چگونه ماشین‌های برش لیزری لوله را برای مواد مختلف لوله انتخاب کنیم؟

درک سازگاری مواد با دستگاههای برش لیزری لوله

مواد رایج لولهای سازگار با برش فیبر لیزری: فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، برنج، مس و تیتانیوم

دستگاههای مدرن برش لیزری لوله بهطور مؤثر شش فلز اصلی را پردازش میکنند: فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، برنج، مس و تیتانیوم. این مواد بیش از ۸۵ درصد از کاربردهای صنعتی برش لیزری لوله را تشکیل میدهند و سیستمهای فیبر لیزری بهویژه به دلیل تطبیقپذیری طول موج و دقت بالا در این زمینه مؤثر بودهاند.

ویژگیهای کلیدی مواد و کاربردهای صنعتی لولههای فلزی

مقاومت فولاد ضدزنگ در برابر خوردگی، آن را به انتخابی ایده‌آل برای قطعات دریایی تبدیل می‌کند، در حالی که خواص سبکی آلومینیوم باعث استفاده گسترده از آن در ساخت صنایع هوافضا می‌شود. هدایت حرارتی مس، تولید سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC) را پشتیبانی می‌کند، همان‌طور که در مطالعات کارایی صنعت نشان داده شده است. لوله‌های تیتانیوم، که به دلیل نسبت استحکام به وزن بالایشان ارزشمند هستند، در تولید ایمپلنت‌های پزشکی غالب هستند.

چگونه فناوری لیزر فیبری با فلزات بازتابنده و غیربازتابنده کار می‌کند

لیزر فیبری از طول موج ۱,۰۶۴ نانومتر استفاده می‌کند که فلزات غیربازتابنده مانند فولاد کربنی به‌راحتی جذب می‌کنند. برای فلزات بازتابنده مانند آلومینیوم و مس، حالت‌های لیزر ضربه‌ای و گازهای کمکی نیتروژن انحراف انرژی را به حداقل می‌رسانند و کیفیت برش یکنواختی را تضمین می‌کنند.

چالش‌ها در برش مواد با بازتاب‌پذیری بالا مانند مس و برنج

بریدن فلزات با قابلیت انعکاس بالا نیازمند تنظیمات دقیق کانونی و تحویل بهینه‌شده گاز کمکی است تا از بازتاب پرتو جلوگیری شود. اپراتورها باید سرعت‌های کاهش‌یافته برش (معمولاً ۲۰ تا ۴۰ درصد کندتر از فولاد) را با تنظیمات توان بالاتر (۳ تا ۶ کیلووات) متعادل کنند تا یکپارچگی لبه حفظ شود و اکسیداسیون اجتناب شود، همان‌طور که در گزارش پردازش فلزات سال ۲۰۲۴ تفصیل داده شده است.

بهینه‌سازی توان لیزر و سرعت برش برای مواد مختلف لوله

تنظیمات پیشنهادی توان لیزر برای فولاد کربنی و فولاد ضدزنگ

برای لوله‌های فولاد کربنی با ضخامت کمتر از ۸ میلی‌متر، بیشتر کارگاه‌ها دریافته‌اند که لیزر فیبری با توانی بین ۲ تا ۳ کیلووات هنگام برش با سرعت حدود ۳ تا ۵ متر در دقیقه عملکرد مناسبی دارد. اما فولاد ضدزنگ داستانی متفاوت است. به دلیل وجود کروم زیاد در آن، به حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد چگالی توان بیشتری نیاز است. بنابراین برای ضخامت‌های دیواره ۵ تا ۱۰ میلی‌متری، اپراتورها معمولاً از لیزر ۳ تا ۴ کیلوواتی استفاده می‌کنند تا بتوانند برش‌هایی با کیفیت خوب و بدون بقایای زیاد مذاب به دست آورند. همچنین نباید از گاز کمکی نیتروژن غافل شد. استفاده از این گاز در فشارهای بین ۱۲ تا ۱۸ بار به کاهش اکسیداسیون در حین برش کمک می‌کند و این امر تفاوت چشمگیری در کیفیت محصول نهایی برای این نوع مواد فلزی ایجاد می‌کند.

تنظیم سرعت و توان برای آلیاژهای آلومینیوم و مس

هنگام کار با آلیاژهای آلومینیوم مانند 6061-T6، معمولاً بهتر است از لیزر در محدوده 3 تا 4 کیلووات استفاده شود و همزمان سرعت برش را به بین 1.5 تا 3 متر در دقیقه کاهش داد. این امر به حفظ دمای مناسب کمک می‌کند تا لوله‌های نازک‌دیواره به دلیل تجمع بیش‌ازحد حرارت تاب بر نخورند. در مورد آلیاژهای مس، وضعیت پیچیده‌تر می‌شود زیرا این مواد تمایل به بازتابش نور لیزر دارند. بیشتر اپراتورها با استفاده از تنظیمات لیزر پالسی که دوره کاری (duty cycle) آن حدود 70 تا 90 درصد باشد، موفقیت کسب کرده‌اند. با توجه به گزارش‌های اخیر صنعت از مجله The Fabricator برای سال 2024، به نظر می‌رسد پیشرفت‌های قابل توجهی نیز در حال وقوع است. آن‌ها اشاره می‌کنند که تنظیم پویای طول کانونی در حین عملیات برش، می‌تواند زمان پردازش را در مورد ورق‌های مسی به ضخامت 3 میلی‌متر تقریباً به اندازه یک چهارم کاهش دهد. بهبودی بسیار قابل توجه، به شرطی که تولیدکنندگان بتوانند این تکنیک‌ها را به درستی در خطوط تولید خود پیاده‌سازی کنند.

مطالعه موردی: عملکرد برش در لوله‌های فولاد ضدزنگ 6 میلی‌متری در مقابل 12 میلی‌متری

یک آزمایش تولید با استفاده از دستگاه برش لیزری لوله با توان ۴ کیلووات روی فولاد ضدزنگ ۳۰۴ نشان داد:

• لوله‌های ۶ میلی‌متری :

  • توان ۳ کیلووات
  • سرعت ۴ متر بر دقیقه
  • دقت ابعادی ±۰٫۱۵ میلی‌متر

• لوله‌های ۱۲ میلی‌متری :

  • توان ۴ کیلووات
  • سرعت ۱٫۵ متر بر دقیقه
  • دقت ±۰٫۲۵ میلی‌متر

نتایج نشان می‌دهد که توان لیزر باید به‌طور قابل توجهی با ضخامت افزایش یابد—برای دو برابر شدن ضخامت ماده، ۳۳٪ انرژی بیشتری مورد نیاز است—در حالی که کنترل دقیق‌تر فشار گاز (۲۰ تا ۲۵ بار) خروج فلز مذاب را بهبود می‌بخشد.

ارزیابی انعطاف‌پذیری ماشین در اندازه، شکل و حجم تولید لوله

مدیریت پروفیل‌های لوله گرد، مربعی و مستطیلی

امروزه تجهیزات برش لیزری لوله با انواع پروفیل‌ها کار می‌کند که شامل لوله‌های گرد، مربعی و مستطیلی است و معمولاً در کارهای سازه‌ای، شاسی خودرو و سیستم‌های گرمایشی/سرمایشی ساختمان‌ها یافت می‌شود. هرچند لوله‌های گرد هنوز حدود نیمی از مواد برش‌خورده در سطح جهان را تشکیل می‌دهند، اما روند رو به رشدی به سمت اشکال زاویه‌دار در پروژه‌های معماری مدرن و زیرساخت‌های حمل‌ونقل در سال‌های اخیر دیده می‌شود. ماشین‌های جدیدتر با ویژگی‌هایی مانند صلبک‌های مرکزکننده خودکار و غلتک‌های قابل تنظیم تعبیه شده‌اند که در هنگام کار بر روی بخش‌های غیرگرد دشوار، ثبات را حفظ می‌کنند. در مورد کار با موادی مانند ناودانی یا شیارهای C شکل، تولیدکنندگان دریافته‌اند که استفاده از چرخ‌دنده‌های چهار نقطه‌ای به جای روش قدیمی دو نقطه‌ای، مشکلات خمشی را در حین فرآیند تقریباً به میزان یک‌سوم کاهش می‌دهد.

سازگاری با تولید پرتنوع با اندازه‌ها و اشکال متغیر لوله

هنگام کار با بسته‌های ترکیبی از مواد، مانند لوله‌های آلومینیومی ۳ متری در کنار لوله‌های ساختاری فولاد ضدزنگ ۹ متری، انعطاف‌پذیری اهمیت زیادی پیدا می‌کند. دستگاه‌های برش لیزری ماژولار جدید مجهز به چاک‌های قابل تنظیم و نرم‌افزار هوشمند چیدمان هستند که می‌توانند حتی در کار با اندازه‌های مختلف، به حدود ۸۹ درصد استفاده از مواد دست یابند. این دستگاه‌ها ویژگی‌های جالب توجهی نیز دارند. قطعات چرخان تعویض سریع کمتر از چهار دقیقه طول می‌کشد تا عوض شوند، در حالی که فشار گیره به صورت خودکار بین ۲۰ تا ۲۰۰ روشنه بسته به نوع مصالح برش داده شده تنظیم می‌شود. علاوه بر این، حرکت کامل ۳۶۰ درجه‌ای سر برش، زمان راه‌اندازی را تقریباً به نصف کاهش می‌دهد. کارگاه‌هایی که از ایستگاه‌های بارگیری دوتایی استفاده می‌کنند، عملیات خود را اغلب به صورت مداوم انجام می‌دهند و این امر معمولاً منجر به بازدهی سرمایه‌گذاری حدود ۴۰ درصد بهتر می‌شود، به ویژه در مراکزی که به طور منظم بیش از پانزده نوع لوله با اشکال مختلف را هر ماه پردازش می‌کنند.

ارزیابی ظرفیت ضخامت برش و نیازهای دقت بر اساس ماده

حداکثر ضخامت برش برای فلزات رایج با استفاده از تکنولوژی لیزر فیبری

با یک سیستم لیزر فیبری 6 کیلوواتی، برش فولاد کربنی می‌تواند به عمق حدود 25 میلی‌متر برسد در حالی که فولاد ضدزنگ تقریباً تا 20 میلی‌متر ضخامت قابل برش است. با این حال، در مورد آلیاژهای آلومینیوم و مس، این مواد معمولاً در حدود 15 میلی‌متر به حداکثر خود می‌رسند، زیرا انرژی لیزر را به اندازه فولاد جذب نمی‌کنند. برش این فلزات نیازمند تراکم توانی حدوداً 30 تا شاید حتی 50 درصد بیشتر نسبت به فولاد است. تیتانیوم چالش دیگری به همراه دارد. هرچند برش آن تا ضخامت 12 میلی‌متری امکان‌پذیر است، اما احتیاط‌های خاصی باید انجام شود، زیرا تیتانیوم تمایل به اکسیداسیون سریع در حین فرآیند برش دارد. این بدین معناست که اپراتورها باید در طول عملیات برش از گازهای بی‌اثر برای محافظت از ماده استفاده کنند تا نتایجی با کیفیت و بدون واکنش‌های ناخواسته روی سطح حاصل شود.

نیازهای دقت برای آلومینیوم دیواره نازک در مقابل فولاد کربنی دیواره ضخیم

برای قطعات آلومینیومی با دیواره نازک که ضخامتی بین ۰٫۵ تا ۳ میلی‌متر دارند، دقت در محدوده مثبت و منفی ۰٫۱ میلی‌متر برای کاربردهای هوافضا امری حیاتی است. این سطح از دقت معمولاً از طریق استفاده از فناوری لیزر پالسی به دست می‌آید که به کنترل حرارت و جلوگیری از تغییر شکل کمک می‌کند. هنگامی که به مواد فولاد کربنی ضخیم‌تر بین ۶ تا ۲۵ میلی‌متر نگاه می‌کنیم، تمرکز تا حدی تغییر می‌کند. در اینجا، عمودبودن لبه بسیار مهم است و انحراف آن باید کمتر از نیم درجه باشد. و البته، هیچ‌کس تمایلی به باقی ماندن ذغال یا لاشه روی محصول نهایی ندارد. استفاده از نیتروژن با فشار بالا در حین فرآیند می‌تواند کیفیت لبه را در ورق‌های فولادی ۱۲ میلی‌متری تقریباً ۴۰ درصد افزایش دهد. نکته دیگری که باید به آن توجه کرد، زمان طولانی‌تر نفوذ اولیه برای فولاد ۲۰ میلی‌متری نسبت به آلومینیوم ۵ میلی‌متری است. این تفاوت در واقع حدود سه برابر بیشتر است و دلیل آن ویژگی‌های جرم حرارتی بین این دو ماده می‌باشد.

پیشرفت‌ها در کارایی سوراخ‌کاری و کیفیت لبه در سراسر مواد

الگوریتم‌های سوراخ‌کاری تطبیقی زمان سوراخ‌کاری آلیاژ مس را تا ۵۵٪ کاهش می‌دهند. نازل‌های ترکیبی که از مخلوط اکسیژن-نیتروژن استفاده می‌کنند، لبه‌هایی ۲۵٪ صاف‌تر در آلومینیوم ۱۵ میلی‌متری تولید می‌کنند. لیزر دو طول موجی به پرداخت سطح ۰٫۸ میکرون Ra در فلزات بازتابنده دست می‌یابد — که ۳۰٪ بهتر از سیستم‌های تک‌مد است. این نوآوری‌ها مراحل پس‌ازپردازش در قطعات پزشکی تیتانیومی را ۱۸٪ کاهش داده است.

انتخاب دستگاه برش لیزری لوله مناسب بر اساس کاربرد و نیازهای صنعت

برش‌کارهای لیزری فیبر در مقابل CO2: سازگاری با مواد و کارایی عملیاتی

بر اساس یک معیار صنعتی اخیر در سال 2023، لیزرهای فیبری در مقایسه با مدل‌های سنتی CO2 هنگام کار با فلزات رسانا مانند فولاد ضدزنگ و آلومینیوم، حدود ۳۰ درصد انرژی بیشتری صرفه‌جویی می‌کنند. این لیزرها بهترین عملکرد را روی ورق‌های فلزی با ضخامت حدود ۲۵ میلی‌متر یا کمتر دارند. با این حال برای مواد غیرهادی، اکثر متخصصان همچنان به سیستم‌های CO2 روی می‌آورند، زیرا این سیستم‌ها در چنین شرایطی عملکرد بهتری دارند. نسل جدید دستگاه‌های برش فیبری مجهز به قابلیتی به نام کنترل طول موج تطبیقی هستند. این ویژگی به کاهش مشکلات ناشی از بازتاب‌ها هنگام برش مس و برنج کمک می‌کند که با تجهیزات قدیمی‌تر بسیار دشوار است.

مزایای دستگاه‌های برش لوله با لیزر در تولید با سرعت بالا و حجم زیاد

سیستم‌های پیشرفته به سرعت برش تا ۱۲۰ متر در دقیقه با دقت ±۰٫۱ میلی‌متر می‌رسند و تولید مداوم مبدل‌های خروجی خودرو و کانال‌های هوا را پشتیبانی می‌کنند. بارگیری خودکار همراه با نرم‌افزار آرایش هوشمند مبتنی بر هوش مصنوعی، ضایعات مواد را نسبت به روش‌های دستی ۱۸ تا ۲۲ درصد کاهش می‌دهد.

تطابق ویژگی‌های ماشین با کاربردهای صنعتی خاص (مانند خودروسازی، ساخت‌وساز، تهویه مطبوع)

در ساخت فولاد سازه‌ای، ماشین‌هایی با ظرفیت برش ۲۵ میلی‌متر یا بیشتر و سیستم حذف خودکار سرباره اولویت دارند. پیمانکاران تهویه مطبوع از سیستم‌های فشرده‌ای بهره می‌برند که قادر به پردازش لوله‌هایی با قطر ۶۰ تا ۱۵۰ میلی‌متر و قابلیت تعویض سریع ماندول هستند.

سوالات متداول

چه موادی با دستگاه‌های برش لیزری لوله سازگار هستند؟

دستگاه‌های برش لیزری لوله می‌توانند موادی مانند فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، آلومینیوم، برنج، مس و تیتانیوم را پردازش کنند.

فناوری لیزر فیبر چگونه با فلزات بازتابنده کار می‌کند؟

لیزر فیبر از طول موج ۱,۰۶۴ نانومتر استفاده می‌کند و فلزات بازتابنده مانند آلومینیوم و مس با استفاده از حالت‌های پالسی لیزر و گازهای کمکی نیتروژن کنترل می‌شوند تا انحراف انرژی به حداقل برسد.

حداکثر ضخامت برش برای فولاد کربنی با فناوری لیزر فیبر چقدر است؟

با یک سیستم لیزر فیبر ۶ کیلوواتی، عمق برش فولاد کربنی تا حدود ۲۵ میلی‌متر قابل دستیابی است.

مزایای لیزر فیبر نسبت به دستگاه‌های برش لیزر CO2 چیست؟

دستگاه‌های برش لیزر فیبر معمولاً در کار با فلزات رسانا حدود ۳۰ درصد انرژی بیشتر صرفه‌جویی می‌کنند و با کنترل تطبیقی طول موج مجهز شده‌اند تا مواد بازتابنده مانند مس و برنج را بهتر مدیریت کنند.