Já na década de 1970, os lasers foram utilizados pela primeira vez para corte. Quando um feixe laser focalizado incide sobre uma peça de trabalho, a área irradiada aquece rapidamente, fundindo ou vaporizando o material. Assim que o feixe laser penetra na peça de trabalho, inicia-se o processo de corte: o feixe se desloca ao longo da linha do contorno, fundindo o material. E isso é o corte a laser!
Parâmetros do Processo da Tecnologia de Corte a Laser
A tecnologia de corte a laser provavelmente é familiar para muitos. O corte a laser é um método de usinagem de precisão que utiliza feixes laser de alta densidade de energia para cortar materiais. Ele é amplamente utilizado no processamento tanto de materiais metálicos quanto não metálicos, sendo as máquinas de corte a laser os equipamentos mais comuns nesse processo.
Os parâmetros-chave do processo de corte a laser incluem a potência do laser, a velocidade de corte, a espessura de corte e a taxa de fluxo do gás. Outros fatores, como a qualidade do feixe laser, a distância focal da lente, a quantidade de desfoque e o design do bocal, também influenciam significativamente o processo de corte.
I. Potência do Laser
A potência do laser é um dos parâmetros mais críticos para máquinas de corte a laser. Uma potência maior permite velocidades de corte mais rápidas e espessuras de material maiores. Tipicamente, a potência do laser refere-se à potência de saída da fonte laser.
Quanto às propriedades dos materiais:
- Se um material apresenta alta refletividade superficial, mais energia do laser é refletida de volta após o impacto, em vez de ser absorvida para o corte. Para garantir uma quantidade suficiente de energia de corte, é necessária uma potência laser maior. Da mesma forma, se um material possui boa condutividade térmica, o calor gerado pelo feixe laser conduz-se rapidamente para o interior do material. Isso impede que a zona de corte atinja temperaturas suficientemente altas para um corte eficaz. Nesses casos, também é necessário aumentar a potência do laser para melhorar a eficiência do corte. Além disso, cortar materiais com pontos de fusão elevados exige maior potência e densidade de potência do laser. Isso ocorre porque materiais com altos pontos de fusão demandam mais energia para fundir ou vaporizar, alcançando assim o objetivo de corte.
II. Velocidade de Corte
Em um determinado nível de potência, o aumento da espessura da chapa exige que o feixe laser penetre em camadas mais profundas do material para completar o corte. Pesquisas indicam que a relação entre a velocidade de corte e a rugosidade da superfície cortada não é uma correlação linear simples, mas segue uma tendência em forma de U. Isso implica que existe uma velocidade de corte ótima para diferentes espessuras de chapas e condições variáveis de pressão do gás de corte. Nessa velocidade, a rugosidade da superfície cortada atinge seu valor mínimo, resultando na borda de corte mais suave. Em geral, velocidades de corte mais altas exigem uma maior entrada de potência.
A velocidade de corte refere-se à distância que uma máquina de corte a laser pode cortar por minuto. Velocidades mais altas aumentam a eficiência. A velocidade de corte de uma máquina de corte a laser depende de fatores como o tipo, a espessura e a dureza do material, além de ser influenciada pela potência do laser e pelo diâmetro do ponto de foco.
III. Espessura de Corte
A espessura de corte refere-se à espessura máxima do material que uma máquina de corte a laser pode processar. Os fatores que afetam a espessura de corte incluem:
Potência do equipamento: Uma potência de equipamento mais alta geralmente permite o corte de materiais mais espessos.
Tipo de material: As diferenças de dureza, densidade e tenacidade entre os materiais afetam a espessura de corte.
Tecnologia de Corte: Diferentes métodos de corte (por exemplo, laser, jato de água, plasma) possuem limites máximos distintos de espessura de corte.
Parâmetros do Processo de Corte: Fatores como a velocidade de corte e a pressão do gás também influenciam a espessura alcançável.
IV. Pressão do Gás
Durante o processo de corte por fusão, o feixe laser aquece o material até seu ponto de fusão. Em seguida, o jato de gás sopra o metal fundido para formar o corte. Uma pressão de gás suficiente é essencial para remover eficazmente o metal fundido, garantindo a continuidade do corte e uma ranhura limpa. A taxa de fluxo de gás também está relacionada à configuração do bocal, pois diferentes tipos de bocais afetam a distribuição e as características do fluxo de gás, levando a taxas de fluxo adequadas variáveis. A seleção do bocal e as configurações da taxa de fluxo de gás exigem ajustes e otimizações específicos, com base nas necessidades de corte e nas propriedades do material em questão.
V. Feixe
A saída no modo de feixe emitida pelo laser é fundamental para o desempenho do corte. Estudos experimentais indicam que, durante o corte sem assistência de oxigênio, a largura da ranhura é quase igual ao diâmetro do ponto do laser. O tamanho do ponto é proporcional à distância focal da lente de foco: distâncias focais mais longas produzem pontos maiores, enquanto distâncias focais mais curtas resultam em pontos menores. No entanto, embora lentes com distância focal curta produzam pontos menores, elas também reduzem a profundidade de foco. Uma menor profundidade de foco impõe requisitos mais rigorosos quanto à distância entre a superfície da peça e a lente. O desfocagem afeta significativamente a velocidade e a profundidade do corte; ela deve permanecer constante durante o processo de corte. Tipicamente, seleciona-se um valor negativo de desfocagem, posicionando o ponto focal ligeiramente abaixo da superfície de corte.
VI. Bocal
O bocal é um componente crítico que afeta a qualidade e a eficiência do corte a laser. Bocais coaxiais (em que o fluxo de gás e o feixe de laser estão alinhados) são comumente utilizados para corte a laser. O diâmetro da saída do bocal deve ser selecionado com base na espessura do material a ser cortado. Além disso, a distância entre o bocal e a superfície da peça tem um impacto significativo na qualidade do corte. Para garantir um corte estável, essa distância deve permanecer constante.
Critérios de Avaliação da Qualidade do Corte a Laser
Embora as aplicações de corte a laser em materiais metálicos sejam bem conhecidas, muitos usuários ainda não sabem como avaliar a qualidade do processamento. Na prática, a qualidade do corte é normalmente avaliada com base na rugosidade da face final, nas rebarbas inferiores e na largura da fenda de corte.
I. Rugosidade da Face Final
Durante o corte a laser, o fluxo de gás e a taxa de alimentação influenciam a formação de padrões verticais (ou inclinados) na face final. Padrões mais profundos indicam superfícies mais ásperas, enquanto padrões menos profundos sinalizam superfícies mais lisas. A rugosidade afeta não apenas a aparência das bordas, mas também as características de atrito; portanto, uma rugosidade menor indica uma qualidade de corte superior. A rugosidade da face final pode ser otimizada continuamente por meio do ajuste de parâmetros como potência do laser, taxa de alimentação, distância focal, tipo de gás auxiliar e pressão do gás.
II. Rebarbas Inferiores
O princípio do corte a laser de metais envolve o uso da alta energia do laser para vaporizar o metal instantaneamente, com a escória fundida sendo soprada para longe da superfície da peça pelo gás auxiliar. No entanto, durante o processamento real, fatores como espessura do material, pressão insuficiente do gás ou taxas de alimentação inadequadas podem fazer com que o material fundido residual resfrie e forme rebarbas que aderem ao fundo da peça. Isso exige trabalho adicional de desbaste, consumindo horas extras de mão de obra. A presença de rebarbas e depósitos de escória no fundo da peça é um critério fundamental para avaliar a qualidade do corte.
III. Largura do Corte
A largura de corte reflete a precisão do usinagem e normalmente não afeta a qualidade do corte. Ela se torna uma métrica crítica apenas quando são exigidos contornos ou padrões excepcionalmente precisos na peça de trabalho. A largura de corte determina o diâmetro interno mínimo alcançável para contornos; uma largura de corte mais estreita permite o processamento de perfis mais complexos e aberturas menores. Essa capacidade representa uma das principais vantagens do corte a laser em relação ao corte por plasma.
Estratégias para Aprimorar as Aplicações da Tecnologia de Corte a Laser
Em aplicações práticas de corte a laser, aumentar a eficiência do corte, melhorar a qualidade do corte e reduzir custos são considerações-chave. Para avançar na tecnologia de corte a laser visando maior produtividade, cortes de superior qualidade e menores despesas, concentre-se nessas áreas:
1. Lasers de maior potência aumentam significativamente a velocidade de corte, minimizando ao mesmo tempo as zonas afetadas pelo calor e a distorção do material, proporcionando cortes mais eficientes e de melhor qualidade — o que é particularmente vantajoso para materiais mais espessos.
2. Otimização de parâmetros como potência do laser, velocidade de corte, tipo e pressão do gás auxiliar e distância entre o bocal e o material por meio de ajustes precisos adaptados a materiais específicos e requisitos de corte. A identificação da combinação ótima de parâmetros por meio de múltiplos ensaios melhora tanto a eficiência quanto a qualidade do corte.
3. Utiliza um sistema de foco automático que ajusta o ponto focal do laser com base na espessura e no tipo de material, garantindo precisão no corte.
4. Minimize o tempo de não corte movendo rapidamente a cabeça de corte para o próximo ponto de início de corte, aumentando a eficiência operacional geral.
5. Detectar automaticamente as bordas do material e os ângulos de inclinação, ajustando a trajetória de corte para reduzir o desperdício de material e o tempo de pré-processamento.
6. Utilize software de nesting para corte simulado a fim de planejar as trajetórias de corte mais eficientes, minimizar deslocamentos ociosos e melhorar a utilização do material e a velocidade de corte.
7. A manutenção e a revisão regulares da máquina de corte a laser — incluindo a substituição de peças desgastadas, a limpeza de componentes ópticos e a calibração do equipamento — garantem uma operação estável a longo prazo e mantêm o desempenho de corte otimizado.
8. Mantenha um ambiente de trabalho limpo, com temperatura controlada e moderadamente úmido para o cortador a laser, a fim de evitar que poeira e umidade excessiva afetem o equipamento e a qualidade do corte.
9. Adote sistemas de controle e software mais avançados para aprimorar a precisão do controle e a velocidade de resposta, suportando tarefas de corte mais complexas.
10. Monitore continuamente os novos desenvolvimentos em tecnologia laser, como fontes laser mais eficientes, sistemas ópticos avançados e algoritmos de software inteligentes, para aprimorar continuamente as capacidades de corte.