Зона термического воздействия при лазерной маркировке: влияние на качество гравировки и маркировки

Лазерная маркировка давно стала стандартом в промышленности благодаря высокой точности, долговечности и отсутствию расходных материалов. С помощью волоконных лазерных маркеров на изделия наносят серийные номера, QR-коды, Data Matrix коды, логотипы и техническую информацию. Однако качество маркировки зависит не только от мощности оборудования и настроек программы, но и от такого важного параметра, как зона термического воздействия (ЗТВ).

Во время работы лазера часть энергии концентрируется непосредственно в области маркировки, а часть распространяется в окружающий материал в виде тепла. Именно этот процесс приводит к образованию зоны термического воздействия.

Что такое зона термического воздействия?

Зона термического воздействия (ЗТВ) — это область материала, расположенная рядом с участком лазерной обработки, которая не подвергается плавлению или испарению, но испытывает нагрев, достаточный для изменения структуры и свойств поверхности.

Во время лазерной маркировки энергия концентрируется в небольшой зоне воздействия. Основная её часть участвует в формировании изображения, текста или кода, однако часть тепла распространяется в соседние участки за счёт теплопроводности материала. В результате окружающая область сохраняет свою геометрию, но может испытывать изменения микроструктуры, цвета поверхности или механических свойств.

В отличие от лазерной резки и сварки, где размеры ЗТВ могут измеряться миллиметрами, при лазерной маркировке зона термического воздействия обычно значительно меньше и зачастую составляет доли миллиметра.

Почему важно контролировать ЗТВ?

Несмотря на небольшие размеры, зона термического воздействия способна влиять на качество маркировки и внешний вид изделия.

Контрастность изображения

Избыточный нагрев может вызывать появление потемнений вокруг символов и ухудшать контраст маркировки.

Чёткость мелких элементов

При нанесении QR-кодов, Data Matrix кодов и микротекста важно сохранить чёткие границы элементов. Увеличение зоны термического воздействия может привести к снижению детализации и ухудшению считываемости кодов.

Стабильность характеристик материала

Для изделий, используемых в машиностроении, электронике, приборостроении и медицинской промышленности, важно исключить нежелательные изменения структуры материала и сохранить его первоначальные свойства.

От чего зависит размер ЗТВ?

Размер зоны термического воздействия определяется несколькими факторами.

Мощность лазерного излучения

Чем выше мощность лазера, тем больше тепловой энергии получает материал и тем шире может стать зона нагрева.

Скорость маркировки

Увеличение скорости перемещения луча сокращает время воздействия на одну точку и способствует уменьшению ЗТВ.

Параметры импульса

Длительность и частота импульсов оказывают существенное влияние на распределение тепла. Современные лазерные источники позволяют точно настраивать эти параметры под конкретную задачу.

Свойства материала

Нержавеющая сталь, алюминий, латунь, титан и другие материалы обладают различной теплопроводностью и по-разному реагируют на лазерное воздействие.

Как выглядит ЗТВ на разных материалах?

Размер и визуальное проявление зоны термического воздействия зависят не только от параметров лазера, но и от свойств самого материала.

Нержавеющая сталь AISI 304

При маркировке нержавеющей стали вокруг зоны воздействия часто наблюдается изменение цвета поверхности. Это связано с образованием оксидной плёнки под действием температуры.

На правильно настроенном оборудовании изменение цвета остаётся минимальным и не влияет на качество маркировки. Однако при завышенной мощности зона термического воздействия становится более заметной и может ухудшать внешний вид изделия.

Анодированный алюминий

Анодированный алюминий считается одним из наиболее удобных материалов для лазерной маркировки. Лазер удаляет верхний слой покрытия, формируя контрастное изображение, при этом тепловое воздействие на окружающий материал остаётся минимальным.

Поэтому визуально ЗТВ на анодированном алюминии практически отсутствует.

Латунь

Латунь обладает высокой теплопроводностью, поэтому тепло распространяется по материалу быстрее, чем на многих других металлах.

При неправильно подобранных параметрах вокруг маркировки может появляться более широкая зона изменения цвета поверхности. Именно поэтому для латуни особенно важно правильно подбирать мощность и скорость обработки.