Грат после лазерной резки металла причины появления и диагностика по кромке

Грат после лазерной резки появляется, когда расплавленный металл не полностью удаляется из канала реза и часть его застывает на нижней кромке детали. Причиной может быть скорость, положение фокуса, вспомогательный газ, состояние сопла, защитного стекла или самого материала.

По внешнему виду наплыва можно сузить круг возможных причин, но определять неисправность только по фотографии кромки неправильно. Тонкий грат, крупные капли, наплыв с одной стороны или дефект только на отверстиях требуют разной логики проверки.

За годы работы со станками с ЧПУ я привык сначала смотреть не на один параметр, а на характер распространения дефекта. Равномерный грат по всему контуру, плохая кромка только с одной стороны и дефект исключительно на малых отверстиях обычно ведут к разным направлениям диагностики.

Что такое грат после лазерной резки

Во время лазерной резки энергия луча нагревает материал в зоне обработки. Образовавшийся расплав должен удаляться из канала реза потоком вспомогательного газа.

Если удаление происходит нормально, на выходе получается чистая нижняя кромка.

Если часть расплава задерживается, она охлаждается уже на детали. Так формируется грат или выраженный наплыв.

Важно разделять несколько похожих терминов.

Грат или заусенец обычно называют сравнительно небольшой остаток материала на нижней кромке.

Наплыв представляет собой более заметное скопление застывшего металла.

Шлаком на производстве часто называют крупные остатки расплава и продуктов процесса, которые прочно удерживаются снизу.

Окалина представляет собой оксидный слой на поверхности металла. Она может присутствовать на исходном листе или образовываться при нагреве, поэтому считать окалину и грат одним и тем же дефектом некорректно.

Для оператора важнее всего понять, что именно находится на кромке и где оно появляется.

Почему после лазерной резки появляется грат

Причина всегда связана с нарушением нормального образования или удаления расплава.

Но факторов, способных привести к одному и тому же результату, несколько.

Скорость не соответствует материалу и толщине

Грат может появиться как при слишком высокой, так и при слишком низкой скорости.

При высокой скорости энергия воздействует на участок слишком короткое время. Нижняя часть материала может обрабатываться нестабильно, а расплав хуже покидает канал реза.

При слишком низкой скорости увеличивается тепловложение. Образуется больше расплавленного металла, который также необходимо эффективно удалить.

Поэтому совет просто уменьшить скорость при любом грате не работает.

Корректировать её нужно относительно технологических данных конкретной установки, источника, материала, толщины, газа и режущей головы.

Газ плохо удаляет расплав

Вспомогательный газ выполняет важную часть работы.

Он помогает удалить расплав из канала и влияет на стабильность процесса.

Проблема может быть связана не только с установленным давлением.

На реальный поток влияют:

• вид газа;
• фактический расход;
• чистота;
• состояние магистрали;
• возможные утечки;
• сопло;
• расстояние до листа;
• соосность сопла и луча.

На экране станка может отображаться штатное значение, а газовая струя возле детали при этом работает неправильно.

Именно поэтому при стойком грате стоит анализировать всю газовую систему, а не только цифру давления.

Неправильно выбрано положение фокуса

Положение фокусного пятна влияет на распределение энергии по толщине материала.

Если зона эффективного воздействия расположена неудачно, верхняя часть кромки может выглядеть хорошо, а ближе к нижней поверхности условия резания ухудшаются.

Получается характерная ситуация.

Сверху рез кажется нормальным, а снизу остаётся заметный заусенец.

Такой внешний вид не доказывает проблему фокуса, но делает его одним из первых параметров для проверки наряду со скоростью и газовым потоком.

Загрязнено или повреждено сопло

Газ проходит через сопло непосредственно перед попаданием в зону реза.

Поэтому состояние отверстия и положение сопла сильно влияют на форму газовой струи.

После загрязнения, повреждения или механического контакта поток способен стать несимметричным.

Расплав начинает удаляться хуже, хотя сама программа и основные параметры не менялись.

Особенно показательный признак возникает, когда одна сторона детали режется заметно хуже противоположной.

В такой ситуации изменение скорости всей программы не всегда имеет смысл. Сначала нужно исключить проблему сопла и центровки.

Изменилось состояние защитного стекла

Загрязнение защитного стекла способно влиять на фактическую передачу энергии и стабильность процесса.

Для диагностики особенно важен момент появления дефекта.

Если одна и та же деталь долго резалась стабильно, а затем без изменения программы появился грат, причина может находиться не в таблице режимов.

Стоит рассматривать состояние оптики, сопла, газа, центровки и оборудования.

Изменился материал

Номинально одинаковые листы не всегда одинаково ведут себя при обработке.

Отличаться могут:

• фактическая толщина;
• состояние поверхности;
• заводская окалина;
• ржавчина;
• загрязнения;
• покрытие;
• защитная плёнка.

Поэтому новая партия металла иногда требует отдельной оценки, даже если марка и заявленная толщина не изменились.

Что можно понять по внешнему виду грата

Кромка полезна как первый диагностический инструмент.

Она показывает не точную причину, а характер проблемы.

Тонкий острый грат по всей нижней кромке

Обычно это тонкая непрерывная полоска или небольшие игольчатые образования.

Деталь полностью отделяется от листа, а сама кромка может выглядеть относительно ровной.

В первую очередь имеет смысл проверить:

• соответствие скорости режиму;
• положение фокуса;
• эффективность газового потока;
• состояние сопла;
• стабильность процесса по всей толщине.

Главное здесь не делать вывод, что тонкий грат обязательно означает слишком высокую скорость.

Одинаковый внешний признак может появляться по нескольким причинам.

Крупные капли и тяжёлый наплыв

Такой дефект выглядит как массивные застывшие образования на нижней стороне.

Они могут прочно держаться за деталь и требовать последующей механической обработки.

Направления диагностики:

• достаточность прореза;
• количество тепла в зоне обработки;
• удаление расплава;
• состояние газового потока;
• фокус;
• соответствие выбранной технологии толщине.

Крупная капля сама по себе не доказывает, что скорость слишком низкая.

Это возможная причина, но не единственная.

Грат только с одной стороны детали

Очень полезный диагностический признак.

Представим квадратную деталь. Две стороны имеют чистую кромку, а одна или две противоположные стороны заметно хуже.

Если бы проблема находилась только в общей скорости, дефект чаще проявлялся бы более равномерно.

В такой ситуации особенно внимательно проверяют:

• состояние сопла;
• соосность;
• симметрию газовой струи;
• положение режущей головы;
• стабильность движения.

Разница по направлениям помогает отделить общую ошибку режима от локальной проблемы оборудования.

Грат только на углах

На прямых участках рез может быть чистым, а в углах и на малых радиусах появляются наплывы.

Здесь важно учитывать изменение характера движения.

На сложной геометрии меняются скорость перемещения, тепловложение и условия удаления расплава.

Поэтому базовый режим, хорошо работающий на длинной прямой, не всегда одинаково ведёт себя в углу.

Если дефект привязан именно к геометрии, сначала стоит анализировать особенности траектории, а не весь процесс целиком.

Грат на маленьких отверстиях

Ещё один характерный сценарий.

Наружный контур детали чистый, а вокруг небольших отверстий остаётся выраженный наплыв.

Это хороший признак того, что базовый режим по материалу в целом может быть рабочим.

Особенности малых отверстий связаны с проколом, короткой траекторией, локальным тепловложением и более сложным удалением расплава из небольшой зоны.

Поэтому проблему отверстий не всегда нужно лечить изменением всей технологии наружного контура.

Грат появился внезапно

Одна из самых полезных ситуаций для диагностики.

Если вчера программа резала стабильно, а сегодня на том же режиме появилась плохая нижняя кромка, не стоит сразу переписывать технологию.

Сначала нужно понять, что изменилось.

Возможные направления проверки:

• сопло;
• защитное стекло;
• газ;
• центровка;
• новая партия материала;
• загрязнение;
• состояние оборудования.

Такой подход экономит время.

Иначе оператор начинает менять скорость, фокус и газ одновременно и в итоге теряет исходную точку, с которой можно было сравнить результат.

Быстрая диагностика по внешнему виду кромки

Таблица 1. Диагностика грата по внешнему виду кромки

По одной фотографии нельзя надёжно назвать единственную причину.

Кромка помогает определить, с какой группы факторов начинать диагностику.

Как отличить ошибку режима от проблемы оборудования

На практике это один из первых вопросов.

Если дефект появился после изменения толщины, материала, газа или новой программы, вероятнее становится технологическая причина.

Если тот же режим раньше работал стабильно, а качество ухудшилось внезапно, больше внимания нужно уделить оборудованию и расходникам.

Скорее стоит проверять режим

Когда проблема:

• появилась после смены толщины;
• возникла на новом материале;
• связана с новой программой;
• проявляется только на определённой геометрии;
• появилась после смены вспомогательного газа.

Скорее стоит проверять состояние оборудования

Когда дефект:

• возник внезапно на отработанной программе;
• различается в зависимости от направления реза;
• сохраняется на нескольких знакомых режимах;
• сопровождается общей нестабильностью;
• появился после загрязнения или контакта режущей головы.

Это не абсолютное правило.

Иногда одновременно присутствуют две причины. Например, режим находится на границе устойчивости, а небольшой износ сопла окончательно выводит процесс из стабильного состояния.

Почему нельзя менять все параметры сразу

Одна из самых распространённых ошибок при диагностике состоит в одновременном изменении скорости, мощности, газа и фокуса.

После этого трудно понять, какое действие действительно повлияло на результат.

Правильнее сначала зафиксировать исходное состояние и определить характер дефекта.

После этого выбирается наиболее вероятная группа причин и проверяется последовательно.

В производственной практике такой подход важнее стремления сразу получить идеальную кромку.

Если менять всё одновременно, чистый рез иногда действительно получается, но воспроизвести настройку на следующей партии становится сложнее.

Почему одинаковый грат бывает по разным причинам

У оператора один видимый симптом.

Расплав остался на нижней кромке.

Но цепочка, которая привела к этому результату, может начинаться в разных местах.

Вариант первый. Режим изменил характер плавления металла.

Вариант второй. Газ не удаляет расплав достаточно эффективно.

Вариант третий. Повреждённое сопло нарушило форму газовой струи.

Вариант четвёртый. Положение фокуса не соответствует условиям обработки.

Вариант пятый. Состояние оптики изменило фактическую передачу энергии.

Внешне итог может быть похожим.

Именно поэтому хороший оператор сначала собирает признаки, а потом делает вывод.

Как материал влияет на образование грата

Углеродистая сталь

На результат влияют состояние поверхности, заводская окалина, ржавчина и загрязнения.

При использовании кислорода важную роль также играет стабильность самого процесса окисления.

Нержавеющая сталь

Особенно важны качество удаления расплава, стабильность газа и тепловложение.

Выраженный нижний грат заметно усложняет последующие операции.

Алюминий

Алюминий отличается высокой теплопроводностью и характером расплава.

Поэтому технология, которая уверенно работает на стали той же толщины, не переносится на алюминий напрямую.

В каждом случае стоит опираться на технологические данные конкретного оборудования.

Что ещё смотреть кроме самого грата

Кромка содержит больше информации, чем только нижний наплыв.

При диагностике полезно оценивать:

• одинаков ли дефект по всему контуру;
• где именно он начинается;
• меняется ли от стороны к стороне;
• есть ли отличие между прямыми и углами;
• что происходит на отверстиях;
• одинаково ли выглядят верхняя и нижняя зоны кромки;
• повторяется ли проблема на другой детали.

Такой осмотр помогает понять, является проблема общей или привязана к определённому участку траектории.

Из практики могу выделить простой принцип. Я сначала сравниваю несколько разных участков одной детали и только затем связываю дефект с конкретным параметром. Это намного информативнее, чем рассматривать один кусок плохой кромки отдельно.

Нужно ли удалять грат после лазерной резки

Не каждый небольшой заусенец критичен, но во многих изделиях его приходится удалять.

Грат способен мешать:

• сборке;
• сварке;
• гибке;
• окраске;
• плотному прилеганию деталей;
• выполнению требований по внешнему виду.

Для серийного производства важна не только возможность зачистить деталь.

Дополнительная операция увеличивает время и себестоимость.

Поэтому если грат стабильно появляется на партии, выгоднее найти причину в процессе резки, чем постоянно переносить проблему на участок последующей обработки.

Частые вопросы

Почему после лазерной резки появляется грат снизу

Потому что часть расплавленного металла не успевает полностью выйти из канала реза и затвердевает на нижней кромке. Причина может находиться в режиме, газе, фокусе, сопле, оптике или материале.

Почему грат только с одной стороны

Такой характер дефекта может указывать на сопло, центровку или несимметричный газовый поток. Общие параметры режима при этом тоже нужно учитывать.

Почему на прямом резе всё хорошо, а отверстия с гратом

Малые отверстия отличаются короткой траекторией, проколом и локальным тепловложением. Поэтому наружный контур может резаться нормально при проблемах именно на небольшой геометрии.

Может ли слишком высокая скорость вызвать грат

Да. Высокая скорость способна ухудшить стабильность прореза и удаление расплава. Но грат возможен и при слишком низкой скорости.

Может ли причина быть в сопле

Да. Загрязнение, повреждение или нарушение соосности сопла меняет форму газовой струи и ухудшает удаление расплава.

Почему грат появился на старой программе

Если раньше тот же режим работал стабильно, сначала стоит проверить расходники, газ, состояние защитного стекла, центровку и материал.

Можно ли полностью избежать грата

При правильно подобранной технологии и исправном оборудовании можно получать очень чистую кромку. Но стабильность зависит от материала, толщины, состояния оборудования и требований к конкретной детали.

Главное

Грат после лазерной резки говорит о том, что расплав удаляется из зоны реза недостаточно эффективно.

Сам внешний вид дефекта не даёт единственного ответа.

Тонкий равномерный заусенец, крупные наплывы, плохая кромка только с одной стороны, дефект в углах и грат на отверстиях являются разными диагностическими сценариями.

На практике быстрее всего работает последовательный подход. Сначала определить, где и как проявляется дефект, затем отделить возможную ошибку режима от состояния оборудования и только после этого корректировать процесс.