จะเลือกเครื่องตัดท่อเลเซอร์อย่างไรให้เหมาะสมกับวัสดุท่อที่ต่างกัน

การทำความเข้าใจเกี่ยวกับความเข้ากันได้ของวัสดุกับเครื่องตัดท่อแบบเลเซอร์

วัสดุท่อทั่วไปที่สามารถใช้กับการตัดด้วยไฟเบอร์เลเซอร์: เหล็กกล้าคาร์บอน, สแตนเลส, อลูมิเนียม, ทองเหลือง, ทองแดง และไทเทเนียม

เครื่องตัดท่อแบบเลเซอร์รุ่นใหม่สามารถประมวลผลโลหะหลักหกชนิดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอน สแตนเลส อลูมิเนียม ทองเหลือง ทองแดง และไทเทเนียม วัสดุเหล่านี้ครอบคลุมการใช้งานอุตสาหกรรมการตัดท่อด้วยเลเซอร์มากกว่า 85% โดยระบบที่ใช้ไฟเบอร์เลเซอร์พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงเนื่องจากสามารถปรับความยาวคลื่นได้และมีความแม่นยำสูง

คุณสมบัติสำคัญของวัสดุและการประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมของท่อโลหะ

ความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนในงานทางทะเล ในขณะที่คุณสมบัติน้ำหนักเบาของอลูมิเนียมส่งผลให้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในการผลิตยานยนต์ทางอากาศ การนำความร้อนของทองแดงสนับสนุนการผลิตระบบปรับอากาศและระบายความร้อน ซึ่งแสดงให้เห็นจากงานศึกษาประสิทธิภาพในอุตสาหกรรม หลอดไทเทเนียม ซึ่งเป็นที่ต้องการจากอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก ส่งผลให้ครองตลาดการผลิตอุปกรณ์ฝังในทางการแพทย์

เทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์จัดการกับโลหะที่สะท้อนแสงและไม่สะท้อนแสงอย่างไร

ไฟเบอร์เลเซอร์ใช้ความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร ซึ่งโลหะที่ไม่สะท้อนแสง เช่น เหล็กคาร์บอน ดูดซับได้อย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับโลหะที่สะท้อนแสง เช่น อลูมิเนียมและทองแดง โหมดเลเซอร์แบบพัลส์และก๊าซช่วยเหลือไนโตรเจนจะช่วยลดการสะท้อนพลังงาน ทำให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพของการตัดที่สม่ำเสมอ

ความท้าทายในการตัดวัสดุที่มีการสะท้อนแสงสูง เช่น ทองแดงและทองเหลือง

การตัดโลหะที่มีค่าสะท้อนแสงสูงต้องการการปรับโฟกัสอย่างแม่นยำและการจัดส่งก๊าซช่วยเหลือที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการสะท้อนของลำแสง ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องปรับสมดุลระหว่างความเร็วในการตัดที่ลดลง (โดยทั่วไปช้ากว่าการตัดเหล็กกล้า 20–40%) กับการตั้งค่ากำลังไฟที่สูงขึ้น (3–6 กิโลวัตต์) เพื่อรักษารอยตัดให้มีคุณภาพและหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชัน ตามที่ระบุไว้ในรายงานการแปรรูปโลหะ ปี 2024

การปรับแต่งกำลังเลเซอร์และความเร็วในการตัดสำหรับวัสดุท่อที่แตกต่างกัน

ค่ากำลังเลเซอร์ที่แนะนำสำหรับเหล็กคาร์บอนและเหล็กสเตนเลส

สำหรับท่อเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีความหนาน้อยกว่า 8 มม. ร้านส่วนใหญ่พบว่าเลเซอร์ไฟเบอร์กำลัง 2 ถึง 3 กิโลวัตต์สามารถทำงานได้ดีเมื่อตัดที่ความเร็วประมาณ 3 ถึง 5 เมตรต่อนาที อย่างไรก็ตาม สเตนเลสสตีลกลับต่างออกไป เนื่องจากมีโครเมียมเป็นส่วนประกอบจำนวนมาก จึงต้องการความเข้มของพลังงานมากกว่าประมาณ 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นสำหรับความหนาผนัง 5 มม. ถึง 10 มม. ผู้ปฏิบัติงานมักใช้เลเซอร์กำลัง 3 ถึง 4 กิโลวัตต์ เพื่อให้ได้รอยตัดคุณภาพดี โดยไม่มีเศษหลอมเหลือมากเกินไป และอย่าลืมก๊าซช่วยตัดไนโตรเจนด้วย การใช้ก๊าซที่ความดันระหว่าง 12 ถึง 18 บาร์ จะช่วยลดการเกิดออกซิเดชันระหว่างการตัด ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายอย่างมากสำหรับวัสดุเหล็กประเภทนี้

การปรับความเร็วและพลังงานสำหรับอลูมิเนียมและโลหะผสมทองแดง

เมื่อทำงานกับโลหะผสมอลูมิเนียม เช่น 6061-T6 โดยทั่วไปควรใช้เลเซอร์ในช่วง 3 ถึง 4 กิโลวัตต์ พร้อมทั้งลดความเร็วในการตัดลงเหลือระหว่าง 1.5 ถึง 3 เมตรต่อนาที วิธีนี้จะช่วยรักษาอุณหภูมิให้เย็นพอ เพื่อป้องกันไม่ให้ท่อผนังบางบิดงอจากความร้อนสะสมมากเกินไป ส่วนโลหะผสมทองแดงนั้นซับซ้อนกว่า เพราะมักสะท้อนแสงเลเซอร์กลับมา ผู้ปฏิบัติงานส่วนใหญ่พบว่าการใช้โหมดเลเซอร์แบบพัลส์ (pulsed) โดยตั้งค่ารอบการทำงาน (duty cycle) ไว้ที่ประมาณ 70 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ จะให้ผลลัพธ์ที่ดี จากการรายงานของอุตสาหกรรมล่าสุดในปี 2024 โดย The Fabricator พบว่ามีความก้าวหน้าที่น่าประทับใจอยู่บ้าง กล่าวถึงว่าการปรับความยาวโฟกัสแบบไดนามิกในระหว่างกระบวนการตัด สามารถลดเวลาการประมวลผลได้ประมาณหนึ่งในสี่ เมื่อทำงานกับแผ่นทองแดงหนา 3 มม. ถือเป็นการปรับปรุงที่สำคัญอย่างยิ่ง หากผู้ผลิตสามารถนำเทคนิคเหล่านี้ไปใช้ได้อย่างเหมาะสมในสายการผลิต

กรณีศึกษา: สมรรถนะการตัดท่อสแตนเลสหนา 6 มม. เทียบกับ 12 มม.

การทดลองผลิตโดยใช้เครื่องตัดเลเซอร์แบบท่อขนาด 4 กิโลวัตต์กับสแตนเลสสตีล 304 แสดงให้เห็นว่า:

• ท่อขนาด 6 มม. :

  • กำลังไฟ 3 กิโลวัตต์
  • ความเร็ว 4 เมตร/นาที
  • ความแม่นยำด้านมิติ ±0.15 มม.

• ท่อขนาด 12 มม. :

  • กำลังไฟ 4 กิโลวัตต์
  • ความเร็ว 1.5 เมตร/นาที
  • ความแม่นยำ ±0.25 มม.

ผลลัพธ์บ่งชี้ว่าพลังงานเลเซอร์ต้องเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญตามความหนาของวัสดุ—ต้องใช้พลังงานมากขึ้นถึง 33% เมื่อความหนาของวัสดุเพิ่มเป็นสองเท่า—ในขณะที่การควบคุมแรงดันก๊าซให้แน่นแฟ้นยิ่งขึ้น (20–25 บาร์) จะช่วยปรับปรุงการขับเนื้อโลหะที่หลอมละลายออกได้ดีขึ้น

การประเมินความยืดหยุ่นของเครื่องจักรสำหรับขนาด รูปร่าง และปริมาณการผลิตของท่อ

การจัดการโปรไฟล์ท่อแบบกลม สี่เหลี่ยมจัตุรัส และสี่เหลี่ยมผืนผ้า

อุปกรณ์เลเซอร์ตัดท่อในปัจจุบันสามารถทำงานกับโปรไฟล์ต่างๆ ได้หลากหลาย รวมถึงท่อแบบกลม สี่เหลี่ยมจัตุรัส และสี่เหลี่ยมผืนผ้า ซึ่งโดยทั่วไปใช้ในงานโครงสร้าง กรอบรถยนต์ และระบบทำความร้อน/ทำความเย็นในอาคารต่างๆ แม้ว่าท่อทรงกลมจะยังคงคิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของปริมาณการตัดทั่วโลก แต่ช่วงหลังมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในการใช้รูปทรงเหลี่ยมมากขึ้นสำหรับโครงการสถาปัตยกรรมสมัยใหม่และโครงสร้างพื้นฐานด้านการขนส่ง เครื่องจักรรุ่นใหม่มาพร้อมฟีเจอร์ต่างๆ เช่น ชักเก้าศูนย์กลางอัตโนมัติและลูกกลิ้งที่ปรับระดับได้ ซึ่งช่วยให้วัสดุมีความมั่นคงขณะทำงานกับส่วนที่ไม่ใช่ทรงกลมที่จัดการยาก ส่วนในการจัดการวัสดุอย่างเหล็กตัวแอลหรือช่อง C ผู้ผลิตพบว่าการใช้ชุดชักเก้าสี่จุดแทนวิธีเดิมแบบสองจุด ช่วยลดปัญหาการโก่งงอลงได้ประมาณหนึ่งในสามระหว่างกระบวนการผลิต

การปรับตัวเข้ากับการผลิตแบบหลากหลายรูปแบบที่มีขนาดและรูปร่างของท่อเปลี่ยนแปลง

เมื่อต้องจัดการกับวัสดุที่มีลักษณะผสมกัน เช่น ท่ออลูมิเนียมยาว 3 เมตร ร่วมกับท่อโครงสร้างสแตนเลสที่ยาวกว่าถึง 9 เมตร ความยืดหยุ่นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เครื่องตัดเลเซอร์แบบโมดูลาร์รุ่นล่าสุดมาพร้อมกับชัคปรับได้และซอฟต์แวร์จัดเรียงชิ้นงานอัจฉริยะ ซึ่งสามารถใช้วัสดุได้สูงถึงประมาณ 89 เปอร์เซ็นต์ แม้จะทำงานกับขนาดที่หลากหลายแตกต่างกัน เครื่องเหล่านี้ยังมีคุณสมบัติที่น่าประทับใจอีกหลายอย่าง เช่น อุปกรณ์ยึดหมุนแบบเปลี่ยนเร็วใช้เวลาเปลี่ยนน้อยกว่าสี่นาที ในขณะที่แรงดันยึดจับปรับตัวเองโดยอัตโนมัติระหว่าง 20 ถึง 200 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ขึ้นอยู่กับประเภทของท่อที่กำลังตัด นอกจากนี้ยังมีหัวตัดที่สามารถเคลื่อนไหวได้รอบทิศทาง 360 องศา ซึ่งช่วยลดเวลาในการตั้งค่าลงประมาณครึ่งหนึ่ง โรงงานที่ใช้สถานีโหลดสองชุดจะสามารถดำเนินการได้อย่างต่อเนื่องเกือบตลอดเวลา และโดยทั่วไปแล้ว ส่งผลให้ผลตอบแทนจากการลงทุนดีขึ้นประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ สำหรับสถานประกอบการที่ต้องจัดการกับท่อรูปทรงต่าง ๆ กว่าสิบห้าแบบในแต่ละเดือน

ประเมินความสามารถในการตัดความหนาและความต้องการด้านความแม่นยำตามวัสดุ

ความหนาของการตัดสูงสุดสำหรับโลหะทั่วไปโดยใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ไฟเบอร์

ด้วยระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ 6 กิโลวัตต์ สามารถตัดเหล็กกล้าคาร์บอนได้ลึกประมาณ 25 มม. ในขณะที่เหล็กสเตนเลสสามารถตัดได้หนาประมาณ 20 มม. อย่างไรก็ตาม สำหรับอลูมิเนียมและทองแดงอัลลอย การตัดจะมีขีดจำกัดอยู่ที่ประมาณ 15 มม. เนื่องจากวัสดุเหล่านี้ดูดซับพลังงานเลเซอร์ได้ไม่ดีเท่ากับเหล็ก โดยต้องใช้ความเข้มของพลังงานมากกว่าเหล็กถึงร้อยละ 30 ถึง 50 เพื่อให้สามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนไทเทเนียมนั้นเป็นอีกความท้าทายหนึ่ง แม้ว่าจะสามารถตัดได้หนาถึง 12 มม. แต่ต้องดำเนินการด้วยความระมัดระวังเป็นพิเศษ เนื่องจากไทเทเนียมมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันอย่างรวดเร็วระหว่างกระบวนการตัด ซึ่งหมายความว่าผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องปกป้องวัสดุด้วยก๊าซเฉื่อยตลอดทั้งกระบวนการ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีคุณภาพและป้องกันปฏิกิริยาที่ไม่ต้องการบนพื้นผิว

ความต้องการความแม่นยำสำหรับอลูมิเนียมผนังบาง เทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนผนังหนา

สำหรับชิ้นส่วนอลูมิเนียมที่มีความหนาของผนังบางตั้งแต่ 0.5 ถึง 3 มิลลิเมตร การควบคุมความแม่นยำให้อยู่ในช่วงบวกหรือลบ 0.1 มม. มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ระดับความแม่นยำนี้มักได้มาจากการใช้เทคโนโลยีเลเซอร์แบบพัลส์ ซึ่งช่วยควบคุมความร้อนและป้องกันปัญหาการบิดงอของชิ้นงาน เมื่อพิจารณาถึงวัสดุเหล็กคาร์บอนที่มีความหนามากขึ้นระหว่าง 6 ถึง 25 มม. จุดเน้นจะเปลี่ยนไปเล็กน้อย ในกรณีนี้ความตั้งฉากของขอบมีความสำคัญมาก โดยต้องควบคุมไม่ให้เบี่ยงเบนเกินครึ่งองศา และแน่นอนว่าไม่มีใครต้องการเศษตะกรันเหลืออยู่บนผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป นอกจากนี้ สิ่งที่ควรทราบอีกประการหนึ่งคือ เวลาในการเจาะล่วงหน้า (pre piercing dwell time) ที่ต้องใช้กับเหล็กหนา 20 มม. นั้นยาวนานกว่าการเจาะอลูมิเนียมหนาเพียง 5 มม. ประมาณสามเท่า เนื่องจากคุณสมบัติด้านมวลความร้อนที่แตกต่างกันของวัสดุทั้งสองชนิด

ความก้าวหน้าด้านประสิทธิภาพการเจาะและคุณภาพของขอบตัดที่ใช้ได้กับวัสดุหลากหลายชนิด

อัลกอริธึมการเจาะแบบปรับตัวได้ช่วยลดเวลาการเจาะโลหะผสมทองแดงลง 55% หัวพ่นแบบไฮบริดที่ใช้ส่วนผสมของออกซิเจน-ไนโตรเจน ให้ผิวขอบเรียบขึ้น 25% บนอลูมิเนียมหนา 15 มม. เลเซอร์สองความยาวคลื่นสามารถทำผิวสำเร็จที่ Ra 0.8µm บนโลหะสะท้อนแสง ดีกว่าระบบโหมดเดี่ยวถึง 30% นวัตกรรมเหล่านี้ช่วยลดขั้นตอนการตกแต่งงานภายหลังลง 18% ในชิ้นส่วนทางการแพทย์จากไทเทเนียม

การเลือกเครื่องตัดท่อด้วยเลเซอร์ที่เหมาะสมตามการประยุกต์ใช้งานและความต้องการของอุตสาหกรรม

เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์เทียบกับ CO2: ความเข้ากันได้ของวัสดุและประสิทธิภาพในการดำเนินงาน

ตามข้อมูลการเปรียบเทียบอุตสาหกรรมล่าสุดจากปี 2023 เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถประหยัดพลังงานได้มากกว่าประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับโมเดล CO2 แบบดั้งเดิม ขณะทำงานกับโลหะที่นำไฟฟ้า เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมและอลูมิเนียม เลเซอร์เหล่านี้ทำงานได้ดีที่สุดกับแผ่นโลหะที่มีความหนาประมาณ 25 มม. หรือน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม สำหรับวัสดุที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่ยังคงใช้ระบบ CO2 เนื่องจากมีแนวโน้มให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าในสถานการณ์ดังกล่าว รุ่นใหม่ของเครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์มาพร้อมกับเทคโนโลยีที่เรียกว่า adaptive wavelength control คุณสมบัตินี้ช่วยลดปัญหาที่เกิดจากการสะท้อนของแสงเลเซอร์เมื่อตัดทองแดงและทองเหลือง ซึ่งอาจทำได้ยากด้วยอุปกรณ์รุ่นเก่า

ประโยชน์ของเครื่องตัดท่อด้วยเลเซอร์ในการผลิตที่มีความเร็วสูงและปริมาณมาก

ระบบขั้นสูงสามารถตัดด้วยความเร็วสูงสุดถึง 120 เมตรต่อนาที ด้วยความแม่นยำ ±0.1 มม. รองรับการผลิตท่อไอเสียรถยนต์และท่อลมปรับอากาศอย่างต่อเนื่อง การโหลดอัตโนมัติร่วมกับซอฟต์แวร์จัดเรียงชิ้นงานอัจฉริยะที่ใช้ปัญญาประดิษฐ์ ช่วยลดของเสียจากวัสดุได้ 18–22% เมื่อเทียบกับวิธีการแบบแมนนวล

การจับคู่คุณสมบัติเครื่องจักรกับการใช้งานเฉพาะอุตสาหกรรม (เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ ก่อสร้าง และระบบปรับอากาศ)

สำหรับงานผลิตโครงสร้างเหล็ก ควรให้ความสำคัญกับเครื่องจักรที่มีความสามารถในการตัดเกิน 25 มม. และมีระบบกำจัดสลากอัตโนมัติ ผู้รับเหมางานระบบปรับอากาศจะได้รับประโยชน์จากเครื่องจักรขนาดกะทัดรัดที่สามารถจัดการท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 60–150 มม. พร้อมแม่พิมพ์เปลี่ยนเร็ว

คำถามที่พบบ่อย

วัสดุใดที่สามารถใช้กับเครื่องตัดเลเซอร์ท่อได้บ้าง

เครื่องตัดเลเซอร์ท่อสามารถประมวลผลวัสดุต่างๆ เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กสเตนเลส อลูมิเนียม ทองเหลือง ทองแดง และไทเทเนียม

เทคโนโลยีเลเซอร์ไฟเบอร์จัดการกับโลหะสะท้อนแสงอย่างไร

เลเซอร์ไฟเบอร์ใช้ความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร โดยโลหะสะท้อนแสงเช่น อลูมิเนียมและทองแดงจะถูกจัดการด้วยโหมดเลเซอร์แบบพัลส์และก๊าซช่วยเหลือไนโตรเจน เพื่อลดการสะท้อนพลังงาน

ความหนาในการตัดสูงสุดสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยเทคโนโลยีเลเซอร์ไฟเบอร์คือเท่าใด

ด้วยระบบเลเซอร์ไฟเบอร์ 6 กิโลวัตต์ การตัดเหล็กกล้าคาร์บอนสามารถตัดได้ลึกประมาณ 25 มิลลิเมตร

ข้อดีของเลเซอร์ไฟเบอร์เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องตัดเลเซอร์ CO2 คืออะไร

เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์มักประหยัดพลังงานได้มากกว่าประมาณ 30% เมื่อเทียบกับรุ่น CO2 ขณะทำงานกับโลหะนำไฟฟ้า และยังมาพร้อมกับระบบควบคุมความยาวคลื่นแบบปรับตัวได้ เพื่อการจัดการวัสดุสะท้อนแสง เช่น ทองแดงและทองเหลือง ได้ดียิ่งขึ้น