Cắt laser fiber inox: nguyên lý, ưu điểm và cài đặt thông số

Cắt laser fiber inox là công nghệ chủ lực trong gia công inox hiện đại, nằm ở trung tâm của các phương pháp cắt – chấn – dập – lốc. Bài viết này đi thẳng vào nguyên lý hoạt động, ưu điểm thực tế và cách cài đặt thông số để đạt mép sáng, năng suất cao và chi phí tối ưu.

Nguyên lý cắt laser fiber inox

Cấu trúc nguồn và sự hấp thụ của inox

– Nguồn: Laser sợi quang (fiber laser) bước sóng ~1.06 μm, chất lượng chùm cao (M² ~1.1–1.5), truyền qua cáp quang đến đầu cắt.
– Optic: Collimator và thấu kính hội tụ (tiêu cự 100/125/150 mm) tạo điểm hội tụ nhỏ (spot ~50–150 μm).
– Hấp thụ: Inox hấp thụ tốt hơn ở 1 μm so với CO₂ 10.6 μm, giúp khởi nhiệt nhanh, ít phản xạ và ổn định keyhole hơn.

Cơ chế cắt

– Fusion cutting (với N₂/khí nén): Chùm laser làm chảy kim loại; khí trơ áp cao thổi kim loại lỏng ra khỏi kerf, mép cắt sáng, không oxit.
– Reactive cutting (với O₂): Phản ứng oxy hóa tỏa nhiệt bổ sung, cho phép cắt dày với công suất thấp hơn nhưng mép có lớp oxit, dễ đổi màu.

Vì sao chọn laser fiber cho inox?

– Tốc độ cao trên mỏng–trung bình (0.5–8 mm), đặc biệt với N₂ áp cao.
– Mép cắt sáng, phẳng, ít gia công sau cắt.
– Tiêu thụ điện thấp, bảo trì nguồn ít so với CO₂.
– Cắt được chi tiết nhỏ, khe cắt hẹp, độ chính xác lặp lại cao.
– Hạn chế: Độ dày rất lớn cần công suất cao; phản xạ ngược vẫn cần bảo vệ; yêu cầu khí sạch, khô.

Chọn khí trợ cắt khi cắt inox

– Nitơ (N₂ 99.995%): Lựa chọn tiêu chuẩn cho mép sáng, không oxit; áp suất cao 8–22 bar tùy độ dày và nozzle. Tăng áp lực cho tấm mỏng để đẩy xỉ sạch.
– Oxy (O₂ 99.5%+): Cho tốc độ/khả năng cắt dày tốt với công suất thấp hơn; áp suất thấp 0.4–1.5 bar; mép có oxit, dễ nhuộm màu, cần xử lý sau cắt nếu hàn/đánh bóng.
– Khí nén (air, khô, -40°C dew point, không dầu): Chi phí thấp, tốc độ gần N₂ ở tấm mỏng; áp 6–12 bar với lưu lượng lớn; mép hơi vàng nhạt, phù hợp chi tiết cơ khí không yêu cầu bóng sáng.
– Gợi ý nhanh:
– Mép sáng/hàn ngay: N₂.
– Cắt dày, giảm công suất: O₂.
– Tiết kiệm chi phí tấm ≤3 mm: Air với hệ lọc-khử ẩm tốt.

Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng cắt

– Công suất/độ dày: Công suất càng cao càng cắt dày nhanh. Quy tắc đầu ngón tay với N₂:
– 1–2 kW: Tốt cho 0.5–6 mm.
– 3–4 kW: 0.5–12 mm.
– 6–8 kW: 0.5–20+ mm.
– Tốc độ: Quá nhanh gây ba via bám dưới; quá chậm tạo gờ, quá nhiệt. Theo dõi vân cắt thẳng đều là tối ưu.
– Vị trí tiêu cự (focus position):
– N₂: Focus âm (đặt trong vật liệu) khoảng -0.3 đến -2.0 mm giúp đẩy xỉ sạch.
– O₂: Focus dương nhẹ (+0.3 đến +1.0 mm) để ổn định phản ứng oxy hóa và mở rộng kerf.
– Nozzle:
– Đường kính 1.0–2.0 mm (N₂ mỏng chọn nhỏ để tăng tốc; dày chọn lớn để tăng lưu lượng).
– Loại: Nozzle đơn cho O₂; nozzle đôi (conical) cho N₂/air áp cao.
– Tâm nozzle phải đồng tâm với chùm (nozzle centering) để phân bố khí đều.
– Chiều cao cắt: 0.6–1.0 mm (N₂) và 0.8–1.5 mm (O₂) tùy đường kính nozzle; ổn định nhờ cảm biến điện dung.
– Chất lượng chùm (M²), lens sạch, cửa sổ bảo vệ sạch: Bẩn gây vệt cháy, công suất hiệu dụng giảm.
– Khí sạch, khô: N₂ tinh khiết và air khô giúp mép sáng; ẩm/dầu gây bắn tóe, điểm cháy.

Quy trình cài đặt thông số từ A–Z

1) Chuẩn bị và hiệu chuẩn

– Làm sạch/đổi cửa sổ bảo vệ, kiểm tra lens.
– Căn tâm nozzle, kiểm tra thẳng trục đầu cắt.
– Hiệu chuẩn chiều cao cắt của cảm biến điện dung.
– Kiểm tra khí: áp thực tế, lưu lượng, độ tinh khiết/điểm sương.

2) Thiết lập ban đầu theo độ dày

– Chọn khí: N₂ (mép sáng) hoặc O₂/air theo yêu cầu.
– Chọn thấu kính: 100–125 mm cho ≤8 mm; 150 mm cho dày.
– Nozzle:
– ≤2 mm: Ø1.0–1.2 mm (N₂/air áp cao).
– 3–8 mm: Ø1.4–1.8 mm (N₂).
– O₂ dày: Ø1.0–1.5 mm.
– Focus:
– N₂: bắt đầu -0.5 mm (mỏng) đến -1.5 mm (trung bình), -2.0 mm (dày hơn).
– O₂: +0.3 đến +0.8 mm.
– Piercing:
– Step pierce/multi-pulse cho tấm dày, duty thấp để tránh bắn tóe.
– Gas: N₂ cao áp khi pierce N₂; O₂ thấp áp khi pierce O₂.
– Thêm dwell sau pierce 80–200 ms để ổn định.
– Lead-in/out:
– Lead-in 2–5 mm cho mỏng, 6–12 mm cho dày; dạng tròn/arc để tránh vết ở cạnh.
– Lead-out ngắn, hoặc micro-joint để giữ phôi.

3) Tối ưu hóa bằng thử nghiệm

– Chạy dải tốc độ (ladder): giữ công suất/áp suất cố định, tăng dần tốc độ; chọn vùng vân cắt thẳng, không ba via.
– Tinh chỉnh focus ±0.1–0.2 mm để tối đa hóa độ bóng và giảm bavia.
– Tinh chỉnh áp suất N₂:
– Mỏng: tăng áp cho mép sáng, dứt xỉ.
– Dày: giảm nhẹ để ổn định dòng chảy, tránh sương mù xỉ.
– Kiểm tra góc/đoạn ngắn: áp dụng corner feed override 30–60%, radius compensation, hoặc corner loop tránh cháy góc.
– Lưu thông số thành “recipe” theo vật liệu/độ dày.

Tham số khởi điểm gợi ý (tham khảo nhanh)

Lưu ý: Tham số thực tế phụ thuộc máy, nguồn, đầu cắt, chất lượng khí. Dùng để khởi điểm rồi tối ưu tại chỗ.

– Inox 304/201, N₂, lens 125 mm, nozzle đôi
– 1 kW
– 1.0 mm: 1 kW, 3000–4500 mm/ph, N₂ 16–20 bar, focus -0.4 mm, nozzle Ø1.0–1.2.
– 2.0 mm: 1 kW, 1200–1800 mm/ph, N₂ 14–18 bar, focus -0.6 mm, nozzle Ø1.2–1.4.
– 2 kW
– 3.0 mm: 2 kW, 1000–1400 mm/ph, N₂ 12–16 bar, focus -0.8 mm, nozzle Ø1.4.
– 6.0 mm: 2 kW, 300–550 mm/ph, N₂ 10–12 bar, focus -1.2 đến -1.5 mm, nozzle Ø1.6–1.8.
– 6 kW
– 8.0 mm: 6 kW, 900–1200 mm/ph, N₂ 10–12 bar, focus -1.5 đến -2.0 mm, nozzle Ø1.8–2.0.
– 12.0 mm: 6 kW, 200–450 mm/ph, N₂ 8–10 bar, focus -2.0 mm, nozzle Ø2.0.

– Inox 304/201, O₂ (cắt dày, chấp nhận oxit)
– 6.0 mm: 1–2 kW, 700–1000 mm/ph, O₂ 0.6–1.0 bar, focus +0.3 đến +0.6 mm, nozzle đơn Ø1.0–1.2.
– 10–12 mm: 3–4 kW, 300–600 mm/ph, O₂ 0.8–1.2 bar, focus +0.5 đến +1.0 mm, nozzle Ø1.2–1.5.

– Inox mỏng bằng khí nén (air, hệ lọc tốt)
– 1.0–2.0 mm: 2 kW, 2000–4000 mm/ph, 8–10 bar, focus -0.5 mm, nozzle Ø1.2–1.4.

Khắc phục lỗi thường gặp

– Ba via bám mặt dưới:
– Tăng áp N₂; giảm tốc nhẹ; focus âm hơn 0.1–0.3 mm; kiểm tra nozzle lệch tâm/bị mòn.
– Mép xám/vàng (N₂):
– Khí ẩm/bẩn → kiểm tra lọc, thay chai; tăng áp; tránh quá nhiệt (giảm công suất hoặc tăng tốc).
– Cháy góc/đục lỗ to:
– Tăng corner override; lead-in tròn dài hơn; thêm dwell sau pierce; giảm duty/điện áp trong giai đoạn đục lỗ.
– Vân cắt nghiêng/gợn lớn:
– Focus sai; lens bẩn; chiều cao cắt không ổn định; kiểm tra M² nguồn.
– Không đục thủng:
– Tăng công suất/giảm tốc pierce; đổi step pierce; dùng O₂ pierce rồi chuyển N₂ (nếu CNC hỗ trợ) cho tấm dày.
– Bắn tóe lên cửa sổ bảo vệ:
– Tăng khoảng cách pierce; dùng shield gas phù hợp; kiểm tra áp và thời gian gas pre-flow.

Thực hành CNC để nâng năng suất

– Nesting tối ưu: common-line cutting cho tấm mỏng, giữ khoảng cách xỉ cho N₂.
– Micro-joints/tab: 0.2–0.5 mm giữ chi tiết nhỏ, tránh bật chi tiết va chạm đầu cắt.
– Lead-in/out và thứ tự cắt: cắt chi tiết nhỏ trước, cắt từ trong ra ngoài, tránh biến dạng nhiệt.
– Gia tốc/giảm tốc: bật chức năng corner smoothing, feed override theo bán kính nhỏ.
– Kerf compensation: kiểm tra bù dao ±0.05–0.15 mm tùy độ dày và nozzle.

An toàn, môi trường và bảo trì

– An toàn laser class 4: che chắn buồng cắt, kính bảo hộ đúng bước sóng, khóa liên động.
– Hút lọc khói bụi: khói cắt inox có thể chứa hợp chất Cr-Ni; dùng hệ thống lọc đạt chuẩn để bảo vệ người vận hành.
– Bảo trì định kỳ:
– Vệ sinh/đổi cửa sổ bảo vệ theo giờ cắt.
– Kiểm tra/làm sạch nozzle mỗi ca.
– Chiller ở 22–26°C, báo động lưu lượng nước phải thông.
– Kiểm tra rò rỉ khí, thay lõi lọc khí nén theo lịch.

Nguồn tham khảo

– IPG Photonics – Laser Cutting Application Notes: https://www.ipgphotonics.com
– TWI Global – Laser cutting of stainless steels: https://www.twi-global.com
– TRUMPF – Basics of laser cutting: https://www.trumpf.com
– Bystronic – Cutting parameters and application tips: https://www.bystronic.com
– OSHA/NIOSH – Fume control in laser cutting stainless: https://www.osha.gov

Kết luận

Để cắt laser fiber inox đạt mép sáng, ổn định và năng suất, hãy: chọn đúng khí theo yêu cầu thành phẩm; thiết lập tiêu cự chuẩn (- cho N₂, + nhẹ cho O₂); tối ưu công suất–tốc độ–áp suất theo độ dày; đảm bảo nozzle/optics sạch và khí khô, tinh khiết; áp dụng chiến lược pierce và corner control hợp lý. Thực hiện thử nghiệm có kiểm soát để “chốt” recipe cho từng mác/độ dày và duy trì bảo trì định kỳ. Với quy trình trên, bạn sẽ kiểm soát được chất lượng, chi phí và tiến độ một cách nhất quán.

Cần tham số cài đặt cụ thể cho máy tại xưởng bạn? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được tư vấn và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com