Cut Quality Problems: Dross / Mill Scale

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Escória (dross) — o que é e por que aparece

A escória é o metal fundido oxidado e solidificado que permanece na fenda de corte (kerf) após a passagem do feixe laser. É o problema de qualidade mais comum no corte a laser. A escória pode se formar como:

depósitos volumosos, em forma de bolhas, ao longo da borda inferior da chapa — escória de baixa velocidade;
pequenas tiras solidificadas de material não cortado — escória de alta velocidade;
uma camada fina ao longo da superfície superior da chapa — respingos superiores (top spatter).

A formação de escória depende de muitas variáveis do processo: velocidade de avanço da cabeça, distância entre o bico e a peça (standoff), pressão do gás, tensão e estado dos consumíveis. Também influenciam as características do material — espessura, tipo, grau, composição química, estado da superfície, planicidade e até variações de temperatura do material durante o corte. Os três parâmetros que mais influenciam a formação de escória são: velocidade de corte, pressão do gás e distância entre o bico e a peça.

Escória de baixa velocidade

Se a velocidade de corte for muito baixa, o feixe laser começa a "procurar" material adicional para cortar. Uma pressão de gás insuficiente não consegue expulsar o metal fundido da fenda. Como resultado, o material fundido se acumula ao longo da borda inferior da chapa formando depósitos esféricos espessos — é a escória de baixa velocidade. Potência excessiva significa que mais energia incide na zona de corte em um dado instante. Potência alta demais ou um standoff muito pequeno também podem produzir escória de baixa velocidade.

Para eliminar a escória de baixa velocidade:

Aumente a velocidade de corte.
Aumente a distância entre o bico e a peça.
Reduza a potência.
Se nenhuma dessas ações melhorar a qualidade do corte, considere usar um bico de diâmetro menor.

Escória de alta velocidade

Se a velocidade de corte for muito alta, o corte começa a "atrasar" ao longo da fenda, produzindo pequenas tiras solidificadas de material não cortado ou escória "rolante" ao longo da borda inferior da chapa. A escória de alta velocidade é mais resistente — sua remoção normalmente exige usinagem mecânica pesada. Em velocidades excessivas o corte torna-se instável: o comprimento da coluna do feixe dentro da fenda aumenta e diminui alternadamente, criando uma "crista longitudinal" de faíscas e material fundido. O feixe pode não atravessar toda a espessura do metal ou até se apagar.

Um standoff bico-peça grande ou uma potência baixa (para a espessura e velocidade dadas) também podem causar escória de alta velocidade.

Para eliminar a escória de alta velocidade:

Verifique o bico em busca de sinais de desgaste (mossas, furo superior à medida nominal ou orifício ovalado).
Reduza a velocidade de corte.
Reduza a distância entre o bico e a peça.
Aumente a potência.

Escória por respingos superiores

Os respingos superiores são um acúmulo de metal solidificado espalhado ao longo da superfície superior da peça. Esse tipo de escória é fácil de remover. Causas: velocidade de corte muito alta ou standoff muito grande. Eles surgem do fluxo turbilhonar da pluma de plasma, que, em certo ângulo de ataque, empurra o metal fundido para fora da frente da fenda em vez de empurrá-lo para dentro dela.

Para eliminar os respingos superiores:

Verifique o bico em busca de sinais de desgaste.
Reduza a velocidade.
Reduza a distância entre o bico e a peça.

Janela sem formação de escória

Entre a alta e a baixa velocidade nas quais surge a escória existe uma faixa específica (janela) de velocidades de corte em que a escória não se forma ou se forma muito pouco. Determinar essa janela é a tarefa central para minimizar o retrabalho de peças cortadas a laser.

Essa janela depende do gás. Por exemplo, nitrogênio e ar oferecem uma janela sem escória relativamente estreita ao cortar aço de baixo carbono, enquanto com oxigênio a janela é mais ampla. (O oxigênio reage com o aço de baixo carbono, formando pequenos respingos; cada gota tem menor tensão superficial e sai mais facilmente da fenda.)

A janela sem escória também depende do tipo de material. Por exemplo, ao cortar aço laminado a frio ou decapado forma-se menos escória do que ao cortar aço laminado a quente ou não decapado.

Para encontrar a velocidade de corte ótima:

Método 1. Faça vários cortes consecutivos em velocidades diferentes e escolha aquela com menor formação de escória. As linhas de arraste (drag lines) — pequenas estrias na face cortada — são um bom indicador de velocidade. Em baixas velocidades as linhas de arraste são verticais e perpendiculares ao plano da chapa; em altas velocidades elas são inclinadas, em forma de S, paralelas à chapa ao longo da borda inferior. Lendo as linhas de arraste, o operador identifica se deve aumentar ou diminuir a velocidade para entrar na janela sem escória. Muitos operadores reduzem instintivamente a velocidade assim que surge escória — mas muitas vezes o correto é aumentar a velocidade.
Método 2. Observe o feixe durante o corte e varie significativamente a velocidade para obter as melhores características do arco do feixe. Repare no ângulo com que o arco sai da peça. Com ar, o arco deve sair vertical pelo lado inferior da chapa. Com nitrogênio, é melhor um leve atraso do arco. Com oxigênio, a velocidade ótima é aquela em que o arco adianta-se ligeiramente.