¿Alguna vez se ha preguntado por qué las chapas cortadas con láser a veces no alcanzan la perfección? Este artículo aborda problemas comunes del corte por láser, como rebabas en las piezas y cortes incompletos, y ofrece soluciones prácticas. Si conoce las técnicas de perforación y ajusta los parámetros, podrá mejorar la precisión y la eficacia del corte. Tanto si se trata de solucionar problemas de rebabas en acero inoxidable como de optimizar los métodos de perforación, esta guía le proporcionará los conocimientos necesarios para lograr resultados impecables. Sumérjase y transforme su proceso de corte por láser de problemático a perfecto.
Como norma general, perforación para cualquier proceso de corte en caliente es necesario realizar un pequeño orificio en la chapa, salvo en contadas excepciones en las que el corte puede iniciarse desde el borde de la chapa.
En el pasado, se perforaba un agujero utilizando un molde de punzón en un máquina de estampación láser antes de iniciar el proceso de corte por láser.
Existen dos métodos fundamentales para corte por láser sin utilizar un dispositivo de estampación:
Durante la irradiación láser continua, se forma un baño de fusión localizado en el centro del material. Este material fundido es expulsado rápidamente por el gas auxiliar de oxígeno a alta presión que acompaña al rayo láser, lo que da lugar a la formación de un agujero pasante.
Las dimensiones de la perforación dependen principalmente del grosor de la placa, la potencia del láser y los parámetros del gas de asistencia. Normalmente, el diámetro medio de la perforación por chorro es de aproximadamente 50-60% del espesor de la chapa. A medida que aumenta el espesor de la chapa, las perforaciones tienden a hacerse más grandes y pueden desviarse de una forma circular debido a la expansión de la zona afectada por el calor y a los efectos de la gravedad sobre el material fundido.
En general, este método no se recomienda para componentes que requieran gran precisión o tolerancias estrictas. Es más adecuado para la creación rápida de orificios en zonas no críticas o material de desecho. El proceso puede optimizarse para aplicaciones específicas ajustando los parámetros del láser y el flujo de gas.
Es importante tener en cuenta que la presión de oxígeno utilizada durante el proceso de perforación suele ser similar a la utilizada en las operaciones de corte. Esta alta presión, aunque eficaz para la eliminación de material, puede provocar salpicaduras excesivas y una posible contaminación de la superficie alrededor del lugar de la perforación. Para aplicaciones que requieren perforaciones más limpias, pueden considerarse gases de asistencia alternativos como el nitrógeno o el argón, aunque a costa de reducir la velocidad de corte.
Se emplea un láser pulsado de alta potencia para fundir o vaporizar rápidamente el material localizado. Se utilizan gases inertes como nitrógeno o aire comprimido limpio como gases auxiliares para mitigar la expansión del orificio causada por la oxidación exotérmica. La presión del gas se mantiene más baja que la utilizada en el corte asistido por oxígeno. Cada pulso de láser genera microgotas que son expulsadas, penetrando gradualmente en el material. Por consiguiente, la perforación de placas gruesas puede requerir varios segundos.
Una vez finalizada la perforación, el gas auxiliar se cambia rápidamente a oxígeno para iniciar el corte. Esta técnica da como resultado un diámetro de perforación menor y una calidad de orificio superior en comparación con los métodos de perforación por chorro convencionales. Para lograrlo, el sistema láser no sólo debe poseer una mayor potencia de salida, sino también unas características espaciales y temporales precisas del haz. Los láseres de CO2 de flujo estándar no suelen cumplir estos estrictos requisitos.
Además, la perforación por pulsos requiere un sofisticado sistema de control de gas capaz de regular con precisión el tipo de gas, la presión y la duración de la perforación. Para garantizar cortes de alta calidad durante la perforación por pulsos, la transición de la perforación por pulsos al corte continuo debe gestionarse meticulosamente.
En teoría, los parámetros de corte como la longitud focal, la distancia de separación de la boquilla y la presión del gas pueden ajustarse durante el periodo de aceleración. Sin embargo, en las aplicaciones industriales, la modulación de la potencia media del láser resulta más práctica y eficaz. Esto puede lograrse alterando la anchura del pulso, la frecuencia o una combinación de ambas. Numerosas investigaciones han demostrado que este último enfoque, que consiste en ajustar simultáneamente la anchura y la frecuencia del pulso, ofrece resultados óptimos en términos de calidad de corte y estabilidad del proceso.
Al cortar agujeros pequeños con sistemas láser de alta potencia, pueden surgir problemas de deformación y calidad debido a la concentración de energía en un área confinada. Las técnicas tradicionales de perforación por pulsos (punción suave), aunque son eficaces para sistemas menos potentes, pueden provocar carbonización y distorsión del orificio en aplicaciones de alta potencia.
La causa principal de este fenómeno es la intensa localización de la energía láser durante la perforación por impulsos. Este aporte de calor concentrado puede provocar una fusión excesiva del material, vaporización y tensión térmica en la zona circundante no procesada. En consecuencia, la geometría del orificio se ve comprometida y la calidad general del procesamiento se deteriora.
Para mitigar estos problemas en los sistemas de corte por láser de alta potencia, se recomienda pasar de la perforación por pulsos a la perforación por chorro (también conocida como perforación de un solo pulso o perforación ordinaria). Este método utiliza un único pulso de alta energía para crear rápidamente el orificio inicial, reduciendo la zona afectada por el calor y minimizando la distorsión del material.
Entre las principales ventajas de la perforación por chorro para el corte de orificios pequeños con láser de alta potencia se incluyen:
Por el contrario, en las máquinas de corte por láser de menor potencia, la perforación por pulsos sigue siendo el método preferido para el corte de orificios pequeños. Esta técnica ofrece varias ventajas en sistemas menos potentes:
Al cortar acero con bajo contenido en carbono con tecnología láser de CO2, la formación de rebabas puede ser un problema importante. Para conseguir cortes limpios y precisos, es fundamental comprender las causas y aplicar las soluciones adecuadas. Estos son los principales factores que contribuyen a la formación de rebabas y sus respectivos remedios:
Cuando se cortan placas de acero con bajo contenido en carbono, acero inoxidable o aluminio-cinc con una cortadora láser, la formación de rebabas es un problema común que requiere una cuidadosa consideración de múltiples factores. Las causas fundamentales de las rebabas pueden variar en función de las propiedades del material y los parámetros de corte.
En el caso del acero con bajo contenido en carbono, la investigación inicial debe centrarse en los factores clave que influyen en la formación de rebabas, como la potencia del láser, la velocidad de corte, la posición del punto focal y la presión del gas de asistencia. Sin embargo, el simple aumento de la velocidad de corte no siempre es una solución eficaz, ya que puede comprometer la capacidad del láser para penetrar completamente en el material, especialmente cuando se procesan placas más gruesas o materiales altamente reflectantes como las aleaciones de aluminio-zinc.
En el caso de las planchas de aluminio-zinc, conocidas por su alta conductividad térmica y reflectividad, es necesario tener en cuenta otras consideraciones. La interacción del láser con estos materiales puede ser más compleja, y a menudo requiere un equilibrio preciso entre potencia, velocidad y ajuste del punto focal para lograr cortes limpios con un mínimo de rebabas.
Para optimizar el rendimiento de corte y reducir la formación de rebabas, tenga en cuenta los siguientes factores:
Tras un análisis exhaustivo, se han identificado los siguientes factores como los principales responsables de la inestabilidad de los procesos de corte por láser:
Otros factores que pueden contribuir a un procesamiento inestable son:
Los patrones de chispas anormales durante el corte por láser de acero con bajo contenido en carbono pueden afectar significativamente a la calidad de los bordes cortados y a la precisión general de la pieza. Si otros parámetros de corte están dentro de los rangos normales, considere las siguientes causas y soluciones potenciales:
Principio de funcionamiento del corte por rayo láser:
Durante el proceso de corte por láser, el rayo láser enfocado crea un baño de fusión localizado en la superficie del material. A medida que el haz continúa irradiando, forma una depresión en el centro. El gas de asistencia de alta presión, coaxial con el rayo láser, expulsa rápidamente el material fundido, creando un ojo de cerradura. Este orificio sirve como punto de penetración inicial para el corte del contorno, de forma análoga a un orificio piloto en el mecanizado convencional.
El rayo láser suele desplazarse perpendicularmente a la tangente del contorno cortado. En consecuencia, cuando el haz pasa de la penetración inicial al corte del contorno, se produce un cambio significativo en el vector de corte. En concreto, el vector gira aproximadamente 90°, alineando la dirección de corte con la tangente del contorno.
Este rápido desplazamiento vectorial puede provocar problemas de calidad superficial en el punto de transición, lo que puede dar lugar a un aumento de la rugosidad o a variaciones en la anchura de la sangría.
En operaciones estándar en las que los requisitos de acabado superficial no son estrictos, el software CNC automatizado suele determinar los puntos de perforación. Sin embargo, para aplicaciones que exigen una gran calidad superficial o tolerancias estrictas, la intervención manual se vuelve crucial.
El ajuste manual del punto de punción consiste en reposicionar estratégicamente el lugar de penetración inicial. Esta optimización pretende minimizar el impacto del cambio de vector en la calidad del corte. Entre los factores a tener en cuenta se incluyen:
Seleccionando cuidadosamente el punto de punción, los ingenieros pueden mejorar significativamente la calidad general del corte, reduciendo los requisitos de postprocesado y mejorando la precisión de la pieza. También pueden emplearse técnicas avanzadas como la rampa o el hoyuelo para optimizar aún más el proceso de penetración.
Es importante señalar que, aunque la selección manual de los puntos de punción puede producir resultados superiores, requiere experiencia y puede aumentar el tiempo de programación. Por lo tanto, debe realizarse un análisis coste-beneficio para determinar cuándo está justificado este nivel de optimización.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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