در فرایند برش لیزری، گاهی شاهد تغییر رنگ لبه‌های قطعه‌کار، اکسید شدن این بخش‌ها و تجمع مذاب در ناحیه متاثر از حرارت هستیم. این پدیده که به آن «سوختگی لبه» می‌گوییم در وهله اول نما و کیفیت ظاهری کار را تحت تاثیر قرار می‌دهد، و سپس باعث کاهش دقت ابعادی قطعه و تغییر در اندازه آن، کاهش قابلیت رنگ‌پاشی یا آبکاری و حتی وارد شدن ضایعات مکانیکی به قطعه نهایی می‌شود.

برای مثال، اپراتورها گزارش کرده‌اند که تشکیل فیلم مذاب و عدم‌ توانایی گاز کمکی در خارج کردن سریع مذاب از حوضچه، یکی از دلایل تجمع رسوب و لبه‌های ناهموار است. همچنین، در مطالعه مروری بر تأثیر گاز کمکی در برش لیزری، تأکید کرده‌اند که باید پارامترهای پرتو لیزر، نازل، گاز و سرعت را با دقت تنظیم کنید تا کیفیت لبه بهینه شود.

سوختگی لبه قطعه کار در برش لیزری چه مشکلاتی ایجاد می‌کند؟

سوختگی لبه قطعه کار هم برای خریداران و هم اپراتورهای دستگاه برش لیزری اهمیت دارد. چرا که وقتی لبه دچار سوختگی یا تغییر رنگ شود، عملیات پردازش نهایی شامل پولیش، سندبلاست یا شستشو هم به فرآیند برش لیزری و تولید محصول اضافه می‌شود که زمان و هزینه اضافه می‌برد.

از طرف دیگر، در تولید قطعات حساس (مثلاً برای رنگ‌کاری، قطعات استنلس‌استیل یا نمای بیرونی)، رنگ‌پریدگی یا اکسید شدن سطح باعث کاهش کیفیت نهایی شده و نارضایتی مشتری را در پی دارد.

دلایل سوختگی لبه در برش لیزری

برای اینکه اپراتور بتواند از سوختن لبه قطعه کار جلوگیری کند و نگرانی‌های از این دست را حین کار با دستگاه برش لیزر از بین ببرد، باید علت و منشأ آن را بداند. در ادامه، دلایل اصلی سوختن لبه قطعه کار را بررسی می‌کنیم و برای هر کدام راه حل عملی و موثر ارائه می‌دهیم.

تمرکز حرارتی و عدم خروج مؤثر گرما

یکی از علل اصلی سوختگی لبه قطعه کار، تراکم انرژی زیاد در ناحیه کوچک و عدم توزیع یا خروج مناسب حرارت از یک منطقه است. با افزایش ورودی انرژی به قطعه که معمولا در پی زیاد بودن توان لیزر یا سرعت پایین برش رخ می‌دهد، عرض منطقه تأثیر حرارتی (HAZ) افزایش یافته و احتمال سوختگی لبه بیشتر می‌شود.

برای جلوگیری از این اتفاق و ایجاد برشی تمیز و بدون کمترین نشان از سوختگی، اپراتورها باید به ضخامت‌های مختلف مواد توجه کنند و برای هر کدام سرعت برش متناسب با همان مقدار را انتخاب کنند تا گرما فرصت خروج را داشته باشد.

گاز کمکی نامناسب یا فشار ناکافی

گاز کمکی نقش بسیار مهمی در پراکنده کردن مذاب، خنک‌کاری لبه و جلوگیری از اکسیداسیون دارد. استفاده از گاز مناسب، فشار مناسب و شرایط جریان صحیح می‌تواند کیفیت لبه را به ‌طور چشمگیری بهبود بخشد.

به عنوان مثال، در برش استنلس‌استیل یا آلومینیوم، استفاده از نیتروژن را به‌ عنوان گاز کمکی توصیه می‌کنند تا از اکسید شدن و تیره شدن لبه جلوگیری شود. علاوه بر آن، فشار گاز کمکی باید به قدری باشد که بتواند مذاب را از ناحیه برش خارج کند و باعث ماندن مذاب یا ذرات سوخته روی لبه نشود.

بیشتر بخوانید: بهترین گاز کمکی برای دستگاه برش لیزری

پارامترهای برش نامناسب: توان، سرعت، فوکوس، نازل

پارامترهای فرایند لیزر که شامل موقعیت فوکوس، سرعت برش، توان لیزر و قطر نازل هستند، مستقیماً بر کیفیت لبه اثر می‌گذارند. مثلا با افزایش سرعت برش، دامنه و طول موج کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه، میزان ناصافی لبه قطعه کار به حداقل می‌رسد.
به طور کلی، تاثیر پارامترهای دستگاه برش لیزر روی سوختگی لبه قطعه کار را می‌توان به این شکل توضیح داد:

• توان بسیار بالا و سرعت پایین ← تجمع گرما زیاد ← سوختگی یا ذوب اضافه
• فوکوس اشتباه یا نازل نامناسب ← عدم حذف مؤثر مذاب و انباشت ذرات سوخته
• اختلال در فاصله نازل یا زاویه نازل ← اختلال در جریان گاز کمکی و کاهش کیفیت لبه

بیشتر بخوانید: مهمترین پارامترهای کنترل کیفیت برش لیزری

جنس و وضعیت سطح ماده 

جنس قطعه کار و وضعیت سطح آن (پوشش، اکسید سطحی، ضخامت) هم در میزان تمیزی و صافی خروجی نهایی نقش تعیین‌کننده دارد. برای مثال، در مواد با رسانایی حرارتی پایین یا ضخامت بالا گرمای بیشتری تجمع می‌کند و احتمال سوختگی لبه بیشتر است.
نکات کاربردی در این زمینه این است که متریال قطعه کار را به خوبی بشناسید؛ زیرا فولاد کربنی، استنلس‌استیل، آلومینیوم یا مس هرکدام پاسخ متفاوتی به حرارت و گاز کمکی دارند. از طرفی، اگر سطح ماده دارای پوشش یا رنگ باشد، این پوشش می‌تواند مانع خروج مناسب حرارت شده یا منجر به رخ دادن واکنش‌های اضافه شود.

در نهایت، در مواد نازک یا بسیار ضخیم، تنظیمات دستگاه برش لیزر هم باید متفاوت باشند؛ مثلاً ضخامت زیاد توان بیشتر می‌طلبد ولی سرعت هم باید مناسب باشد تا از تجمع حرارت جلوگیری شود.

تراکم مسیر برش و ترتیب برش

تراکم مسیر برش به تعداد برش‌های نزدیک به هم یا جزئیات زیاد در یک منطقه اشاره دارد. این معیار هم می‌تواند موجب تجمع حرارت نقطه‌ای شود. بنابراین مهم است که اپراتور ترتیب برش را در نظر گرفته و فواصل زمانی و فضایی مناسب بین مسیرها اعمال کند تا تجمع حرارت رخ ندهد.

برای این کار، ابتدا مسیرهای کوچک داخلی، و سپس مسیرهای بزرگ پیرامون منطقه مورد نظر را برش دهید. همچنین، فواصل بین مسیرهای موازی را رعایت کنید تا حرارت فرصت پخش شدن داشته باشد. برای قطعات بزرگ نیز، زمان استراحت کوتاه یا استفاده از جریان خنک‌کننده لازم است.

نگهداری از دستگاه برش لیزری و شرایط اپتیکی 

اجزای اصلی دستگاه برش لیزر مانند عدسی‌ها، نازل، سیستم اپتیکی و گاز خروجی در عدم سوختگی لبه قطعه کار تاثیرگذارند.

عدسی یا آینه‌هایی که کثیف شده یا آسیب‌دیده‌اند، بازده پرتو را کاهش می‌دهند و منجر به حرارت پراکنده یا تمرکز بی‌هدف حرارت می‌شوند. نازل فرسوده یا نامناسب نیز، ممکن است جریان گاز بی‌ثبات ایجاد کند و جریان حذف مذاب را در ناحیه برش مختل کند. بنابراین، برنامه نگهداری دوره‌ای (تمیزکاری، کالیبراسیون فوکوس، بررسی نازل و گاز کمکی) برای ارتقای کیفیت برش لیزری ضروری است.

جدول علل و راهکارهای تخصصی رفع سوختگی در لبه برش لیزری

مدیریت حرارت، رمز دستیابی به لبه‌های تمیز و سالم در برش لیزری

با توجه به آنچه در این صفحه گفتیم، سوختگی لبه قطعه کار در برش لیزری، حاصل اختلال در تعادل توان دستگاه، جریان و نوع گاز و فوکوس است. وقتی یکی از این سه عنصر از محدوده بهینه خود خارج شود، سطح فلز به جای اینکه تمیز تبخیر شود، ذوب و در همانجا اکسید می‌شود. اپراتورهای حرفه‌ای با تنظیم دقیق و مداوم پارامترها، می‌توانند از بروز سوختگی جلوگیری کنند.
گفتنی‌ست، در دستگاه‌های لیزر نوین ‌تاک، استفاده از سامانه‌های کنترل توان دیجیتال و تنظیم خودکار ارتفاع نازل، امکان دستیابی به برش‌های تمیز، بدون اکسید و براق را در هر نوع فلز فراهم کرده است.