Лазерная маркировка деталей: способы, стойкость, DataMatrix и прослеживаемость

Зачем маркировать деталь

Маркировка связывает деталь с документами. По номеру на детали находят чертёж и его изменение, по номеру партии — плавку металла, операции, протокол контроля первой детали и документ о качестве. Когда в сборке обнаружен брак, прослеживаемость сужает отзыв до одной партии вместо всей продукции.

ГОСТ 26828-86 определяет маркировку как знаки, символы, надписи и изображения, которые дают краткую информацию об изделии и изготовителе, и различает маркировку, нанесённую прямо на изделие, и накладные элементы — таблички и этикетки. Лазер относится к первой группе: метка остаётся на самой детали, её нельзя потерять вместе с биркой.

Какой лазер для какого материала

Выбор определяет длина волны: материал должен её поглощать. По данным Keyence:

Keyence прямо пишет, что CO2-лазер металл эффективно не маркирует: длинная волна отражается от металлической поверхности. Для оксидирования и отжига металла Keyence рекомендует основную длину волны — 1064 или 1090 нм. УФ-лазер Keyence применяет и для снятия покрытий: короткая волна снимает слой с малым нагревом основы.

Три способа маркировки металла

Гравировка. Луч большой мощности испаряет металл, повторными проходами получают глубокую гравировку (Keyence). Рельеф остаётся различимым и под слоем краски, но канавка — это концентратор напряжений и карман для грязи.

Отжиг. Металл не удаляется: нагрев создаёт на поверхности оксидную плёнку, которая и даёт тёмный или цветной оттенок. По Coherent, метка становится тёмной, когда оксидный слой нарастает до определённой толщины. Поверхность остаётся гладкой, рельефа нет. Родственная штука — побежалость после сварки: тоже оксидная плёнка от нагрева.

Удаление покрытия. Луч снимает краску, анодный слой или другое покрытие в окне, контраст даёт открытый металл. Этот способ годится для уже окрашенных и анодированных деталей. Keyence описывает ещё белую маркировку: луч оплавляет поверхность и меняет её отражающую способность.

Как выбрать способ

Во всех случаях цех подбирает режим под свой лазер. Заказчику достаточно задать требования к результату: содержание, место, размер, контраст и стойкость к последующим операциям.

Отжиг и коррозионная стойкость нержавейки

Здесь источники расходятся, и это важно для заказчика.

Keyence утверждает, что отжиговая маркировка затрагивает только точную область и сохраняет защитный слой, так что нержавейку можно маркировать без ущерба. Статья Дж. Шеннона (Coherent) и Г. Фирмента (Laser-Micro) показывает, что это верно не для любого режима. Если после маркировки в поверхностном слое нарушен баланс хрома, кислота пассивации вытравливает этот слой и метка бледнеет или исчезает. По их анализу EDX, у меток, не выдержавших пассивацию, хрома было примерно на 15 % меньше, чем у выдержавших.

Практические выводы из той же работы:

• метод пассивации заказчик выбирает по ASTM A967; с точки зрения маркировки авторы предпочитают лимонную кислоту: азотная, по их данным, сокращает жизнь метки при циклах автоклавной очистки;
• для маркировки коррозионностойких поверхностей рекомендуют наносекундные волоконные, наносекундные УФ и инфракрасные пикосекундные лазеры, выбор зависит от материала.

Из этого следует простое правило для заказа: режим маркировки — мощность, частоту импульсов, скорость — подтверждают на образцах той же марки и той же отделки поверхности, прошедших тот же цикл пассивации, что и партия.

Как работает пассивация и зачем её делают после мехобработки и сварки — в статье «Пассивация нержавеющей стали».

Что маркировать: номер, партия, Data Matrix

Типовой состав маркировки детали:

• обозначение детали по чертежу, при необходимости с номером изменения;
• номер партии или серийный номер — связь с плавкой, операциями и протоколами;
• товарный знак или код изготовителя — если это требует заказчик;
• двумерный код с теми же данными, чтобы считывать сканером без ошибок ручного ввода.

Код Data Matrix описывает ГОСТ Р ИСО/МЭК 16022-2008 — он идентичен ISO/IEC 16022:2006, введён с 1 января 2010 года и действует с Изменением № 1. Символ состоит из квадратных модулей внутри шаблона поиска; стандарт описывает тёмные модули на светлом фоне, но допускает и светлые на тёмном. Существуют две версии символики — ECC 000–140 и ECC 200, стандарт задаёт кодирование данных, форматы символов, требования к размерам и качеству печати, исправление ошибок.

Качество кода, нанесённого прямо на деталь, оценивают не как у этикетки. Для прямой маркировки есть методика ISO/IEC 29158. Она выросла из технического отчёта ISO/IEC TR 29158:2011 (на основе AIM DPM-1-2006), который в 2020 году заменён стандартом; действующую редакцию проверьте при заключении договора. По Keyence, методика предназначена для кодов Data Matrix и QR, нанесённых прямо на изделие, и применяется вместе с общим стандартом ISO/IEC 15415. Если заказчик читает код на своей линии, согласуйте методику проверки и минимальный класс качества в договоре.

Где разместить маркировку

Требований к месту в прочитанных стандартах нет, поэтому это решение конструктора. Практичные правила:

• нефункциональная плоская поверхность — не посадочная, не уплотнительная, не базовая для контроля;
• видна после сборки и покраски — иначе теряется смысл прослеживаемости; если деталь окрашивают целиком, гравировка или маскирование места;
• вне зон нагрузки — канавка гравировки на сильно нагруженном участке становится концентратором;
• размер под сканер и шрифт — участок должен вместить код с чистой зоной вокруг и текст читаемой высоты;
• после мехобработки — чтобы метку не сняли следующей операцией; если термообработка или покрытие идут потом, проверьте, выдержит ли их метка.

Как задать маркировку на чертеже

ГОСТ 2.314-68 (действует) устанавливает правила:

• указания помещают в технических требованиях и начинают словами «Маркировать…» или «Клеймить…»;
• место отмечают точкой с линией-выноской к знаку маркирования — окружности диаметром 10–15 мм, внутри которой номер пункта технических требований; знак клеймения — равносторонний треугольник высотой 10–15 мм;
• если маркируют определённую часть — головку болта, торец вала, — знак не ставят, а место называют в технических требованиях;
• если указания даны в технических условиях, на чертеже пишут «Маркировать по ТУ…»;
• если маркировать деталь нельзя — «Маркировать… на бирке»;
• участок для маркировки при необходимости ограничивают сплошной тонкой линией с размерами или изображают саму маркировку.

Пример пункта технических требований: «3. Маркировать обозначение детали, номер партии и код Data Matrix с теми же данными. Способ — лазер, отжиг. Высота шрифта — … мм, размер кода — … мм». Способ маркировки на чертеже стоит писать, только если он важен для функции детали — например, запрет гравировки на тонкой стенке. Иначе оставьте выбор цеху и задайте требования к результату.

Приёмка маркировки

При приёмке деталей проверьте на первой детали и выборочно в партии:

• содержание — совпадает с чертежом и сопроводительными документами;
• место и размеры участка — по чертежу;
• читаемость текста и считывание кода сканером в условиях заказчика;
• для нержавейки — внешний вид метки после пассивации и отсутствие следов коррозии.

Для наглядного образца маркировки и методики проверки кода удобно зафиксировать эталон в протоколе первой детали — дальше партию сравнивают с ним.