القطع
عند لحام حافة القطع بعد القطع بالليزر، إذا تم أكسدة الحافة، فقد تتشكل المسام في خط اللحام، مما يؤدي إلى انخفاض قوة اللحام. ومع ذلك، إذا لم تتم أكسدة حافة القطع، فيمكن تحقيق لحام عالي الجودة.

 

1.2 طرق معالجة العيوب التي تسببها نتوءات تشبه الشعيرات في قطع الفولاذ المقاوم للصدأ

الظاهرة:
أثناء عملية ثقب الفولاذ المقاوم للصدأ، بمجرد وصول شعاع الليزر إلى المعدن، يبدأ المعدن في الذوبان. كما هو موضح في الشكل 4.2-1، يتم طرد المادة المنصهرة على سطح المادة، وتتناثر حول الثقب الصغير وتشكل نتوءات تشبه الشعيرات. يمكن أن تسبب هذه النتوءات خدوشًا على سطح القطع وقد تتداخل أيضًا مع عمل التشكيل الجانبي للمستشعر السعوي.

 

سبب

عند استخدام الأكسجين كغاز مساعد، يتأكسد المعدن المنصهر أثناء عملية الثقب، مما يمنع تكوين نتوءات تشبه الشعيرات ويقلل من التصاقه بسطح الفولاذ المقاوم للصدأ. ومع ذلك، عند استخدام النيتروجين كغاز مساعد، لا يتأكسد المعدن المنصهر، مما يؤدي إلى انخفاض اللزوجة. وهذا يسمح للمعدن المنصهر بالتمدد إلى أشكال تشبه الشعيرات والالتصاق بقوة بسطح المادة، مما يؤدي إلى التراكم حول الثقوب الصغيرة.

الحلول

ولمنع تناثر المعدن المنصهر والتصاقه، يمكن استخدام الطرق التالية: (أ) تقليل الكمية المتولدة؛ (ب) منع الالتصاق؛ (ج) قم بإزالة الالتصاق بعد حدوثه (كما هو موضح في الشكل 4.2-2).

(1) تقليل كمية المعدن المنصهر

① ضبط ظروف الثقب: زيادة التردد مع خفض طاقة الخرج للنبضات الفردية يمكن أن تقلل بشكل فعال من كمية المعدن المنصهر المنتج. يوضح الشكل 4.2-3 نتائج المعالجة بترددات 200 هرتز و1500 هرتز. من المهم ملاحظة أن استخدام ظروف المعالجة هذه سيؤدي أيضًا إلى زيادة مدخلات الحرارة، مما يجعلها غير مناسبة لقطع الألواح السميكة.

② استخدام الغاز المساعد أو النفخ الجانبي لتفريق المعدن المنصهر

يمكن أن يؤدي نفخ المعدن المنصهر الناتج عن الثقب باستخدام الغاز المساعد أو النفخ الجانبي إلى تقليل الالتصاق. يوضح الشكل 4.2-4 نتائج المعالجة بالغاز المساعد عند ضغوط تبلغ 0.05 ميجا باسكال و 0.7 ميجا باسكال. ويمكن ملاحظة أن استخدام الغاز عالي الضغط يؤدي إلى تقليل التصاق الخبث بالسطح.

(2) منع الالتصاق

إن وضع طبقة واقية على سطح المادة يمكن أن يساعد أيضًا في منع التصاق المعدن المنصهر. عند تطبيق طبقة واقية، يتراكم المعدن المنصهر الناتج أثناء الثقب على الطبقة بدلاً من الالتصاق مباشرة بسطح المادة. يمكن أن يكون الطلاء الواقي عاملاً لمنع الخبث أو مادة خافضة للتوتر السطحي يسهل إزالتها في العمليات اللاحقة (كما هو موضح في الشكل 4.2-5).

(3) الإزالة

هناك طريقتان لإزالة النتوءات: إحدى الطرق هي قطع ثقوب دائرية صغيرة جدًا بالقرب من الثقب؛ أثناء قطع الثقب الدائري، تتم إزالة المعدن المنصهر أيضًا. والطريقة الأخرى هي تحريك النقطة البؤرية للأعلى بعد التثقيب لإعادة صهر المادة المتراكمة وتفجيرها بالغاز (انظر الشكل 4.2-2(3)).

 

1.3 طرق حل عيوب المعالجة في الألواح السميكة بعد التثقيب

[ظاهرة]

كما هو مبين في الشكل 4.3-1، في القطع الخالي من الأكسجين لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ السميكة، سوف يتراكم المعدن المنصهر المتولد أثناء التثقيب فوق فتحة التثقيب، مما يؤدي إلى ضعف جودة المعالجة عند مرور رأس المعالجة. إن تحويل الغاز المساعد المستخدم أثناء التثقيب إلى الأكسجين يمكن أن يقلل من تراكم المعدن المنصهر. ومع ذلك، عند استخدام الأكسجين أثناء التثقيب، من المهم التأكد من إزالة أي أكسجين متبقي في خط الغاز المساعد بالكامل قبل الانتقال إلى خطوة القطع التالية. وإلا فإن الأكسجين المتبقي قد يختلط مع النيتروجين ويسبب الأكسدة على سطح القطع.

[سبب]

(1) تأثير التراكم

وكما هو مبين في الشكل 4.3-2، فإن تأثير التراكم على المعالجة يشمل الميل إلى التسبب في انعكاس الليزر وإزعاج تدفق الهواء المساعد أثناء القطع. في القطع الخالي من الأكسجين، من الشائع ضبط النقطة البؤرية بالقرب من Z=0 أثناء التثقيب ثم تحويلها إلى Z=-T (حيث T هو سمك قطعة العمل) أثناء القطع. ومع ذلك، يمكن أن يقلل هذا النهج من كثافة الطاقة الناتجة عن سقوط الليزر على سطح المادة أثناء القطع، مما يؤدي إلى ضعف جودة المعالجة.

(2) تأثير تبديل الغاز

عند التبديل بين الأكسجين والنيتروجين، من الضروري إزالة الغاز المتبقي في خط الأنابيب بكفاءة ودقة. كلما زاد عدد الثقوب التي تم إجراؤها، زاد تكرار تبديل الغاز، وزاد وقت التطهير المطلوب للغاز المتبقي.

[حل]

(1) معالجة أثر التراكم

كما هو مبين في الشكل 4.3-3، استخدم ظروف كثافة طاقة الليزر العالية لجزء القطع الأولي حيث يوجد تراكم المعدن المنصهر. على وجه التحديد، أثناء القطع، استخدم نفس كثافة الطاقة العالية وموضع النقطة المحورية (Z = 0) كما هو الحال أثناء التثقيب. بعد المرور عبر المواد المتراكمة، قم بتحويل نقطة التركيز إلى Z=-T (حيث T هو سمك قطعة العمل). عند القطع بنقطة محورية عند Z = 0، سيكون عرض الشق أضيق، وستزداد كمية النتوءات الموجودة على الجزء الخلفي من قطعة العمل. لذلك، يجب وضع خط الثقب (الجزء الخطي الذي يبدأ فيه القطع) بعيدًا عن الجزء. يجب أيضًا ضبط معلمات المعالجة الأخرى على ظروف الطاقة العالية والسرعة المنخفضة. الهدف من هذه الإعدادات هو ضمان المعالجة المستقرة لجزء التراكم.

(2) تقليل وقت تبديل الغاز

كما هو مبين في الشكل 4.3-3، أكمل أولاً جميع عمليات التثقيب باستخدام الأكسجين. بعد ذلك، قم بالعودة إلى نقطة البداية للمعالجة، وقم بتحويل الغاز المساعد إلى النيتروجين، وقم بتطهير أي أكسجين متبقي تمامًا قبل بدء عملية القطع. باستخدام هذه الطريقة، لا يلزم تبديل الغاز إلا مرة واحدة، مما يوفر الوقت اللازم لتطهير الأكسجين المتبقي من خطوط الغاز (انظر الشكل 4.3-4).

1.4 طرق تقليل نتوءات الزوايا الحادة عند قطع الألواح الرقيقة بالهواء أو النيتروجين

[ظاهرة]

في قطع الفولاذ المقاوم للصدأ، عند استخدام الهواء أو النيتروجين كغاز مساعد، ستظهر نتوءات على الجزء الخلفي من المادة عند الزوايا الحادة أو في نهاية شكل المعالجة، كما هو موضح في الشكل 4.4-1.

[سبب]

تتحرك آلة المعالجة أو الرأس وفقًا للسرعة المحددة NC (التحكم الرقمي)، ولكن عند الزوايا الحادة أو نهاية شكل المعالجة، تتباطأ سرعة المعالجة بسبب خصائص الآلة. عادةً، يظل إعداد طاقة الليزر لآلة المعالجة ثابتًا. ونتيجة لذلك، عندما تنخفض سرعة المعالجة، ينتهك التوازن بين قوة الليزر وسرعته (مع زيادة خرج الطاقة)، ​​مما يؤدي إلى تكوين نتوءات (انظر الشكل 4.4-2).

[الحلول]

(1) شروط المعالجة العامة

اضبط سرعة القطع القصوى على أدنى مستوى ممكن لتقليل الفرق بين الحد الأقصى والحد الأدنى لسرعات القطع خلال مسار المعالجة. سواء عند الحد الأقصى أو الأدنى لسرعات القطع، اضبط طاقة الخرج على الظروف التي تولد نتوءات أقل. عيب هذه الطريقة هو أن متوسط ​​السرعة سينخفض، مما يؤدي إلى وقت معالجة إجمالي أطول.

(2) تعديل المسار

صمم مسار تجاوز لمنع سرعة القطع من الانخفاض عند الزوايا الحادة أو نهاية مسار المعالجة. على سبيل المثال، قم ببرمجة تجاوز دائري في الزوايا الحادة. عندما يخضع المسار لتجاوز دائري، فإنه يتغير تدريجيًا عند نقاط التحول، مما يؤدي إلى تجنب الانخفاض المفاجئ في سرعة القطع. يمكن أيضًا أن يؤدي استخدام برنامج التجاوز الدائري في نهاية معالجة الثقب الداخلي إلى قطع الثقوب الداخلية دون تقليل سرعة القطع. ومع ذلك، لا يمكن استخدام هذه الطريقة إذا كانت هناك منتجات بالقرب من الزوايا الحادة أو إذا كان كل من الجزء الداخلي والخارجي من الزاوية عبارة عن منتجات.

(3) التحكم في NC

وقد تم تطوير وظائف التحكم المقابلة لمعالجة هذه المشكلات. يتضمن ذلك الكشف في الوقت الحقيقي لسرعة القطع بواسطة آلة المعالجة، مما يسمح بالتعديل التلقائي لطاقة مخرج الليزر لتتناسب مع تغيرات سرعة القطع.

كما هو موضح في الشكل 4.4-3، عندما تتباطأ سرعة القطع عند الزوايا الحادة، تنخفض أيضًا طاقة خرج الليزر وفقًا لذلك. يتم تطبيق نفس التعديل في نهاية مسار المعالجة، حيث تنخفض طاقة الخرج تلقائيًا مع تباطؤ سرعة القطع.

 

1.5 طرق حل نتوءات القطع بالنيتروجين لألواح الفولاذ المقاوم للصدأ السميكة

[ظاهرة]

إذا لم يتم طرد المعدن المنصهر بكفاءة من الشق، فسوف يلتصق بالجزء الخلفي من قطعة العمل ويشكل نتوءات. إذا كانت المادة المستخدمة جديدة وقد تم قطعها جيدًا في السابق ولكنها تظهر عليها مشكلات الآن، فقد تكون المشكلة بسبب ظروف المعالجة غير المناسبة التي تحتاج إلى تعديل.

[سبب]

يعتمد الطرد السلس للمعدن المنصهر من الشق على ضغط الغاز المساعد المناسب لدفع المعدن المنصهر إلى الأسفل، بالإضافة إلى شكل الشق واستمرارية تدفق المعدن المنصهر. تشمل الأسباب الرئيسية لتكوين نتوءات، كما هو موضح في الشكل 4.5-1، ما يلي:

1. الانحراف في عرض الشق : ينحرف عرض الشق عن القيمة المثلى الأولية، ويصبح إما أضيق أو أوسع.
2. تأثير شكل المعالجة : يؤثر الشكل الذي تتم معالجته على استمرارية تدفق المعدن المنصهر.

 

 

[الحلول]

(١) ضبط الشق

يختلف قطع الفولاذ المقاوم للصدأ بالنيتروجين عن قطع الفولاذ الكربوني حيث يجب ضبط النقطة المحورية داخل المادة (Z<0) لتعزيز قدرة الليزر على الذوبان وزيادة عرض الشق. إذا لم يتم ضبط نقطة التركيز على النحو الأمثل، فإن تدفق المعدن المنصهر داخل الشق يمكن أن يتأثر سلبًا. عندما تكون النقطة البؤرية ضحلة جدًا، تميل النتوءات إلى أن تكون حادة، بينما تؤدي النقطة البؤرية الأعمق إلى نتوءات كروية الشكل. اضبط نقطة التركيز بناءً على شكل النتوءات للعثور على الموضع الأمثل.

إذا زادت النتوءات تدريجيًا مع المعالجة وتغير عرض الشق، فقد يكون ذلك بسبب تسخين العناصر البصرية بواسطة الليزر، مما يؤدي إلى تأثير العدسة الحرارية. في مثل هذه الحالات، قم بتنظيف العدسة أو مرآة العلاقات العامة.

(2) تأثير شكل المعالجة

من المحتمل أن تتشكل نتوءات عندما يصبح تدفق الهواء المساعد غير مستقر بعد مرور الليزر بالزاوية الحادة أو عندما ينتهك التوازن بين الطاقة والسرعة بسبب التغيرات المفاجئة في سرعة القطع. لمعالجة هذه المشكلة، قم بخفض إعداد سرعة المعالجة في ظروف المعالجة (انظر الشكل 4.5-2). كلما كانت زاوية الزاوية الحادة أصغر، كانت إعدادات السرعة المنخفضة أكثر فعالية. بالإضافة إلى ذلك، عند الانتقال من ظروف السرعة المنخفضة إلى ظروف السرعة العالية، قم بتعيين انتقال السرعة كعملية خطوة بخطوة.

 

نحن شركة Qiaolian لتكنولوجيا الليزر، المحدودة هي شركة متخصصة في تصنيع آلات القطع بالليزر. وتشمل منتجاتنا آلة القطع بالليزر ذات الطاولة الواحدة,تبادل آلة القطع بالليزر, آلة قطع الألواح والأنابيب بالليزر, آلة القطع بالليزر أنبوب المهنية, آلة القطع بالليزر العملاقة ذات التنسيق الكبير  وما إلى ذلك. طاقة الليزر: 6kw/12kw/15kw/20kw/30kw/40kw/60kw/80kw/100kw إلخ.

يتم تصدير منتجاتنا إلى الولايات المتحدة والمكسيك وألمانيا والمجر وبولندا وروسيا وكازاخستان وإسبانيا والهند وكوريا الجنوبية وماليزيا وسنغافورة وإندونيسيا وتايوان ودول ومناطق أخرى.

الرجاء الاتصال بي للحصول على عرض أسعار مجاني الآن.