Новости
01.03.2010
Качество поверхности
Лазерная резка – высокоэффективный способ обработки тонколистового проката, который позволяет производить обработку вне зависимости от пространственного расположения обрабатываемой поверхности. Помимо высокой точности (0,076 мм при лазерной резке против 0,38 мм при плазменной), лазер обеспечивает качественный, чистый, безгратовый рез, позволяя также добиться большей перпендикулярности кромок.
Современные установки мощностью свыше 5 кВт способны качественно обрабатывать лист толщиной до 25 мм, что делает применение лазерной резки оптимальным для большинства потребителей. Тем не менее, процесс предъявляет высокие требования к обрабатываемому материалу: в частности, к плоскостности и шероховатости поверхности. Это вызвано как соображениями технологии (скорость раскроя выше при высокой плоскостности), так и безопасности (существует вероятность выхода из строя рабочей головки лазера).
Опыт применения современного оборудования показал, что качество и скорость реза существенно улучшаются при применении специальных «лазерных» сортов, прошедших дрессирующую (корректирующую) предварительную прокатку, при которой листы стали в холодном состоянии обжимаются по всей толщине.
Этот процесс – Dead Flat – снимает остаточные напряжения и повышает плоскостность. По данным Юкки Хааралла, менеджера по горячекатаной продукции компании Ruukki(ведущий европейский поставщик решений из металла для строительства и машиностроения), где установлена единственная в Европе линия такой прокатки, плоскостность после обработки снижается до 3 мм/м (при европейском стандарте 6 мм/м), а шероховатость, например, для высокопрочных сталей типа Optim 700MC уменьшается на 20-30%. При этом максимальная ширина листа после Dead Flat составляет от 1600 до 1850 мм – это дает возможность без проблем использовать такой прокат для производства большинства металлоизделий, что сокращает количество отходов. Обработка также снижает вероятность деформации металла при сварке и обеспечивает постоянство параметров гибки.
По словам Исполнительного директора ООО «Промэкс» Игоря Лосева (компания является одним из лидеров в СЗФО на рынке лазерной резки; раскрой ведется на станках Trumpf (Германия) разной мощности), применение сталей, прошедших обработку Dead Flat, для лазерной резки позволило увеличить скорость раскроя на 25-30% (компания работала со сталями марок Laser и Optim с пределами текучести 355-700 МПа). Кроме того, после резки не остается облойда, а шероховатость кромки реза соответствует RZ20 (для непрокатанных листов она достигает RZ40-60). То есть после раскроя готовая деталь практически не нуждается в дополнительной обработке.
«Важно, что металл после Dead Flat, – говорит Игорь Лосев, – поставляется с отклонениями по толщине не более 0,1 мм (для сравнения: у стандартного проката отклонения в два раза больше). Соответственно, такая однородность не только увеличивает скорость резания, но и позволяет избежать появления конусности при прорезывании отверстий, снизить брак.
Естественно, что за счет увеличения скорости, снижения количества отходов, уменьшения трудозатрат снижается цена готового изделия при заведомо более высоком качестве».
Химический состав
Как известно, механические свойства углеродистой стали в наибольшей степени зависят от количества углерода. С ростом концентрации элемента (приблизительно до 1%) увеличивается содержание цементита и, соответственно, снижается уровень феррита (повышаются прочность и твердость, и уменьшается пластичность).
Несколько меньшее, но также заметное влияние на свойства стали оказывает и содержание других элементов – как легирующих добавок, так и вредных примесей. Очевидно, что стабильность химического состава не может не сказаться на процессах обработки: в частности, лазерной резки.
Для лазерной резки металлов, особенно относительно больших толщин, скорость и качество реза часто сильно зависят от содержания в стали углерода и кремния. Считается, что критическим является концентрация С свыше 0,6%.
Например, при кислородной лазерной резке высокоуглеродистых сталей в зоне резки образуется расплав, который переобогащен углеродом. Это приводит к снижению напряжений поверхности расплава, что облегчает его выдувание из зоны реза струей газа. Таким образом, твердость в зоне термического влияния (ЗТВ) способна превышать 70 HRC (при величине ЗТВ – 0,1-0,2 мм). Соответственно, если предполагается последующая механическая обработка контура, может потребоваться дополнительная термическая обработка.
С другой стороны, при лазерной резке малоуглеродистых сталей твердость ЗТВ изменяется незначительно и не влияет на механические свойства деталей. Зона термического влияния при лазерной резке с кислородом малоуглеродистых сталей – 0,1-0,2 мм.
Немаловажной является и концентрация в металле кремния, который обязательно добавляется для раскисления металла при выплавке. Практика показала, что содержание элемента не должно превышать 0,04 %. При более высоком его содержании резка затрудняется в связи с образованием тугоплавкого диоксида кремния, повышающего вязкость шлака. Соответственно, нежелательны и заметные колебания его концентрации, это ведет к непредсказуемости скорости и качества резки. Из широко распространённых конструкционных сталей этим требованиям в наибольшей степени отвечают малоуглеродистые и среднеуглеродистые слабо раскисленные кипящие стали.
По словам Юрия Медведева, специалиста санкт-петербургской компании «Электросила» (один из ведущих российских производителей генерирующего оборудования для энергетики), определяющими критериями при выборе стали для них являются стабильность химического состава, особенно по углероду и кремнию, и плоскостные характеристики проката. «Мы используем низкоуглеродистую сталь марки Laser, – говорит Юрий Медведев, – в том числе и потому, что различия в химическом составе от партии к партии пренебрежимо малы. Невысокое содержание кремния определяет отсутствие грат и высокую скорость реза, а значит, меньшие трудозатраты при последующей обработке изделий».
Необходимо заметить, что нержавеющие стали с высокими концентрациями легирующих элементов также могут представлять сложности при кислородной лазерной резке. Добавки, в особенности хром, образуя карбиды и оксиды, отрицательно сказываются на процессах окисления, нагрева и удаления расплава из зоны резки, приводя к образованию грат. При этом ЗТВ при лазерной резке нержавеющих сталей аустенитного класса составляет в среднем 0,1 мм, а твердость материала не изменяется. Кроме того, в зоне расплава (около 10 мкм) изменяется химический состав стали, в результате чего снижаются ее антикоррозионные свойства. Чтобы их восстановить, обычно используют электрохимическое полирование.
Таким образом, при выборе материала для лазерного раскроя необходимо учитывать, что, помимо цены и геометрических характеристик, нужно обращать самое пристальное внимание на качество поверхности и стабильность химического состава металла от партии к партии. Это поможет сэкономить время и трудозатраты и повысить отдачу станочного парка.
По материалам Ruukki.
Факторы, влияющие на скорость и качество лазерной резки тонколистовой стали
Поскольку процессы лазерной резки становятся все более востребованы на рынке металлообработки, повышается и интерес к способам их интенсификации. При этом, помимо возможностей современных станков, следует принимать во внимание характеристики обрабатываемой стали, поскольку именно они зачастую определяют скорость и качество резки. В особенности – качество поверхности листа и химический состав металла.Качество поверхности
Лазерная резка – высокоэффективный способ обработки тонколистового проката, который позволяет производить обработку вне зависимости от пространственного расположения обрабатываемой поверхности. Помимо высокой точности (0,076 мм при лазерной резке против 0,38 мм при плазменной), лазер обеспечивает качественный, чистый, безгратовый рез, позволяя также добиться большей перпендикулярности кромок.
Современные установки мощностью свыше 5 кВт способны качественно обрабатывать лист толщиной до 25 мм, что делает применение лазерной резки оптимальным для большинства потребителей. Тем не менее, процесс предъявляет высокие требования к обрабатываемому материалу: в частности, к плоскостности и шероховатости поверхности. Это вызвано как соображениями технологии (скорость раскроя выше при высокой плоскостности), так и безопасности (существует вероятность выхода из строя рабочей головки лазера).
Опыт применения современного оборудования показал, что качество и скорость реза существенно улучшаются при применении специальных «лазерных» сортов, прошедших дрессирующую (корректирующую) предварительную прокатку, при которой листы стали в холодном состоянии обжимаются по всей толщине.
Этот процесс – Dead Flat – снимает остаточные напряжения и повышает плоскостность. По данным Юкки Хааралла, менеджера по горячекатаной продукции компании Ruukki(ведущий европейский поставщик решений из металла для строительства и машиностроения), где установлена единственная в Европе линия такой прокатки, плоскостность после обработки снижается до 3 мм/м (при европейском стандарте 6 мм/м), а шероховатость, например, для высокопрочных сталей типа Optim 700MC уменьшается на 20-30%. При этом максимальная ширина листа после Dead Flat составляет от 1600 до 1850 мм – это дает возможность без проблем использовать такой прокат для производства большинства металлоизделий, что сокращает количество отходов. Обработка также снижает вероятность деформации металла при сварке и обеспечивает постоянство параметров гибки.
По словам Исполнительного директора ООО «Промэкс» Игоря Лосева (компания является одним из лидеров в СЗФО на рынке лазерной резки; раскрой ведется на станках Trumpf (Германия) разной мощности), применение сталей, прошедших обработку Dead Flat, для лазерной резки позволило увеличить скорость раскроя на 25-30% (компания работала со сталями марок Laser и Optim с пределами текучести 355-700 МПа). Кроме того, после резки не остается облойда, а шероховатость кромки реза соответствует RZ20 (для непрокатанных листов она достигает RZ40-60). То есть после раскроя готовая деталь практически не нуждается в дополнительной обработке.
«Важно, что металл после Dead Flat, – говорит Игорь Лосев, – поставляется с отклонениями по толщине не более 0,1 мм (для сравнения: у стандартного проката отклонения в два раза больше). Соответственно, такая однородность не только увеличивает скорость резания, но и позволяет избежать появления конусности при прорезывании отверстий, снизить брак.
Естественно, что за счет увеличения скорости, снижения количества отходов, уменьшения трудозатрат снижается цена готового изделия при заведомо более высоком качестве».
Химический состав
Как известно, механические свойства углеродистой стали в наибольшей степени зависят от количества углерода. С ростом концентрации элемента (приблизительно до 1%) увеличивается содержание цементита и, соответственно, снижается уровень феррита (повышаются прочность и твердость, и уменьшается пластичность).
Несколько меньшее, но также заметное влияние на свойства стали оказывает и содержание других элементов – как легирующих добавок, так и вредных примесей. Очевидно, что стабильность химического состава не может не сказаться на процессах обработки: в частности, лазерной резки.
Для лазерной резки металлов, особенно относительно больших толщин, скорость и качество реза часто сильно зависят от содержания в стали углерода и кремния. Считается, что критическим является концентрация С свыше 0,6%.
Например, при кислородной лазерной резке высокоуглеродистых сталей в зоне резки образуется расплав, который переобогащен углеродом. Это приводит к снижению напряжений поверхности расплава, что облегчает его выдувание из зоны реза струей газа. Таким образом, твердость в зоне термического влияния (ЗТВ) способна превышать 70 HRC (при величине ЗТВ – 0,1-0,2 мм). Соответственно, если предполагается последующая механическая обработка контура, может потребоваться дополнительная термическая обработка.
С другой стороны, при лазерной резке малоуглеродистых сталей твердость ЗТВ изменяется незначительно и не влияет на механические свойства деталей. Зона термического влияния при лазерной резке с кислородом малоуглеродистых сталей – 0,1-0,2 мм.
Немаловажной является и концентрация в металле кремния, который обязательно добавляется для раскисления металла при выплавке. Практика показала, что содержание элемента не должно превышать 0,04 %. При более высоком его содержании резка затрудняется в связи с образованием тугоплавкого диоксида кремния, повышающего вязкость шлака. Соответственно, нежелательны и заметные колебания его концентрации, это ведет к непредсказуемости скорости и качества резки. Из широко распространённых конструкционных сталей этим требованиям в наибольшей степени отвечают малоуглеродистые и среднеуглеродистые слабо раскисленные кипящие стали.
По словам Юрия Медведева, специалиста санкт-петербургской компании «Электросила» (один из ведущих российских производителей генерирующего оборудования для энергетики), определяющими критериями при выборе стали для них являются стабильность химического состава, особенно по углероду и кремнию, и плоскостные характеристики проката. «Мы используем низкоуглеродистую сталь марки Laser, – говорит Юрий Медведев, – в том числе и потому, что различия в химическом составе от партии к партии пренебрежимо малы. Невысокое содержание кремния определяет отсутствие грат и высокую скорость реза, а значит, меньшие трудозатраты при последующей обработке изделий».
Необходимо заметить, что нержавеющие стали с высокими концентрациями легирующих элементов также могут представлять сложности при кислородной лазерной резке. Добавки, в особенности хром, образуя карбиды и оксиды, отрицательно сказываются на процессах окисления, нагрева и удаления расплава из зоны резки, приводя к образованию грат. При этом ЗТВ при лазерной резке нержавеющих сталей аустенитного класса составляет в среднем 0,1 мм, а твердость материала не изменяется. Кроме того, в зоне расплава (около 10 мкм) изменяется химический состав стали, в результате чего снижаются ее антикоррозионные свойства. Чтобы их восстановить, обычно используют электрохимическое полирование.
Таким образом, при выборе материала для лазерного раскроя необходимо учитывать, что, помимо цены и геометрических характеристик, нужно обращать самое пристальное внимание на качество поверхности и стабильность химического состава металла от партии к партии. Это поможет сэкономить время и трудозатраты и повысить отдачу станочного парка.
По материалам Ruukki.
