Kiểm soát và khắc phục sự cố và kiểm soát chất lượng cắt bằng laser (Hướng dẫn sử dụng)

Khi sử dụng máy cắt laser để gia công các vật liệu kim loại thì chất lượng cắt laser cuối cùng là yếu tố được quan tâm đầu tiên. Đối với các nhà chế tạo kim loại, nếu chất lượng lưỡi cắt laser không đạt tiêu chuẩn sẽ gây lãng phí nguyên liệu, giảm hiệu quả sản xuất và tăng chi phí sản xuất. Đối với những cá nhân lấy cắt laser làm thú vui hoặc kiếm sống bằng nghề cắt laser cũng cần chú trọng đến chất lượng cắt laser để có thể làm ra những sản phẩm tốt. Máy cắt laser đóng một vai trò tuyệt vời trong ngành công nghiệp chế tạo kim loại. Nó có hiệu quả cắt cao và độ chính xác cắt tốt. Người sử dụng cần nắm vững các kỹ năng cơ bản về kiểm soát chất lượng máy cắt laser và xử lý sự cố máy cắt laser để có thể thực sự phát huy hiệu suất xử lý tuyệt vời của máy cắt laser.

Bài viết này tổng hợp tất cả các thông tin về kiểm soát chất lượng cắt laser và khắc phục sự cố cắt laser. Và hy vọng nó có thể giúp người dùng kiểm soát thuận lợi chất lượng cắt laser trong hoạt động thực tế và đạt được kết quả cắt laser chất lượng cao.

Để hiểu rõ hơn về cách máy cắt laser cắt kim loại, chúng ta cùng xem hình này để tìm hiểu nguyên lý hoạt động của máy cắt laser kim loại.

Quá trình cắt kim loại bằng laser chủ yếu bao gồm bốn bước sau:

1. Nguồn laser phát ra chùm tia laser năng lượng cao. Và chùm tia laser phản chiếu vào thấu kính phản xạ và tập trung vào một điểm qua thấu kính hội tụ.
2. Chùm tia laser đi qua vòi phun. Và đồng thời, khí phụ đồng trục với tia laser cũng được phóng ra qua vòi phun.
3. Chùm tia laser tập trung vào phôi. Và năng lượng tập trung cao vượt quá điểm nóng chảy và điểm hóa hơi của kim loại, làm cho nó ngay lập tức nóng chảy, hóa hơi và tạo thành lỗ.
4. Đầu cắt laser mang chùm tia laser di chuyển theo đường đi đã định sẵn và tạo các lỗ liên tục, từ đó tạo thành đường cắt.

Cắt laser là một quá trình trong đó chùm tia laser, khí phụ và vòi phun hoạt động cùng nhau. Nếu công suất laser, khí, vòi phun và tốc độ cấp liệu được đặt chính xác, chúng ta có thể đạt được kerf mịn trên phôi. Tuy nhiên, người dùng thường không biết cách đánh giá chất lượng cắt laser của mình như thế nào và nguyên nhân do đâu. Do đó, trong phần sau chúng ta cùng làm quen với cách kiểm tra chất lượng máy cắt laser nhé.

Kiểm tra và đánh giá chất lượng cắt laser là tiền đề của việc kiểm tra chất lượng cắt laser. Người dùng có thể kiểm tra chất lượng cắt laser theo các khía cạnh sau.

Trong hầu hết các trường hợp, khi bắt đầu quá trình cắt laser, đầu cắt laser cần đục một lỗ nhỏ trên bề mặt phôi rồi tiếp tục chuyển động thẳng. Và quá trình đấm đó còn được gọi là xỏ lỗ. Chất lượng xuyên là một trong những khía cạnh cần thiết để kiểm tra xem các thông số cắt laser có đúng hay không. Nếu có tia lửa bất thường, tiếng động bất thường, hoặc một khe hở lớn trong quá trình xuyên, đó là biểu hiện của thông số cắt laser không phù hợp.

Nói chung, hầu hết các phôi kim loại được cắt bằng máy cắt laser là các bộ phận cơ khí, vì vậy kích thước cắt phải chính xác để lắp ráp trơn tru. Dùng thước cặp để đo kích thước cắt của phôi có đạt yêu cầu và không vượt quá dung sai của máy cắt laser hay không. Ngoài ra, bạn cần kiểm tra xem hiệu ứng cắt laser cuối cùng có giống với đường cắt đã định sẵn hay không. Đôi khi đường dẫn ánh sáng không chính xác do cài đặt không đúng hoặc các vấn đề về vòi phun. Đây là một ví dụ về cắt laser vòng tròn. Nếu cài đặt không chính xác hoặc đầu phun không thẳng hàng, bạn sẽ không có được sản phẩm tròn hoàn chỉnh.

Kerf (bạn cũng có thể gọi nó là khe cắt) trong cắt laser được hình thành bằng cách nung chảy một phần kim loại sau khi chiếu tia laser. Kích thước của kerf phản ánh chất lượng cắt laser. Nếu kerf quá lớn chứng tỏ công suất laser quá lớn hoặc tốc độ cắt quá chậm dẫn đến kim loại bị nóng chảy quá mức.

Độ nhám của rãnh cắt có thể được kiểm tra theo độ sâu của các đường dọc hình thành trên bề mặt cắt. Nếu các đường dọc rõ ràng và sâu, có nghĩa là độ nhám cao và chất lượng đường cắt không tốt. Nếu các đường dọc rất nông, có nghĩa là độ nhám thấp và chất lượng cắt tốt.

Độ côn là góc từ trên xuống dưới của rãnh cắt laser. Khi các thông số cắt laser được thiết lập hợp lý, độ côn được tạo ra bằng cách cắt laser tấm kim loại trong vòng 10mm là cực kỳ nhỏ và có thể bỏ qua. Tuy nhiên, nếu bạn cần cắt những phôi dày hơn, vị trí cắt của tia laser sẽ di chuyển dần ra khỏi tiêu điểm và phân kỳ của tia laser, điều này sẽ làm mở rộng đường cắt và tạo ra độ côn nhất định. Có thể kiểm soát độ côn trong phạm vi hợp lý. Nhưng nếu nó quá lớn, nó thường là do cài đặt thông số không hợp lý.

Gờ phản ánh trực tiếp chất lượng cắt laser và đây cũng là vấn đề thường gặp trong các dịp cắt laser kim loại khác nhau. Một quy trình cắt laser thông thường hầu như không có gờ. Nếu có bất kỳ gờ nào trên lưỡi cắt, có nghĩa là thông số cắt laser không đúng. Có nhiều cách để giải quyết các vấn đề khác nhau cho các kim loại khác nhau. Và chúng tôi sẽ chia sẻ các giải pháp chi tiết trong phần cuối của bài viết.

Biến dạng cũng là một mối quan tâm phổ biến trong ngành công nghiệp gia công kim loại. Và nó thường xảy ra khi cắt các tấm kim loại mỏng hoặc thực hiện gia công tinh trên các bộ phận kim loại nhỏ. Nếu các thông số cắt laser không chính xác, và nhiệt từ bức xạ laser quá cao, nó sẽ làm biến dạng vật liệu và gây ra biến dạng nhiệt. Do đó, chúng ta cần ngăn vật liệu quá nóng và biến dạng bằng cách kiểm soát công suất laser, tốc độ tiến dao và các thông số cắt laser khác.

Máy cắt laser đạt được hiệu quả cắt bằng cách làm nóng chảy hoặc hóa hơi vật liệu. Vật liệu xung quanh khe cắt cũng sẽ được đốt nóng bằng tia laser và thay đổi cấu trúc phân tử. Và vùng mà cấu trúc phân tử thay đổi do chiếu tia laser được gọi là HAZ (vùng ảnh hưởng nhiệt). Cắt laser sẽ gây ra một vùng ảnh hưởng nhiệt nhất định, điều này là không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, chúng ta có thể thực hiện các biện pháp thích hợp để kiểm soát phạm vi vùng ảnh hưởng nhiệt trong phạm vi hợp lý.

Qua phần trước, chúng ta đã biết cách kiểm tra và đánh giá chất lượng kim loại cắt laser. Trong phần sau, chúng tôi sẽ đưa bạn đi phân tích 7 yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng cắt laser. Bạn có thể bắt đầu từ bảy khía cạnh này để đạt được kiểm soát chất lượng cắt laser tốt hơn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cắt laser chủ yếu bao gồm nguồn laser, công suất laser, tốc độ cắt laser, tiêu điểm laser, khí phụ, áp suất khí và vòi phun.

Nguồn laser là nguồn năng lượng của máy cắt laser. Và chất lượng của nguồn laser sẽ ảnh hưởng đến chất lượng cắt laser cuối cùng ở một mức độ nhất định. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều thương hiệu nguồn laser đáng tin cậy như IPG, Raycus, Max, JPT, … Khi lựa chọn máy cắt laser, bạn phải chọn nguồn laser có hiệu suất ổn định và tuổi thọ cao để kiểm soát chất lượng cắt laser tốt hơn.

Công suất laser thể hiện khả năng cắt của máy cắt laser. Công suất laser lớn hơn có nghĩa là lực cắt mạnh hơn. Các loại vật liệu khác nhau cần công suất laser khác nhau. Hơn nữa, công suất laser phù hợp với các độ dày khác nhau của cùng một vật liệu kim loại cũng khác nhau. Công suất laser không phù hợp sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng cắt laser. Ví dụ, nếu công suất laser quá lớn, bề mặt cắt sẽ gồ ghề và có gờ. Nếu công suất laser quá nhỏ, máy không thể cắt qua phôi.

Tốc độ cắt là một thông số quan trọng phối hợp với công suất laser để điều khiển quá trình cắt. Và nó sẽ ảnh hưởng đến chất lượng cắt cuối cùng. Nếu tốc độ cắt quá nhanh, phôi không thể nhận đủ nhiệt để cắt hoàn toàn. Nếu tốc độ cắt quá chậm, phôi sẽ bị quá nhiệt và rãnh cắt sẽ lớn và thô.

Điểm hội tụ của chùm tia laze có mật độ năng lượng cao nhất. Điểm sáng càng nhỏ thì kết quả cắt càng tốt. Vị trí tập trung của chùm tia laser ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cắt laser, bao gồm kích thước khe, độ nhám khe và độ côn. Trước khi vận hành máy cắt laser, người dùng cần đảm bảo rằng tia laser được hội tụ vào đúng vị trí. Đối với cắt laser thép cacbon, vị trí lấy nét là trên bề mặt của phôi, và phôi càng dày thì vị trí lấy nét càng cao. Đối với cắt laser thép không gỉ, vị trí lấy nét nằm dưới bề mặt của phôi, và phôi càng dày thì vị trí lấy nét càng thấp.

Khí phụ có thể hỗ trợ tia laze cắt phôi với chất lượng tốt hơn, đồng thời thổi bay xỉ nhanh chóng. Các khí phụ thường được sử dụng bao gồm oxy, nitơ và không khí. Oxy chủ yếu được sử dụng để gia công thép công cụ, thép nhẹ và thép cacbon dày. Nitơ chủ yếu được sử dụng để cắt thép không gỉ, thép nhẹ và thép mạ kẽm. Và không khí được sử dụng chủ yếu để xử lý nhôm. Độ tinh khiết của khí phụ trợ sẽ ảnh hưởng đến kết quả cắt laser cuối cùng. Ví dụ, yêu cầu độ tinh khiết tối thiểu của khí nitơ là 99,5%.

Áp suất của khí phụ sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả thổi của xỉ và do đó ảnh hưởng đến chất lượng cắt laser cuối cùng. Các vật liệu kim loại khác nhau cần áp suất khí tối ưu khác nhau. Nếu áp suất khí quá thấp, vật liệu nóng chảy không thể thổi ra kịp thời và sẽ bám vào mặt sau của lưỡi cắt. Nếu áp suất khí quá cao sẽ làm suy yếu khả năng cắt của tia laze, làm cho khe cắt to và thô hơn.

Chức năng của đầu phun là kiểm soát vùng phun của khí phụ để kiểm soát chất lượng cắt laser. Vì vậy cấu tạo, kích thước và chiều cao của vòi phun sẽ ảnh hưởng đến chất lượng cắt cuối cùng. Nếu đầu phun bị hỏng một phần, nó sẽ làm cho luồng khí không đồng đều và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng cắt. Các độ dày cắt khác nhau phù hợp với các đường kính vòi phun khác nhau. Ví dụ, các tấm thép không gỉ 1-6mm phù hợp với vòi phun Φ1.2. Và các tấm thép không gỉ 6-10mm phù hợp với vòi phun Φ2.0. Về mặt kiểm soát chất lượng cắt laser, người dùng cần bảo vệ đầu phun khỏi va chạm, biến dạng hoặc nóng chảy một phần. Hơn nữa, đầu phun cần phải đồng trục với tia laser để đạt được chất lượng cắt laser tốt nhất. Ngoài ra, khoảng cách giữa đầu phun và phôi cũng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng cắt laser.

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cắt laser nhưng không có nghĩa là khó có được chất lượng cắt laser cao. Người dùng có thể phân tích các yếu tố nào có thể ảnh hưởng đến chất lượng cắt theo hiệu quả xử lý để điều chỉnh các thông số. Tiếp theo, chúng tôi sẽ chia sẻ các vấn đề thường gặp khi cắt laser và giải pháp để bạn có thể giải quyết kịp thời các vấn đề về chất lượng cắt laser của mình.

Chất lượng cắt laser bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Trước hết, cài đặt thông số không đúng sẽ ảnh hưởng đến kết quả cắt, chẳng hạn như công suất laser, tốc độ cắt, áp suất không khí,… Ngoài ra, đôi khi sẽ có vấn đề ngay cả khi các thông số được cài đặt chính xác. Và điều này thường là do độ tinh khiết của khí không đủ, hoặc vòi phun và ống kính bị nhiễm bẩn hoặc bị hỏng. Vì vậy, người dùng cần kiểm tra đầu phun trước khi cắt, đầu cắt laser có hoạt động tốt hay không, từ đó cài đặt thông số phù hợp. Sau đó, phân tích nguyên nhân theo hiệu quả cắt laser cụ thể, đồng thời điều chỉnh các thông số và kiểm tra các chi tiết máy để đạt chất lượng cắt laser tốt nhất.