คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับการตัดเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยเลเซอร์: การเลือกแก๊ส พารามิเตอร์ และการแก้ไขปัญหา

บทนำ: วัสดุที่ทำงานด้วยปฏิกิริยาเคมี

เหล็กกล้าคาร์บอน — เหล็กกล้าอ่อนและแผ่นโครงสร้าง — เป็นวัสดุที่มีปริมาณการผลิตสูงสุดในโรงงานแปรรูปส่วนใหญ่ และเป็นที่ที่เลเซอร์ใยแก้วนำแสงให้ประสิทธิภาพที่น่าประทับใจที่สุด เครื่องจักรที่ทำงานได้ไม่ดีบนเหล็กกล้าไร้สนิมหนา 10 มม. มักจะตัดเหล็กกล้าคาร์บอนหนา 20 มม. ด้วยออกซิเจน ซึ่งขับเคลื่อนด้วยเคมีระหว่างแก๊สช่วยและเหล็ก แทนที่จะใช้กำลังเลเซอร์เพียงอย่างเดียว

การเปลี่ยนจากการตัดเหล็กกล้าไร้สนิมต้องเลิกนิสัยการใช้ไนโตรเจน: เหล็กกล้าไร้สนิมใช้ไนโตรเจนแรงดันสูงเพื่อให้ได้ขอบที่สว่างและปราศจากออกไซด์ ในขณะที่เหล็กกล้าคาร์บอนใช้ ออกซิเจนแรงดันต่ำที่ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนภายในร่องตัด สิ่งนี้จะสร้างขอบที่เกิดออกซิเดชันและอาจมีเศษโลหะตกค้างที่ด้านล่างของแผ่นหนา ซึ่งเป็นเรื่องปกติ ไม่ใช่ข้อบกพร่อง คู่มือนี้ครอบคลุมการเลือกแก๊ส พารามิเตอร์ตามความหนา การเจาะแผ่นหนาโดยไม่เกิดการระเบิด และการจัดการชั้นออกไซด์

เหตุใดออกซิเจนจึงเปลี่ยนแปลงทุกอย่างบนเหล็กกล้าคาร์บอน

เมื่อลำแสงออกซิเจนสัมผัสกับเหล็กที่ถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ติดไฟ เหล็กจะลุกไหม้ การรวมกันของเหล็กและออกซิเจนจะก่อตัวเป็นเหล็กออกไซด์ ปลดปล่อยความร้อนจำนวนมากภายในโซนตัด — พลังงานเพิ่มเติมที่ทำหน้าที่หนัก:

• การตัดที่หนาขึ้นด้วยกำลังเท่าเดิม: เลเซอร์ใยแก้วนำแสงโดยทั่วไปจะตัดเหล็กกล้าคาร์บอนได้หนาสูงสุด 1.5 ถึง 2 เท่าของความหนาสูงสุดที่สามารถตัดเหล็กกล้าไร้สนิมได้ด้วยกำลังระดับเดียวกัน

• แรงดันแก๊สต่ำ: การตัดเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยไนโตรเจนโดยทั่วไปจะใช้แรงดัน 10 ถึง 20 บาร์ที่หัวฉีด การตัดเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยออกซิเจนโดยทั่วไปจะใช้แรงดัน 0.3 ถึง 0.8 บาร์ แรงดันสูงไม่ได้ช่วยอะไร มันเพียงแค่เป่าผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาออกไปและทำให้ร่องตัดเย็นลง

• ชั้นออกไซด์บนพื้นผิวที่ตัด: ปฏิกิริยาที่เพิ่มพลังงานยังทำให้พื้นผิวใหม่เกิดออกซิเดชัน — ลักษณะปกติของเหล็กกล้าคาร์บอนที่ยอมรับได้สำหรับการใช้งานโครงสร้างส่วนใหญ่

ผลลัพธ์ที่ได้คือการเลือกแก๊สและแรงดันมีความสำคัญแตกต่างจากเหล็กกล้าไร้สนิม และช่วงพารามิเตอร์จะกว้างขึ้น ทำให้ผู้ปฏิบัติงานมีความยืดหยุ่นมากขึ้น

การเลือกแก๊ส: ออกซิเจน อากาศ หรือไนโตรเจน

*แรงดันเป็นจุดเริ่มต้นโดยประมาณที่หัวฉีด — ตรวจสอบกับข้อมูลของผู้ผลิตเครื่องจักรและระบบจ่ายแก๊สของคุณ

อากาศ: การเล่นต้นทุนบนแผ่นบาง

บนแผ่นบาง อากาศอัดมักเป็นตัวเลือกที่มีต้นทุนการดำเนินงานต่ำที่สุด โดยไม่ต้องมีสัญญาจัดหาออกซิเจน ในขณะที่ให้การเกิดออกซิเดชันน้อยลงเนื่องจากปฏิกิริยาที่ขาดออกซิเจน อากาศต้องสะอาดและแห้ง เนื่องจากความชื้นและน้ำมันจะทำให้คุณภาพการตัดและเลนส์เสียหาย บนเหล็กบางชนิด ขอบที่ตัดด้วยอากาศอาจแข็งเล็กน้อย ซึ่งเป็นข้อควรพิจารณาที่สำคัญหากขอบจะผ่านการตัดเฉือนหรือขึ้นรูปในภายหลัง

ไนโตรเจน: เมื่อขอบต้องเปลือยเท่านั้น

ไนโตรเจนบนเหล็กกล้าคาร์บอนให้ผลลัพธ์เพียงสิ่งเดียว — ขอบที่ปราศจากออกไซด์และสว่าง — โดยแลกกับความเร็ว ต้นทุนแก๊ส และความต้องการพลังงาน เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่จะนำไปเคลือบผงหรือชุบสังกะสีโดยตรง แม้ว่าสำหรับโรงงานส่วนใหญ่ ออกซิเจนบวกกับการขจัดคราบจะประหยัดกว่าไนโตรเจนสำหรับพื้นผิวที่ทาสีเหมือนกัน

จุดเริ่มต้นพารามิเตอร์ตามความหนา

เครื่องจักรและชุดวัสดุแต่ละเครื่องแตกต่างกัน ใช้กรอบด้านล่างเป็นพื้นฐานสำหรับการตัดด้วยออกซิเจน จากนั้นพัฒนากำลังการผลิตผ่านการตัดทดสอบบนแผ่นจริง คุณภาพขึ้นอยู่กับคุณภาพลำแสง สภาพหัวฉีด ความแม่นยำของโฟกัส และการจ่ายแก๊สอย่างมาก

*ช่วงโดยประมาณเท่านั้น เครื่อง 3 กิโลวัตต์อาจตัดได้ 12–16 มม. ขึ้นอยู่กับคุณภาพลำแสงและการตั้งค่า ในขณะที่ระบบ 6 กิโลวัตต์โดยทั่วไปจะตัดได้เกิน 20 มม. กำลังกำหนดขีดจำกัดสูงสุด ในขณะที่แก๊สและโฟกัสกำหนดคุณภาพ

กฎการปรับทั่วไป

• เศษโลหะตกค้างที่ด้านล่างของการตัดด้วยออกซิเจนมักบ่งชี้ถึงความไม่สมดุลที่ไม่ถูกต้อง: ตรวจสอบความลึกโฟกัสและแรงดันแก๊สก่อนเพิ่มกำลัง

• ขอบบนไหม้บนแผ่นบางบ่งชี้ถึงพลังงานที่มากเกินไป: ลดกำลัง เพิ่มความเร็ว หรือลดแรงดันออกซิเจน

• รอยขีดข่วนหยาบบนแผ่นหนาโดยทั่วไปบ่งชี้ถึงปัญหาความลึกโฟกัส ความบริสุทธิ์ของแก๊ส หรือปัญหาเกี่ยวกับเลนส์ มากกว่าข้อจำกัดด้านกำลัง

• สเกลโรงงานมีความสำคัญ: แผ่นรีดร้อนติดไฟและตัดแตกต่างจากแผ่นที่ผ่านการดองหรือพ่นทรายเสมอ ตรวจสอบพารามิเตอร์อีกครั้งเมื่อสภาพพื้นผิวเปลี่ยนแปลง

การตั้งค่าโฟกัสและหัวฉีดสำหรับการตัดด้วยออกซิเจน

การตัดด้วยออกซิเจนจะสร้างร่องตัดที่กว้างกว่าการตัดด้วยไนโตรเจน ควบคู่ไปกับพฤติกรรมโฟกัสที่แตกต่างกัน

• แผ่นบาง: โฟกัสที่หรือใกล้พื้นผิวบนสุดให้การตัดที่เร็วที่สุดและสะอาดที่สุด

• แผ่นขนาดกลางและหนา: ออฟเซ็ตติดลบ (โฟกัสภายในวัสดุ) จะกระจายพลังงานไปทั่วความลึกของการตัดและลดเศษโลหะตกค้างที่ด้านล่าง ปรับละเอียดสิ่งนี้ผ่านการตัดทดสอบ

• หัวฉีดและระยะห่าง: หัวฉีดที่เสียหายหรือไม่อยู่ตรงกลางจะทำให้ลำแสงออกซิเจนบิดเบี้ยวและสร้างเศษโลหะที่ไม่สมมาตร ระยะห่างโดยทั่วไปคือ 0.5 ถึง 1.5 มม. บนหัวสมัยใหม่ และต้องคงที่

• การจ่ายแก๊ส: ตรวจสอบแรงดันออกซิเจนโดยตรงที่หัวฉีดภายใต้สภาวะการตัด แทนที่จะพึ่งพาการอ่านค่าจากตัวควบคุมเพียงอย่างเดียว

การเจาะเหล็กกล้าคาร์บอน: ที่ซึ่งออกซิเจนกัดกลับ

จุดที่ล้มเหลวบ่อยที่สุดในการแปรรูปเหล็กกล้าคาร์บอนคือการเจาะมากกว่าการตัด ออกซิเจนและเหล็กที่ร้อนจัดเป็นส่วนผสมที่ทรงพลัง การเจาะด้วยออกซิเจนเต็มกำลังบนแผ่นหนาอาจปะทุอย่างรุนแรง ทำให้โลหะหลอมเหลวสาดใส่หัวฉีดและเลนส์ป้องกัน

• การเจาะแบบพัลส์หรือแบบค่อยเป็นค่อยไป: เริ่มต้นด้วยลำแสงแบบพัลส์หรือแบบค่อยเป็นค่อยไปแทนที่จะใช้กำลังเต็มที่อย่างต่อเนื่อง เพื่อควบคุมการทะลุผ่านและลดการปะทุของโลหะหลอมเหลว

• แก๊สช่วยควบคุม: เครื่องจักรหลายเครื่องเจาะด้วยออกซิเจนที่ลดลงหรือล่าช้า หรือใช้อากาศ/ไนโตรเจนสำหรับช่วงการเจาะก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นออกซิเจนสำหรับการตัด ควรปฏิบัติตามขั้นตอนการเจาะที่ผู้ผลิตแนะนำเสมอ

• เผื่อเวลาเจาะเพียงพอ: แผ่นหนาต้องใช้เวลาเจาะนานขึ้น การเร่งกระบวนการจะทำให้เกิดการระเบิดและทิ้งรอยเริ่มต้นที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนขนาดใหญ่

• ตรวจสอบหลังการเจาะ: การระเบิดจะทำให้หัวฉีดและเลนส์ป้องกันเสียหายก่อน ตรวจสอบส่วนประกอบทั้งสองก่อนตัด เนื่องจากหัวฉีดที่เสียหายจะรับประกันชิ้นงานที่บกพร่อง

คำถามเกี่ยวกับชั้นออกไซด์: ยอมรับ ลด หรือกำจัด

การตัดด้วยออกซิเจนโดยเนื้อแท้จะทิ้งชั้นออกไซด์ไว้บนพื้นผิวที่ตัด และบนแผ่นหนา จะมีเศษโลหะ (ตะกรัน) ที่ขอบด้านล่าง การพิจารณาว่าต้องมีการแทรกแซงหรือไม่ขึ้นอยู่กับการดำเนินงานในขั้นตอนต่อไป

• ยอมรับ: สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้าง ตัวยึด และชิ้นส่วนที่เชื่อมหรือทาสีก่อนประกอบ ออกไซด์และเศษโลหะตกค้างเล็กน้อยอยู่ในพารามิเตอร์ที่คาดหวัง ข้อกำหนดโครงสร้างหลายอย่างอนุญาตให้ใช้ขอบที่ตัดด้วยออกซิเจนได้อย่างชัดเจน

• ลด: เศษโลหะตกค้างที่ด้านล่างสามารถลดให้เหลือน้อยที่สุด — แม้ว่าจะไม่สามารถกำจัดได้ทั้งหมดบนแผ่นหนา — โดยการรักษาความลึกโฟกัสที่ถูกต้อง แรงดันภายในช่วงของเครื่องจักร และความเร็วที่ตรงกับความหนา การตัดที่ต่ำกว่าความเร็วสูงสุดเล็กน้อยมักจะลดเศษโลหะได้มีประสิทธิภาพมากกว่าการเพิ่มกำลัง

• กำจัด: ชิ้นส่วนที่ตั้งใจจะเคลือบผง ชุบสังกะสี หรือประกอบที่มีความคลาดเคลื่อนสูงต้องได้รับการบำบัด: การเจียรขอบด้านล่างเล็กน้อย การตัดด้วยอากาศที่ยอมรับออกซิเดชันที่บางกว่าได้ หรือการตัดด้วยไนโตรเจนที่ต้องหลีกเลี่ยงออกซิเดชันโดยสิ้นเชิง

กฎทั่วไป: กำหนดข้อกำหนดขอบก่อนเลือกแก๊สช่วย ออกซิเจนให้การตัดที่เร็วที่สุดและประหยัดที่สุด แต่ต้องพิจารณาข้อกำหนดการตกแต่งขอบในขั้นตอนการทำงานโดยรวม

การอ้างอิงการแก้ไขปัญหาอย่างรวดเร็ว

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: เศษโลหะที่ขอบด้านล่างของการตัดเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยออกซิเจนเป็นเรื่องปกติหรือไม่?

ตอบ: บนแผ่นหนา ใช่ ออกไซด์และเศษโลหะตกค้างบางส่วนที่ด้านล่างเป็นลักษณะโดยธรรมชาติของการตัดด้วยออกซิเจน การตั้งค่าโฟกัส แรงดัน และความเร็วที่ถูกต้องจะช่วยลดสิ่งเหล่านี้ และการเจียรเบาๆ จะกำจัดสิ่งเหล่านี้ออกเมื่อจำเป็น ไม่ใช่สัญญาณของเครื่องจักรทำงานผิดปกติ

ถาม: ฉันสามารถตัดเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยไนโตรเจนหรืออากาศแทนออกซิเจนได้หรือไม่?

ตอบ: อากาศทำงานได้ดีบนแผ่นบาง (โดยทั่วไปสูงสุด 3–6 มม.) ด้วยต้นทุนแก๊สที่ต่ำกว่า ส่งผลให้ขอบออกซิเดชันเบาลง ไนโตรเจนให้ขอบที่สว่างและปราศจากออกไซด์ แต่จะช้ากว่าและแพงกว่ามาก ทำให้ประหยัดได้เฉพาะเมื่อช่วยลดขั้นตอนต่อไป เช่น การขจัดคราบก่อนการเคลือบ

ถาม: เหตุใดการตัดด้วยออกซิเจนจึงใช้แรงดันแก๊สต่ำกว่าการตัดด้วยไนโตรเจน?

ตอบ: ออกซิเจนทำปฏิกิริยาทางเคมีกับเหล็กและสร้างพลังงานความร้อน ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้แรงดันเชิงกลสูงเพื่อดันวัสดุหลอมเหลวออกไป แรงดันที่มากเกินไปจะรบกวนปฏิกิริยาคายความร้อนและทำให้ร่องตัดเย็นลงก่อนเวลาอันควร

ถาม: เลเซอร์ใยแก้วนำแสงสามารถตัดเหล็กกล้าคาร์บอนได้หนาเท่าใด?

ตอบ: ด้วยความช่วยเหลือจากออกซิเจน เลเซอร์ใยแก้วนำแสงโดยทั่วไปจะตัดเหล็กกล้าคาร์บอนได้หนาสูงสุด 1.5 ถึง 2 เท่าของความหนาสแตนเลสสูงสุดที่จัดการได้ด้วยกำลังที่เท่าเทียมกัน เครื่องกำลังปานกลางมักจะจัดการได้ 12 ถึง 20 มม. ในขณะที่ระบบกำลังสูงจะตัดได้เกิน 20 มม. ที่ความหนาประมาณ 25 ถึง 30 มม. ขึ้นไป ผู้ผลิตหลายรายจะเปลี่ยนไปใช้ระบบพลาสม่าหรือออกซีฟิวล์เพื่อประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ

การตั้งค่าการตัดเหล็กกล้าคาร์บอนในโรงงานของคุณ

เหล็กกล้าคาร์บอนยังคงเป็นวัสดุที่ให้อภัยมากที่สุดที่ประมวลผลโดยเลเซอร์ใยแก้วนำแสง อย่างไรก็ตาม การเลือกแก๊สหรือการกำหนดค่าพารามิเตอร์ที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้สูญเสียผลิตภาพได้ง่าย สำหรับการดำเนินงานที่ประเมินอุปกรณ์สำหรับงานที่หลากหลาย วิศวกรแอปพลิเคชันของเราสามารถตรวจสอบช่วงความหนาและข้อกำหนดขอบเฉพาะของคุณ แนะนำระดับกำลังและรูปแบบแก๊สที่เหมาะสมที่สุด และจัดการการตัดตัวอย่างก่อนซื้อบนแผ่นจริงของคุณ

[พูดคุยกับวิศวกรแอปพลิเคชัน] — แบ่งปันช่วงความหนาของวัสดุ ขนาดชิ้นส่วน และข้อกำหนดการตกแต่ง (ทาสี เชื่อม หรือปล่อยเปลือย) เพื่อรับคำแนะนำเครื่องจักรที่ปรับแต่งเฉพาะและจุดเริ่มต้นพารามิเตอร์