Khiếm khuyết cắt laser phổ biến và các chiến lược phòng ngừa của chúng

Cắt laser, trong khi rất chính xác, có thể gặp một số khiếm khuyết do động lực học nhiệt, tính chất vật liệu hoặc sự không phù hợp tham số. Dưới đây là những khiếm khuyết và chiến lược phổ biến để giảm thiểu chúng, được tổng hợp từ các nghiên cứu và thực hành công nghiệp gần đây:

1. Vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt (HAZ) và biến dạng nhiệt
- Mô tả khiếm khuyết: Các chùm tia laser năng lượng cao gây ra hệ thống sưởi cục bộ, gây ra thay đổi cấu trúc vi mô (ví dụ, biến đổi pha) và ứng suất nhiệt, dẫn đến cong vênh hoặc giảm cường độ vật liệu. Ví dụ, việc cắt laser bằng thép Armox 500T dẫn đến độ sâu HAZ là 120 μm, có khả năng ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc.
- Chiến lược phòng ngừa:
- Lựa chọn quá trình lai: Sử dụng việc cắt nước mài mòn (AWJ) cho các thành phần quan trọng đòi hỏi tác động nhiệt tối thiểu, vì AWJ tránh được HAZ hoàn toàn thông qua việc cắt lạnh.
- Tối ưu hóa tham số: Giảm công suất laser hoặc tăng tốc độ cắt để hạn chế tích lũy nhiệt. Ví dụ, duy trì công suất laser CO₂ dưới 3,8 kW giảm thiểu xỉ oxy hóa và độ sâu HAZ.
- Hỗ trợ điều chỉnh khí: Tối ưu hóa áp suất oxy hoặc nitơ để tiêu tan nhiệt. Một nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh áp lực khí hỗ trợ thành 0. 055 MPa giảm độ nhám bề mặt xuống 23%.

---

2. Độ nhám bề mặt và quá trình oxy hóa
- Mô tả khiếm khuyết: Sự tan chảy không đều hoặc oxy hóa trong quá trình cắt tạo ra các bề mặt thô hoặc các lớp oxit, ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ và chức năng. Armox 500T cắt laser thể hiện sự dao động độ nhám tùy thuộc vào sức mạnh và tốc độ.
- Chiến lược phòng ngừa:
- Kiểm soát tham số động: Sử dụng Phương pháp bề mặt phản hồi (RSM) để mô hình hóa tương tác giữa các tham số. Ví dụ, tăng tốc độ cắt lên 1.400 mm/phút với tiêu cự được tối ưu hóa giảm độ nhám xuống 1,12 μm (hoàn thiện giống như gương).
- xử lý hậu kỳ: ủ hoặc đánh bóng cơ học có thể làm mịn bề mặt. Ủ nhiệt độ cao của lớp phủ HFO₂-SIO₂ cải thiện cân bằng hóa học và giảm hấp thụ, một chiến lược áp dụng cho các bề mặt kim loại.

---

3. Vicrocracks và độ xốp
- Mô tả khiếm khuyết: Làm mát nhanh trong các vật liệu như siêu hợp chất (ví dụ: GH4099) hoặc thép cứng có thể gây ra vicrocracks, đặc biệt là trong sản xuất phụ gia (ví dụ, nóng chảy laser chọn lọc). Những khiếm khuyết này làm suy yếu tính chất cơ học.
- Chiến lược phòng ngừa:
- Phương pháp xử lý nhiệt sau xử lý **: lão hóa trực tiếp (DA) của các siêu hợp chất GH4099 tăng cường mật độ trật khớp và kết tủa, cải thiện sức mạnh năng suất và giảm gãy xương giữa các tế bào.
- Tinh chỉnh tham số laser: Điều chỉnh mật độ năng lượng (tỷ lệ công suất/tốc độ) để đảm bảo tan chảy đồng đều. Đối với các quy trình LPBF, giám sát phát xạ âm thời gian thực phát hiện các dị thường của nhóm tan chảy, cho phép điều chỉnh tham số.

---

4. Sự không chính xác về chiều
- Mô tả khiếm khuyết: Mở rộng nhiệt hoặc sai lệch chùm tia có thể dẫn đến độ lệch so với các thông số kỹ thuật thiết kế, chẳng hạn như sự không nhất quán về chiều rộng KERF.
- Chiến lược phòng ngừa:
-Giám sát thời gian thực: Triển khai các hệ thống dựa trên hình ảnh (ví dụ, chỉnh hình tại chỗ laser) để phát hiện và chính xác độ lệch. Máy ảnh gắn trên UAV với phân tích MATLAB đạt được kích thước vết nứt chính xác trong kiểm tra cấu trúc.
- Kiểm soát chất lượng chùm tia: Sử dụng gương biến dạng hoặc kỹ thuật bù pha để duy trì sự gắn kết của chùm tia. Một hệ thống gương hoạt động áp điện đã giảm đốm tia X tương phản với 0. 04, tăng cường độ chính xác.

---

5. Sự kết dính xỉ và sự hình thành Dross
-Mô tả khiếm khuyết: Vật liệu nóng chảy còn lại phân tích lại ở các cạnh cắt, hình thành xỉ hoặc Dross, đặc biệt là trong cắt công suất cao.
- Chiến lược phòng ngừa:
- ** Hỗ trợ tối ưu hóa khí **: Nitơ áp suất cao hơn một cách hiệu quả vật liệu nóng chảy. Đối với AWJ, việc giảm khoảng cách đình chỉ xuống 4 mm giảm nhẹ các gai độ nhám gây ra bởi áp suất nước 300 MPa.
-Phương pháp tiếp cận đặc trưng cho vật liệu: Đối với các vật liệu phản chiếu (ví dụ: nhôm), sử dụng laser xung để kiểm soát việc phóng chảy và tránh lắng lại.

---

Phần kết luận
Các khiếm khuyết cắt laser có thể được giảm thiểu thông qua sự kết hợp của tối ưu hóa quá trình (ví dụ, mô hình RSM), kỹ thuật lai (ví dụ: AWJ cho các thành phần nhạy cảm với HAZ) và giám sát nâng cao (ví dụ: hệ thống dựa trên hình ảnh hoặc hình ảnh). Các phương pháp điều trị hậu xử lý như ủ hoặc lão hóa trực tiếp hơn nữa tăng cường tính chất vật liệu.