Лазерная резка оцинкованной стали: технологический процесс и передовой опыт
Волоконный лазер позволяет эффективно резать оцинкованную сталь. Сложность заключается в цинковом покрытии. Оно вступает в реакцию под воздействием тепла ещё до того, как стальная основа достигнет температуры резания, поэтому при ненадлежащем контроле процесса пробивки, подачи газа и вытяжки могут образовываться избыточные пары, брызги, шлак и повреждения покрытия. Относитесь к оцинкованному листу как к материалу с покрытием, для которого требуется собственная проверенная технология обработки, а не как к голой мягкой стали с другой маркировкой.
Оптимальный процесс начинается с определения марки стали и типа покрытия, эффективного извлечения из источника, чистого и выровненного сопла, стабильной подачи вспомогательного газа, а также с проведения испытаний на пробных образцах из производственной партии. Мощность имеет значение, но даже увеличение мощности не поможет устранить проблемы, связанные с загрязнённой оптикой, слабой подачей газа или неравномерным нанесением покрытия.
Что такое оцинкованная сталь?
Оцинкованная сталь — это углеродистая сталь, защищенная покрытием на основе цинка. Покрытие может наноситься методом горячего цинкования или электроцинкования; при производстве некоторых изделий используются покрытия из цинковых сплавов или дополнительные виды обработки поверхности. Эти различия влияют на то, как прорезается лист, насколько сильно покрытие сгорает вблизи пропила, а также на поведение обработанной кромки при окраске, сварке или эксплуатации на открытом воздухе.
Покупатели должны фиксировать базовый сорт, общую толщину листа, обозначение или массу покрытия, наличие масла на поверхности, пассивацию и наличие любой защитной пленки. Основной металл может напоминать материал, описанный в Руководство по лазерной резке мягкой стали, однако слой цинка представляет собой отдельную технологическую переменную.
Как происходит лазерная резка оцинкованной стали с помощью волоконного лазера
Лазер образует узкий прорез, а вспомогательный газ удаляет расплавленный материал. На оцинкованном листе слой цинка нагревается и удаляется до или одновременно со сталью, находящейся под ним. Давление паров вокруг места пробивания и прореза может нарушить процесс удаления расплава, особенно если слой покрытия толстый, поверхность загрязнена маслом или режим пробивания слишком агрессивен.
Именно поэтому копирование файла параметров для «голой» стали часто приводит к неравномерным результатам. Первый лист может выглядеть приемлемо, а при следующей партии на дне появляется шлак или увеличивается тень от покрытия. Стабильная программа должна иметь достаточный запас, чтобы учитывать реальные колебания толщины покрытия и плоскостности, не заставляя оператора перенастраивать каждое развертывание.
Лучший газ-ассистиент для лазерной резки оцинкованной стали
Азот является предпочтительным исходным материалом, когда заказчику требуется кромка с низким уровнем окисления и минимальные следы нагрева вокруг места разреза. Азот под высоким давлением механически удаляет расплавленный материал, не вызывая реакции с кислородом. Он также подходит для деталей, которые поступают непосредственно на сварку или финишную обработку, при условии, что кромка разреза и открытая поверхность цинка соответствуют требованиям последующих этапов производства.
Кислород может способствовать резке углеродистой стали за счет выделения тепла реакции, однако он приводит к окислению кромки и может увеличить зону термического влияния вокруг покрытия. Это допустимый метод, если окисление является приемлемым и вся процедура прошла соответствующую квалификацию. Не следует выбирать этот метод только потому, что при резке голой мягкой стали той же толщины уже используется кислород.
Чистый и сухой сжатый воздух может снизить затраты на газ при обработке тонколистового металла, однако содержание кислорода в нём может привести к обесцвечиванию кромок, а содержание влаги или масла — ухудшить однородность и внешний вид изделия. Практические компромиссы объясняются в азот, кислород и сжатый воздух.
| Вспомогательный газ | Оптимальный вариант | Основное преимущество | Важное предупреждение |
| Азот | Кромка с низким уровнем окисления и контролируемый внешний вид | В прорезе не происходит дополнительной реакции окисления | Высокий расход; проверьте давление и стоимость подачи |
| Кислород | Приложения, допускающие наличие окисленного края | Тепло реакции может способствовать резке углеродистой стали | Более сильное окисление и возможное сгорание покрытия |
| Сжатый воздух | Тонкий лист, изготовленный с учетом экономических требований, после испытаний | Снижение затрат на покупку газа в случаях, когда воздух на предприятии подходит для использования | Требуется сухой воздух с регулируемым содержанием масла и стабильным давлением |
Параметры лазерной резки оцинкованной стали
Универсальной таблицы параметров для оцинкованной стали не существует. Набор параметров должен подбираться с учетом характеристик лазерного источника, режущей головки, системы направления луча, сопла, толщины листа, покрытия и газовой системы. Опубликованные данные по другим станкам в лучшем случае могут служить отправной точкой. Они не являются производственными настройками.
Выполняйте рецепт в следующем порядке: проверьте состояние сопла и его центрирование; стабилизируйте давление и расход газа; настройте прокол таким образом, чтобы материал не разбрасывался в сторону защитного стекла; установите фокус и скорость для полного выброса расплава; затем осмотрите край и границу нанесения покрытия. Меняйте по одной переменной за раз и фиксируйте результат.
Небольшие отверстия и плотные группы отверстий требуют отдельных испытаний, поскольку накопление тепла изменяет поведение покрытия. Длинный прямой разрез на испытательном образце может пройти испытание, в то время как серийная группа отверстий, состоящая из сотен проколов, приводит к загрязнению головки и образованию окалины. Поэтому при приемочной проверке следует использовать реальную геометрию, а не только прямоугольники.
Распространённые дефекты, возникающие при лазерной резке оцинкованной стали
Осадок на дне и неполная резка
«Дно шлака» означает, что расплавленный материал не выходит из прорези ровно. Перед увеличением мощности проверьте центрирование сопла, подачу газа, фокусировку, скорость, ровность листа и текущую партию покрытия. Чрезмерная мощность может привести к расширению зоны нагрева, не устранив при этом проблему неравномерного выхода расплава.
Загрязнение защитных стекол в результате разбрызгивания и брызг
Агрессивное пробивание может привести к выталкиванию цинкосодержащего материала вверх. Проверьте последовательность пробивания, расстояние до заготовки, состояние сопла и защитного окна. При загрязнении окна изменяется траектория луча, и оператор может пытаться устранить проблему, внося дополнительные изменения в параметры. Сначала остановитесь и проверьте оптический путь.
Ожог покрытия и изменение цвета по краям
Некоторая потеря покрытия непосредственно рядом с термическим разрезом неизбежна. Допустимая ширина зависит от детали и плана защиты от коррозии. Азот часто обеспечивает более чистый вид, чем кислород, однако необходимо уточнить это для конкретного типа покрытия. Если деталь будет подвергаться воздействию влаги или атмосферных воздействий, определите, требуется ли для кромки разреза ремонт с использованием цинкового покрытия, герметизация, окраска или другая утвержденная обработка.
Заусенцы на мелких деталях
Заусенцы вокруг отверстий или в узких углах часто свидетельствуют о несоответствии между скоростью, контролем над углом, фокусировкой и расходом газа. Проверьте настройки, зависящие от геометрии, а также более полный список Ошибки при лазерной резке, которых следует избегать прежде чем возлагать вину исключительно на мощность лазера.
Требования к безопасности при работе с цинковым дымом и к его отсасыванию
При резке оцинкованной стали образуются цинкосодержащие пары и мелкие твердые частицы, которые необходимо улавливать. По данным NIOSH, вдыхание паров оксида цинка является причиной «лихорадки от металлических паров», сопровождающейся гриппоподобными симптомами, в число которых могут входить повышение температуры, озноб, тошнота и кашель. План мер по контролю должен соответствовать нормативным актам и требованиям промышленной гигиены, действующим на объекте.
По возможности используйте закрытые системы резки и обеспечивайте эффективную локальную вытяжку у источника загрязнения. Согласуйте параметры воздушного потока, выбор фильтров, схему отвода отработанного воздуха и периодичность технического обслуживания с квалифицированным специалистом по технике безопасности или промышленной гигиене. Общая вентиляция помещения не заменяет локальную вытяжку. Средства защиты органов дыхания, если они требуются, должны подбираться на основе оценки уровня воздействия на рабочем месте и программы защиты, а не на основании предположений, изложенных в какой-либо статье.
Проверка эффективности вытяжки должна быть частью пробного запуска. Следите за видимыми утечками при переходе головки из одной зоны в другую, проверяйте показатели давления или расхода воздуха, а также осматривайте оборудование после нескольких циклов обработки. Система удаления дыма, которая работает при обработке одного небольшого образца, может не выдержать нагрузки в течение всей смены.
Повреждает ли лазерная резка цинковое покрытие?
Да, покрытие подвергается термическому воздействию вдоль кромки разреза. Вопрос заключается в том, приемлемо ли это локальное изменение с учетом условий эксплуатации детали и способа ее последующей обработки. Оцинкованный лист по-прежнему защищает основные поверхности, однако открытая кромка может потребовать дополнительной обработки, если к коррозионной стойкости предъявляются строгие требования.
Не следует обещать, что резка “сохраняет гальваническое покрытие”, если не согласован метод контроля. Перед началом производства необходимо определить допустимый уровень сгорания покрытия, окисления кромок и порядок проведения ремонта. В случае деталей, направляемых на сварку или порошковое покрытие, необходимо согласовать требования к очистке и адгезии с ответственным за последующий технологический процесс.
Как обеспечить надлежащее качество лазерной резки оцинкованной стали
Заказчик должен провести испытания станка с использованием материала и источника покрытия, аналогичных тем, что применяются в производстве. Необходимо включить в испытания листы с минимальной, типовой и максимальной толщиной, а также детали с самыми мелкими отверстиями и участками с наибольшей плотностью пробивов. Необходимо изготовить достаточное количество деталей, чтобы выявить накопление тепла, изменения потребления газа и оптическое загрязнение.
- Марка базовой стали, метод нанесения покрытия, обозначение покрытия и поставщик
- Минимальная, стандартная и максимальная толщина листа
- Типовые файлы DXF, размеры отверстий и допуски на края
- Требуемый газ, доступное давление и чистота газа или качество воздуха
- Допустимые заусенцы, окалина, изменение цвета и следы сгорания покрытия
- Условия экстракции, состояние фильтра и локализация видимых паров
- Цикл гнезда, количество принятых деталей в час, объем доработки и состояние защитного окна
- Необходимые операции по восстановлению кромок после резки, очистке, сварке или нанесению покрытия
Проверьте детали, взятые в начале, в середине и в конце серии. Производственный процесс должен повторяться без постоянной ручной корректировки. Если приемлемое качество наблюдается только на идеальном образце, это означает, что испытание подтвердило способность лазера проникать через лист, но не то, что линия способна производить детали, пригодные для продажи.
Как выбрать волоконный лазер для обработки оцинкованного листа
Выбирайте станок с учетом типичного состава листов и предполагаемой производительности, а не исходя из редких случаев максимальной толщины. Убедитесь, что режущая головка, газовая система, система удаления дыма, рабочий стол, система перемещения и автоматизация соответствуют предполагаемой нагрузке. При обработке тонких оцинкованных деталей со множеством мелких элементов ограничения могут быть связаны скорее с ускорением и пробиванием, чем с мощностью при прямолинейном перемещении.
Ознакомьтесь с доступными станки для резки волоконным лазером только после определения сферы применения. Полезная коммерческая оферта должна содержать перечень материалов, типовые чертежи, схему прокладки газопровода, критерии качества, объем добычи, план погрузочно-разгрузочных работ и метод приемки образцов.
Заключение
Лазерная резка оцинкованной стали обеспечивает надежные результаты, если покрытие рассматривать как технологическую переменную. Начните с идентифицированного материала, подберите газ в соответствии с требуемыми характеристиками кромки, контролируйте пробивание и выброс расплава, улавливайте цинкосодержащие пары у источника и проверяйте качество результата на реальных раскладках. Не пытайтесь устранять каждый дефект путём увеличения мощности; зачастую истинными препятствиями являются плохая подача газа, загрязнённая оптика и колебания свойств покрытия.
Данные о продукции SENFENG подтверждают наличие широкого ассортимента волоконных лазеров для обработки листового металла, однако в имеющейся документации по продукции отсутствует универсальная таблица параметров для оцинкованной стали. Именно этот баланс и следует соблюдать: технические характеристики модели помогают составить предварительный список подходящих платформ, а конкретный тип оцинкованного листа и чертеж определяют технологический процесс. Если у вас есть спецификация партии и файлы DXF, отправьте их технической службе для составления плана контролируемой пробной резки и оформления акта приемки.
Часто задаваемые вопросы
Может ли волоконный лазер резать оцинкованную сталь?
Да. Он способен эффективно резать оцинкованный лист при надлежащем контроле состояния покрытия, подачи вспомогательного газа, режима пробивания и системы удаления дыма.
Какой вспомогательный газ лучше всего подходит для оцинкованной стали?
Используйте азот, если приоритетом является кромка с низкой степенью окисления. Кислород или чистый сжатый воздух могут подойти для достижения других целей, связанных со стоимостью и качеством поверхности, после проведения испытаний.
Почему при обработке оцинкованной стали образуется шлак?
Пары покрытия, нестабильный поток газа, плохая фокусировка, неправильная скорость, проблемы с соплом или отклонения в характеристиках листа могут нарушить процесс выталкивания расплава.
Безопасна ли лазерная резка оцинкованной стали?
Это требует эффективной локализации источников выбросов и разработки плана контроля воздействия с учетом конкретных условий объекта, поскольку при нагревании цинка могут образовываться пары оксида цинка.
Удаляется ли при лазерной резке цинковое покрытие?
Это влияет на покрытие, расположенное рядом с прорезью. Определите допустимый уровень обратного прожига и метод восстановления кромок в соответствии с требованиями к коррозионной стойкости детали.
