Defectes de tall làser prevalents i les seves estratègies de prevenció

El tall de làser, alhora que pot trobar diversos defectes a causa de la dinàmica tèrmica, les propietats del material o els desajustos de paràmetres. A continuació, es mostren defectes i estratègies comunes per mitigar -les, sintetitzades a partir de les recents investigacions i pràctiques industrials:

1. Zona afectada per calor (HAZ) i distorsió tèrmica
- Descripció del defecte: Els feixos làser d’alta energia indueixen l’escalfament localitzat, provocant canvis microestructurals (per exemple, transformacions de fase) i tensió tèrmica, donant lloc a deformació o reducció de la resistència al material. Per exemple, el tall làser de co₂ d’acer Armox 500T va donar lloc a profunditats HAZ de 120 μm, potencialment comprometent la integritat estructural.
- Estratègies de prevenció:
- Selecció de processos híbrids: Utilitzeu el tall de Waterjet (AWJ) abrasiu per a components crítics que requereixen un impacte tèrmic mínim, ja que AWJ evita HAZ completament a través del tall en fred.
- Optimització de paràmetres: redueix la potència del làser o augmenta la velocitat de tall per limitar l’acumulació de calor. Per exemple, el manteniment de la potència làser de co₂ per sota de 3,8 kW minimitza l’escòria d’oxidació i la profunditat de l’HAZ.
- Ajuda a l’ajust del gas: optimitzar la pressió d’oxigen o nitrogen per dissipar la calor. Un estudi va demostrar que l’ajust de la pressió del gas a 0. 055 MPa va reduir la rugositat superficial un 23%.

---

2. Rugositat i oxidació superficials
- Descripció del defecte: fusió o oxidació desigual durant el tall crea superfícies rugoses o capes d'òxid, afectant l'estètica i la funcionalitat. Armox 500T amb làser va mostrar fluctuacions de rugositat depenent de la potència i la velocitat.
- Estratègies de prevenció:
- Control de paràmetres dinàmics: Utilitzeu la metodologia de la superfície de resposta (RSM) per modelar interaccions entre paràmetres. Per exemple, l’augment de la velocitat de tall a 1.400 mm/min amb longitud focal optimitzada va reduir la rugositat a 1,12 μm (acabat similar al mirall).
- Post-processament: el recobriment o el polit mecànic pot suavitzar les superfícies. El recobriment a alta temperatura dels recobriments HFO₂-SIO₂ va millorar la estequiometria i la reducció de l’absorció, una estratègia aplicable a les superfícies metàl·liques.

---

3. Microcracks i porositat
- Descripció de defectes: el refredament ràpid en materials com Superallys (per exemple, GH4099) o acers endurits poden induir microcracks, especialment en la fabricació additiva (per exemple, la fusió selectiva del làser). Aquests defectes debiliten les propietats mecàniques.
- Estratègies de prevenció:
- Tractaments tèrmics post-processament **: envelliment directe (DA) de superallys GH4099 millora la densitat de luxació i les fases precipitades, millorant la força de rendiment i reduint les fractures intergranulars.
- Confinament del paràmetre làser: ajusteu la densitat d’energia (relació de potència/velocitat) per assegurar la fusió uniforme. Per als processos de LPBF, el control de les emissions acústiques en temps real detecta anomalies de la piscina de fusió, permetent ajustaments de paràmetres.

---

4. Inexactituds dimensionals
- Descripció del defecte: L’expansió tèrmica o la desalineació del feix pot comportar desviacions de les especificacions de disseny, com ara les incoherències d’amplada del kerf.
- Estratègies de prevenció:
-Monitorització en temps real: desplegueu sistemes basats en imatges (per exemple, ortorectificació del punt làser) per detectar i corregir les desviacions. Les càmeres muntades a la UAV amb anàlisi MATLAB van aconseguir un dimensionament precís en les inspeccions estructurals.
- Control de qualitat del feix: utilitzeu miralls deformables o tècniques de compensació de fase per mantenir la coherència del feix. Un sistema de miralls accionat amb piezoelèctric va reduir el contrast de raigs X amb 0. 04, millorant la precisió.

---

5. L’adhesió d’escòria i la formació
-Descripció del defecte: el material fos, que es solidifica a les vores tallades, formant escòria o dross, particularment en un tall de gran potència.
- Estratègies de prevenció:
- ** Assistència a l’optimització de gas **: El nitrogen de pressió superior expulsa eficaçment el material fos. Per a AWJ, reduint la distància de parada a les punxes de rugositat mitigades de 4 mm causades per la pressió de l’aigua de 300 MPa.
-Enfocaments específics del material: per a materials reflectants (per exemple, alumini), utilitzeu làsers polsats per controlar l'expulsió de la fusió i evitar la reposició.

---

Conclusió
Els defectes de tall amb làser es poden mitigar mitjançant una combinació d’optimització de processos (per exemple, modelització RSM), tècniques híbrides (per exemple, AWJ per a components sensibles a l’HAZ) i un control avançat (per exemple, sistemes acústics o basats en imatges). Els tractaments post-processament com el recuit o l’envelliment directe milloren encara més les propietats del material.