Na indústria de metal sinterizado, a qualidade do corte é fundamental para o desempenho do produto final. Entre os vários métodos de corte, o corte a laser se destaca pela alta precisão, natureza sem{1}}contato e flexibilidade.
No entanto, ao cortar materiais metálicos porosos, como feltro de titânio ou níquel, os lasers tradicionais de-ondas contínuas são propensos a uma entrada excessiva de calor, levando ao derretimento das bordas, à formação de camadas de reformulação e até mesmo ao bloqueio dos poros. Isto compromete gravemente a permeabilidade do material, a atividade catalítica ou a eficiência de filtração.
Este artigo investiga processos e tecnologias avançadas de laser que abordam fundamentalmente esse desafio.
1. Causa raiz: por que ocorre o derretimento das bordas?
Compreender a causa é a chave para encontrar uma solução. A essência do derretimento das bordas é o "superaquecimento".
Efeito de acumulação de calor: O feltro metálico consiste em fibras interligadas. Embora sua condutividade térmica seja melhor que a do feltro polimérico, sua estrutura porosa tri-dimensional resulta em caminhos descontínuos de condução de calor e menor capacidade térmica em comparação com chapas metálicas sólidas. A entrada contínua de energia de um laser CW faz com que o calor se acumule rapidamente na zona de corte-excedendo o ponto de fusão do material-antes que ele possa se difundir no material a granel.
Características do material: O titânio e o níquel são metais reativos, sendo que o titânio tem alta afinidade com oxigênio e nitrogênio. Em altas temperaturas, as bordas cortadas sofrem oxidação e nitretação, formando camadas compostas duras e quebradiças. Isso é acompanhado pela re-solidificação do material fundido, que destrói a estrutura original da fibra e a porosidade.
2. A solução: salto tecnológico de “contínuo” para “pulsado”
O princípio fundamental é reduzir a entrada total de calor e fornecer “tempo de resfriamento” suficiente para o material. Isto é conseguido principalmente através de duas tecnologias principais:
►1. Adotando lasers de fibra pulsada – a solução principal
Ao contrário dos lasers de ondas-contínuas, os lasers pulsados emitem "pulsos de laser" em frequências muito altas e durações extremamente curtas (níveis de nanossegundos, picossegundos ou até mesmo femtossegundos). Cada pulso cria um pequeno ponto de ablação ou vaporização, enquanto durante o intervalo entre os pulsos o material esfria o suficiente.
►2. Otimizando o gás auxiliar – um elemento sinérgico indispensável
O gás auxiliar desempenha um papel duplo no corte a laser: ejetar material fundido e participar de reações químicas. A escolha do gás é particularmente crítica para materiais-com tendência à oxidação, como titânio e feltro de níquel.
Escolha preferencial: gases inertes de alta-pureza (por exemplo, argônio, ar)
Função: Cria uma atmosfera protetora, isolando efetivamente a borda cortada do oxigênio e do nitrogênio para evitar reações químicas em altas temperaturas. Simultaneamente, o fluxo de gás-de alta velocidade remove prontamente o material vaporizado ou minimamente fundido do corte, evitando sua re-deposição e solidificação nas bordas da fibra.
Use com cuidado: oxigênio/ar comprimido
Embora o corte com oxigênio do aço carbono aumente a velocidade por meio de uma reação exotérmica, para o titânio e o níquel, causa oxidação severa da aresta de corte, formando uma camada de óxido espessa e quebradiça acompanhada de fusão significativa, e deve ser estritamente evitado.
3. Controle dos principais parâmetros do processo: alcançando "microcirurgia" de precisão
Mesmo com um laser pulsado e gás inerte, a configuração dos parâmetros é a etapa final que determina o sucesso.
►Potência de pico e frequência de pulso: A potência de pico mais alta garante a vaporização eficaz do material, enquanto uma frequência de pulso adequada (não necessariamente maior é melhor) deve corresponder à velocidade de corte para garantir tempo de resfriamento suficiente para cada pulso.
►Velocidade de corte: Velocidade muito lenta leva a entrada excessiva de calor; muito rápido pode resultar em cortes incompletos ou arestas. O objetivo é usar a velocidade mais alta possível garantindo a penetração completa.
►Posição focal: Alinhe com precisão o foco ou ligeiramente dentro da superfície do material para obter o menor diâmetro do ponto e a maior densidade de energia para um corte mais fino.
►Taxa de fluxo do bocal e do gás: selecione um diâmetro de bocal apropriado e garanta um fluxo suficiente e estável de gás inerte de alta-pureza para formar uma cortina protetora eficaz e capacidade de ejeção eficiente.
