Cut Quality Problems: Dross / Mill Scale

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ड्रॉस (Dross / scoria) — यह क्या है और क्यों बनता है

ड्रॉस वह ऑक्सीडाइज़्ड, ठोस हो चुका पिघला हुआ धातु है जो लेज़र बीम के निकलने के बाद कट (kerf) में रह जाता है। यह लेज़र कटिंग की सबसे आम quality समस्या है। ड्रॉस इन रूपों में बन सकता है:

शीट के निचले edge के साथ बड़े, बुलबुले जैसे जमाव — low-speed dross (कम गति का ड्रॉस);
अनकटे material की छोटी ठोस पट्टियाँ — high-speed dross (उच्च गति का ड्रॉस);
शीट के ऊपरी सतह पर एक पतली परत — top spatter (ऊपरी छींटा)।

ड्रॉस बनने पर कई process variables का प्रभाव होता है: कटिंग हेड की गति, nozzle और workpiece के बीच की दूरी (standoff), gas pressure, voltage, और consumables की स्थिति। साथ ही material गुण भी प्रभाव डालते हैं — मोटाई, प्रकार, ग्रेड, रासायनिक संरचना, सतह की स्थिति, समतलता, और यहाँ तक कि कटिंग के दौरान material के तापमान में परिवर्तन। सबसे अधिक प्रभाव डालने वाले तीन parameters हैं: कटिंग गति, gas pressure और nozzle–workpiece दूरी।

Low-speed dross (कम गति का ड्रॉस)

यदि कटिंग गति बहुत कम है, तो लेज़र बीम कटने के लिए अतिरिक्त material "खोजने" लगता है। अपर्याप्त gas pressure पिघले हुए metal को kerf से उड़ाकर बाहर नहीं निकाल पाता। नतीजतन पिघला हुआ material शीट के निचले edge पर मोटे, गोलाकार जमावों के रूप में इकट्ठा हो जाता है — यही low-speed dross है। अत्यधिक power का अर्थ है कि किसी क्षण कटिंग क्षेत्र में अधिक ऊर्जा पड़ रही है। बहुत अधिक power या nozzle–workpiece के बीच बहुत कम standoff भी low-speed dross पैदा कर सकता है।

Low-speed dross से बचने के लिए:

कटिंग गति बढ़ाएँ।
Nozzle और workpiece के बीच की दूरी बढ़ाएँ।
Power घटाएँ।
यदि इनमें से किसी क्रिया से quality में सुधार न हो, तो छोटे व्यास के nozzle का उपयोग करने पर विचार करें।

High-speed dross (उच्च गति का ड्रॉस)

यदि कटिंग गति बहुत अधिक है, तो kerf के साथ-साथ कट "पिछड़ने" लगता है, जिससे अनकटे material की छोटी ठोस पट्टियाँ या शीट के निचले edge पर "लुढ़कता हुआ" ड्रॉस बनता है। High-speed dross अधिक मज़बूती से चिपकता है — इसे निकालने के लिए आमतौर पर भारी mechanical post-processing की ज़रूरत होती है। अत्यधिक गति पर कटिंग अस्थिर हो जाती है: kerf के अंदर बीम column की लंबाई बारी-बारी से बढ़ती-घटती है, जिससे चिंगारियों और पिघले metal का "लंबवत शिखर" बन जाता है। बीम पूरी मोटाई से धातु को न काट पाए या बुझ जाए — दोनों संभव हैं।

बड़ा nozzle–workpiece standoff या कम power (दी गई मोटाई और गति के लिए) भी high-speed dross पैदा कर सकता है।

High-speed dross से बचने के लिए:

Nozzle की घिसावट के संकेत जाँचें (निशान, nominal आकार से बड़ा छेद, या अंडाकार opening)।
कटिंग गति घटाएँ।
Nozzle–workpiece दूरी घटाएँ।
Power बढ़ाएँ।

Top spatter से बनने वाला ड्रॉस

Top spatter, workpiece के ऊपरी सतह पर बिखरे हुए ठोस हो चुके metal का जमाव है। इस प्रकार के ड्रॉस को हटाना आसान है। कारण: कटिंग गति बहुत अधिक या nozzle और workpiece के बीच की दूरी बहुत बड़ी। यह plasma plume के घूर्णी प्रवाह से उत्पन्न होता है, जो एक खास attack-angle पर पिघले metal को kerf के अंदर धकेलने के बजाय उसके सामने की ओर बाहर फेंक देता है।

Top spatter से बचने के लिए:

Nozzle की घिसावट जाँचें।
गति घटाएँ।
Nozzle–workpiece दूरी घटाएँ।

Dross-free window (ड्रॉस-मुक्त खिड़की)

जिन उच्च और निम्न कटिंग गतियों पर ड्रॉस बनता है, उनके बीच गति का एक विशेष range (window) होता है, जिसमें ड्रॉस बनता ही नहीं या न्यूनतम मात्रा में बनता है। इस window को पकड़ना — लेज़र systems पर कटे parts पर rework कम करने का मुख्य लक्ष्य है।

यह window gas पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, mild steel काटते समय nitrogen और air अपेक्षाकृत संकीर्ण (narrow) dross-free window देते हैं, जबकि oxygen के साथ window अधिक चौड़ा (wider) होता है। (Oxygen, mild steel से प्रतिक्रिया करके छोटी छींटें बनाता है; प्रत्येक बूँद का surface tension कम होता है, इसलिए वह आसानी से kerf से बाहर उड़ जाती है।)

Dross-free window material के प्रकार पर भी निर्भर है। उदाहरण के लिए, cold-rolled या pickled steel काटने पर hot-rolled या non-pickled steel की तुलना में कम ड्रॉस बनता है।

इष्टतम कटिंग गति निर्धारित करने के लिए:

विधि 1. अलग-अलग गतियों पर कई लगातार कट लगाएँ और वह गति चुनें जिस पर सबसे कम ड्रॉस बने। Drag lines (ड्रैग लाइनें) — कट सतह पर पड़ने वाली छोटी रेखाएँ — गति का अच्छा संकेतक हैं। कम गति पर drag lines vertical और शीट के तल के लम्ब होती हैं; उच्च गति पर वे झुकी हुई, S-आकार की होती हैं और निचले edge के साथ शीट के समानांतर चलती हैं। Drag lines पढ़कर operator समझ सकता है कि dross-free window में आने के लिए गति बढ़ानी है या घटानी है। अनेक operators आदत के अनुसार ड्रॉस दिखते ही machine को धीमा कर देते हैं — पर अक्सर सही action गति बढ़ाना होता है।
विधि 2. कटिंग के दौरान बीम को देखें और बीम arc की इष्टतम विशेषताएँ पाने के लिए गति को महत्वपूर्ण रूप से बदलें। उस कोण पर ध्यान दें जिस पर arc workpiece से बाहर निकलता है। यदि gas air है, तो शीट के निचले हिस्से से बाहर निकलते समय arc vertical होना चाहिए। यदि gas nitrogen है, तो arc का हल्का पीछे रहना सबसे अच्छा है। Oxygen के लिए, इष्टतम गति वह है जिस पर arc थोड़ा आगे बढ़ता है।