Sample quality effects of laser cutting : An empirical study on the heat affected zone and the surface quality in laser cut samples

This study has been conducted with the aim to examine the extent of the heat affected zone in order to use laser cutting when making samples for tensile testing. When cutting with a laser the material absorbs heat energy from the laser beams which causes changes in the microstructure. The heat affected zone affects the properties of the materials, lowering the accuracy of the tensile test. Therefore, it is desired to know the extent of the heat affected zone in order to remove it before tensile testing. In this study two materials were used, the high strength steel Docol 1000DP and the duplex stainless steel LDX 2101. The materials were cut in the shape of dog bones for tensile testing using two different laser powers, 2500 W and 3500 W. The samples were cut with different cutting speeds, starting at lower cutting speed, increasing until the laser was unable to cut through. Thereafter, the heat affected zone, and the surface quality was examined. The results from this study showed that the heat affected zone decreases with increased cutting speed. When cutting with high cutting speeds in Docol 1000DP it is enough to turn away 0.30 mm in order to remove the heat affected zone with margin. Negligible difference in heat affected zone was observed between the samples cut with 2500 W and 3500 W. The heat affected zone in LDX 2101 was very small, in order of 50 μm, making it hard to measure. This resulted in no exact measurements being made. However, the heat affected zone was in the order of 50 μm for all samples, concluding that turning away 0.15 mm is sufficient to remove the heat affected zone with margin. No difference could be observed between the samples cut with a laser power of 2500 W or 3500 W. Common to both materials is that the amount of dross decreases with increased cutting speed.Denna studie har utförts i syfte att undersöka utsträckningen av den värmepåverkade zonen för att kunna använda laserskärning för att skära prover till dragprovning. Ett problem med laserskärning är att metaller absorberar värmeenergin, vilket orsakar förändringar i mikrostrukturen. Denna värmepåverkade zon bör minimeras och avlägsnas från metallen, då det minskar kvalitén på proverna samt på dragprovningen. I denna studie har två material undersökts, det höghållfasta stålet Docol 1000DP och det duplexa rostfria stålet LDX 2101. Stålen skars ut i form av hundben för dragprovning med två olika effekter på lasern 2500 W och 3500 W. Proverna skars ut med olika skärhastigheter, började med lägre hastigheter och ökade sedan tills lasern inte längre kunde skära igenom materialet. Därefter undersöktes både den värmepåverkade zonen och kvaliteten på skärytan. Resultaten från denna studie visade att den värmepåverkade zonen minskar med ökad skärhastighet. Vid skärning i Docol 1000DP med höga skärhastigheter räcker det att avlägsna 0,30 mm för att ta bort den värmepåverkade zonen med marginal. Ingen skillnad i värmepåverkad zon observerades mellan proverna skurna med 2500 W och 3500 W vid skärning med högsta skärhastigheten för varje lasereffekt. Den värmepåverkade zonen i LDX 2101 var mycket liten, i storleksordningen 50 μm, vilket gjorde den svårt att mäta. Slutsatsen gav att det är tillräckligt att avlägsna 0,15 mm för att avlägsna den värmepåverkade zonen med marginal. Ingen skillnad kunde observeras mellan proverna skurna med en lasereffekt på 2500 W eller 3500 W. Gemensamt för båda materialen var att gradbildningen minskade med ökad skärhastighet