Cách thiết lập áp suất khí hỗ trợ cho việc cắt laser tấm dày?

Tại sao áp suất khí hỗ trợ lại là biến ẩn quyết định chất lượng cắt tấm dày

Cắt laser công suất cao trông giống như một cuộc đấu giữa công suất chùm tia và độ dày tấm, nhưng dòng khí hỗ trợ thường là yếu tố quyết định bên nào chiến thắng. Với tấm dày, luồng khí thổi kim loại nóng chảy ra khỏi khe cắt, làm nguội mặt trước của đường cắt và bảo vệ vòi phun khỏi các vụn bắn tung. Khi bất kỳ nhiệm vụ nào trong số này không được thực hiện đầy đủ, chất lượng cắt suy giảm nhanh chóng.

Áp suất quá thấp sẽ để lại xỉ ở mép dưới hoặc cắt đứt một phần tấm vật liệu. Áp suất quá cao làm biến dạng khe cắt, tạo độ loe và làm nhám bề mặt mép cắt. Trên tấm thép carbon dày 20 mm, chỉ cần thay đổi áp suất một bar cũng có thể chuyển mép cắt từ trạng thái sẵn sàng sản xuất sang trạng thái phải gia công lại. ISO 9013, tiêu chuẩn quốc tế phân loại chất lượng cắt nhiệt, liên kết cấp độ mép cắt với độ ổn định của quy trình; do đó, kiểm soát áp suất khí hỗ trợ sản xuất lặp lại chính xác. Đó là lý do vì sao việc điều chỉnh áp suất khí hỗ trợ cho cắt laser tấm dày xứng đáng được chú ý kỹ hơn là chỉ lướt qua bảng thông số.

Phù hợp khí với vật liệu

Việc lựa chọn khí phải được thực hiện trước khi thiết lập áp suất. Khí oxy là lựa chọn hàng đầu cho thép carbon dày vì phản ứng tỏa nhiệt bổ sung năng lượng cắt. Tuy nhiên, mặt trái là mép cắt hơi bị ôxy hóa, thường cần làm sạch trước khi sơn hoặc mạ kẽm.

Nitrogen là lựa chọn sạch hơn khi cắt thép không gỉ và nhôm. Phương pháp này tạo ra mép cắt sáng bóng, không có ôxít, nhưng đòi hỏi áp suất và lưu lượng khí cao hơn vì quá trình cắt gần như hoàn toàn phụ thuộc vào chùm tia laser. Khí hỗn hợp và không khí nén cân bằng giữa chất lượng mép cắt và chi phí.

Đối với các hoạt động cắt nhiều loại vật liệu khác nhau, một hệ thống tạo khí tại chỗ giúp loại bỏ việc thay bình khí phiền phức. Raysoar cung cấp các hệ thống khí hỗn hợp (FCP/FCS), nitrogen độ tinh khiết 99,99% để cắt sáng bóng (BCP/BCE) và hệ thống cắt bằng không khí tinh khiết (PAP/PAB) cho nhiều dải công suất khác nhau.

Cài đặt áp suất theo loại vật liệu và độ dày

Không tồn tại giá trị chung áp dụng cho mọi trường hợp, nhưng các dải giá trị dưới đây cung cấp điểm khởi đầu thực tiễn cho việc cắt bằng laser sợi quang trong dải công suất từ 6 kW đến 20 kW. Hãy coi đây là giá trị cơ sở và điều chỉnh tinh để phù hợp với tình trạng vòi phun, tiêu điểm và thấu kính.

Áp suất nitơ cao hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn. Khi khe cắt đã được làm sạch hoàn toàn, áp suất dư chủ yếu làm tăng chi phí khí và mài mòn vòi phun. Mục tiêu là áp suất tối thiểu đảm bảo mép cắt không có xỉ.

Cách điều chỉnh áp suất trên máy

Bắt đầu từ phần cứng. Kiểm tra độ mòn của nổ lỗ vòi phun, xác minh chiều cao khoảng cách giữa vòi phun và vật liệu, và đảm bảo bộ lọc đường dẫn khí sạch sẽ. Một vòi phun bị mòn biến dòng khí trơn thành luồng phun rối loạn, khiến mọi giá trị đo áp suất trở nên không đáng tin cậy.

Tiếp theo, tải thông số cơ sở từ thư viện thông số cắt và chạy một dải thử nghiệm trên vật liệu phế thải. Quan sát mép dưới để kiểm tra xỉ và mép trên để kiểm tra độ bo tròn. Nếu vết cắt sạch nhưng chậm, tăng áp suất từng bước 0,5 bar đối với nitơ hoặc 0,1 bar đối với oxy. Nếu mép trở nên nhám hoặc khe cắt rộng ra, giảm áp suất lại.

Tại một công trình ở nhà máy chế tạo thiết bị hóa chất miền nam Trung Quốc, nhóm kỹ thuật liên tục gặp phải ba via ở mép dưới khi cắt thép không gỉ dày 25 mm. Bảng thông số quy định áp suất 22 bar, nhưng xưởng lại vận hành ở mức 18 bar nhằm tiết kiệm khí. Việc tăng áp suất lên 23 bar và thay thế vòi phun bị mẻ đã loại bỏ hoàn toàn ba via và giảm khoảng một nửa thời gian gia công hậu kỳ. Giải pháp không nằm ở việc tăng công suất laser; mà là cung cấp đủ lực đẩy từ khí để hoàn tất quá trình cắt.

Những sai lầm phổ biến và nguồn khí ổn định hơn

Chạy mọi loại vật liệu ở cùng một áp suất là cách nhanh nhất để lãng phí khí và làm hỏng mép cắt. Bỏ qua độ tinh khiết của khí và điểm sương cho phép hơi ẩm xâm nhập vào dòng khí, dẫn đến việc cắt không ổn định trên nhôm và thép không gỉ. Dựa vào áp suất từ bình chứa là điều nguy hiểm vì áp suất trong bình giảm dần trong ca làm việc, nên tấm vật liệu cuối cùng có thể được cắt khác với tấm đầu tiên. Một vòi phun bị hư hại hoặc bẩn sẽ phá hủy tính đồng nhất của luồng khí trước khi tia khí tiếp xúc với tấm vật liệu.

Máy phát khí nitơ hoặc khí hỗn hợp tại chỗ khắc phục vấn đề nguồn cung. Thay vì lên lịch giao bình khí và theo dõi sự dao động của áp suất, máy này cung cấp khí ổn định với độ tinh khiết và áp suất được kiểm soát. Đối với cắt hỗn hợp công suất cao, các hệ thống được thiết kế phù hợp với công suất laser từ 12 kW đến 120 kW đáp ứng toàn bộ dải áp suất và lưu lượng yêu cầu. Đối với cắt sáng (bright cutting) lên đến 30 kW, một đơn vị nitơ đạt độ tinh khiết 99,99% giúp giữ mép cắt sạch sẽ mà không cần quản lý logistics bình khí. Đối với cắt bằng khí nén ở công suất thấp hơn, một hệ thống khí nén tinh khiết dành cho công suất dưới 12 kW thay thế hoàn toàn việc sử dụng bình nitơ khi gia công vật liệu mỏng.

Danh sách kiểm tra cuối cùng trước lần chạy tiếp theo

Trước khi thực hiện công việc cắt tấm dày tiếp theo, hãy kiểm tra danh sách này. Xác nhận loại khí phù hợp với vật liệu. Thiết lập áp suất về giá trị cơ sở tương ứng với độ dày đó. Kiểm tra độ tinh khiết của khí và điểm sương để đảm bảo nằm trong thông số kỹ thuật. Kiểm tra lỗ phun trên vòi phun và thay thế nếu lỗ phun bị mài mòn dạng elip hoặc bám xỉ. Chạy một dải thử nghiệm và kiểm tra mép cắt trước khi tiến hành cắt toàn bộ tấm. Kiểm tra chỉ số lưu lượng khí trên đồng hồ đo so với giá trị mục tiêu, chứ không chỉ dựa vào đồng hồ đo áp suất.

Các xưởng cắt nhiều loại vật liệu khác nhau trong nhiều ca làm việc có thể chuyển từ nguồn cung cấp khí bình sang hệ thống tạo khí tại chỗ Raysoar để duy trì áp suất ổn định từ tấm này sang tấm khác. Khí ổn định, áp suất phù hợp và vòi phun sạch sẽ mang lại chất lượng cắt tấm dày tốt hơn nhiều so với việc tăng công suất laser.