จะเลือกเครื่องตัดท่อเลเซอร์อย่างไรให้เหมาะสมกับวัสดุท่อที่ต่างกัน

ความเข้ากันได้ของวัสดุและผลกระทบต่อ ประสิทธิภาพการตัดท่อด้วยเลเซอร์

วัสดุท่อทั่วไปที่สามารถใช้กับการตัดท่อแบบเลเซอร์ได้ (สแตนเลส, อลูมิเนียม, ทองเหลือง, ทองแดง, ไทเทเนียม)

เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ทำงานได้ดีมากกับโลหะหลัก 5 ประเภท สแตนเลสสตีลถูกใช้อย่างแพร่หลายเนื่องจากทนต่อการกัดกร่อนในงานอุตสาหกรรม อลูมิเนียมเป็นที่นิยมในการผลิตชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักเบา ซึ่งจำเป็นสำหรับเครื่องบินและยานอวกาศ ทองเหลืองมักถูกนำไปใช้ในรายละเอียดตกแต่งบนอาคารบางประเภท ทองแดงมีประโยชน์ในการทำสายไฟฟ้าและท่อ ส่วนไทเทเนียมมักพบในอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ต้องการความแข็งแรงเป็นสำคัญ เครื่องเลเซอร์รุ่นใหม่เหล่านี้สามารถตัดแผ่นเหล็กได้หนาสูงสุดถึง 25 มม. และโลหะนอนเฟอร์รัส (non-ferrous) ได้หนาประมาณ 15 มม. โดยเครื่องจักรสามารถรักษาระดับความแม่นยำได้ที่ ±0.1 มม. ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อผลิตชิ้นส่วนที่ต้องรับน้ำหนักหรือต้องสร้างซีลแน่นหนาเพื่อป้องกันการรั่วซึม

ผลกระทบขององค์ประกอบวัสดุต่อคุณภาพการตัดและประสิทธิภาพในการประมวลผล

องค์ประกอบทางเคมีของวัสดุมีบทบาทสำคัญต่อการโต้ตอบกับเลเซอร์ในกระบวนการตัด ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าไร้สนิมที่มีโครเมียมเป็นส่วนประกอบ ทำให้มักจำเป็นต้องใช้ไนโตรเจนช่วยในการตัด เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดชั้นออกไซด์ที่ไม่ต้องการขึ้น อัลูมิเนียมมีความท้าทายที่แตกต่างกันออกไป เนื่องจากมีความสามารถในการนำความร้อนสูงประมาณ 237 วัตต์ต่อเมตรเคลวิน ซึ่งทำให้จำเป็นต้องใช้เลเซอร์แบบพัลส์เพื่อควบคุมบริเวณที่หลอมละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อทำงานกับทองแดงหรือเหลือง ผู้ปฏิบัติงานมักพบว่าออกซิเจนทำงานได้ดีกับแผ่นบาง ในขณะที่อากาศอัดเหมาะสมกว่าสำหรับวัสดุที่หนาขึ้น นี่เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของปัจจัยสำคัญที่ช่างเทคนิคบนพื้นโรงงานพิจารณาเมื่อกำหนดค่าการตัดด้วยเลเซอร์

ปริมาณคาร์บอนที่สูงขึ้นในเหล็กจะเพิ่มความแข็งของขอบตัด แต่ลดความเร็วในการตัดลง 18—22% เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ เนื่องจากต้องการพลังงานมากขึ้นในการดูดซับพลังงาน

ความท้าทายด้านการนำความร้อนและการสะท้อนแสงในโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก

อลูมิเนียมมีแนวโน้มที่จะสูญเสียความร้อนค่อนข้างเร็ว ซึ่งหมายความว่าต้องใช้พลังงานมากกว่าเหล็กประมาณ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย เพื่อรักษารอยตัดให้มีความกว้างคงที่ เมื่อทำงานกับทองแดง จะมีปัญหาอีกอย่างหนึ่ง ทองแดงสะท้อนกลับประมาณ 85 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ของคลื่นแสงยาว 1 ไมโครเมตรจากเลเซอร์ไฟเบอร์ สิ่งนี้ก่อให้เกิดปัญหาร้ายแรงกับลำแสงที่สะท้อนกลับ ซึ่งอาจทำลายชิ้นส่วนออปติกได้ เพื่อจัดการกับความเสี่ยงนี้ โรงงานหลายแห่งจึงต้องลงทุนในระบบส่งลำแสงชนิดพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อลดอันตรายเหล่านี้โดยเฉพาะ และยังมีไทเทเนียม ซึ่งจะร้อนจัดเมื่อสัมผัสกับออกซิเจน เนื่องจากการเกิดปฏิกิริยานี้ ผู้ผลิตจึงจำเป็นต้องใช้ก๊าซเฉื่อยผสมพิเศษระหว่างกระบวนการตัด เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการลุกไหม้ขึ้นโดยไม่คาดคิด

เหตุใดวัสดุที่สะท้อนแสงได้สูง เช่น ทองแดงและทองเหลือง จึงก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อระบบเลเซอร์ไฟเบอร์

โลหะอย่างทองแดงและเหล็กกล้าที่สะท้อนแสงได้ดี สามารถสะท้อนพลังงานเลเซอร์กลับเข้าสู่ระบบออปติคัลได้ถึง 65 ถึง 75 เปอร์เซ็นต์ ส่งผลให้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เรโซแนเตอร์และโคลลิเมเตอร์เกิดปัญหาขึ้นจริง โดยตามการวิจัยของโพนีแมนในปีที่แล้ว ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมความเสียหายเหล่านี้มักอยู่ที่ประมาณ 740,000 ดอลลาร์สหรัฐ ทองเหลืองที่มีส่วนผสมของสังกะสีต่ำกว่า 30% จะช่วยลดการสะท้อนกลับลงมาอยู่ในระดับที่สามารถใช้งานได้ โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 45 ถึง 50% อย่างไรก็ตาม ทองแดงบริสุทธิ์เคยเป็นวัสดุที่จัดการยากมาโดยตลอด จำเป็นต้องใช้เลเซอร์ CO2 แบบเดิมจนกระทั่งไม่นานมานี้ แต่ล่าสุดมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีบางประการ เลเซอร์ไฟเบอร์ที่ทำงานที่ความยาวคลื่น 1070 นาโนเมตร พร้อมลำแสงที่ปรับมุมพิเศษ สามารถตัดแผ่นทองแดงที่มีความหนา 2 ถึง 5 มิลลิเมตรได้จริง โดยใช้พลังงานเพียง 15% เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้เลเซอร์ CO2 แบบดั้งเดิม ซึ่งทำให้ต้นทุนการดำเนินงานลดลงอย่างมาก

การเลือกกำลังเลเซอร์ให้เหมาะสมกับชนิดและขนาดความหนาของท่อ

การเลือกกำลังวัตต์ของเลเซอร์ตามประเภทของโลหะและความหนาของผนัง

การเลือกกำลังเลเซอร์ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่เราใช้งานและระยะความหนาของผนังนั้นๆ เป็นหลัก ตัวอย่างเช่น เมื่อทำงานกับท่อสแตนเลสที่มีความหนาน้อยกว่า 5 มม. ผู้ใช้ส่วนใหญ่พบว่าเลเซอร์ไฟเบอร์ที่มีกำลัง 3 ถึง 4 กิโลวัตต์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่เมื่อพิจารณาในงานที่หนักกว่านั้น เช่น เหล็กคาร์บอนที่หนา 10 มม. ผู้ปฏิบัติงานโดยทั่วไปจำเป็นต้องใช้กำลังเลเซอร์ไม่ต่ำกว่า 6 กิโลวัตต์ เพื่อรักษาระดับความเร็วในการตัดให้สูงกว่า 2 เมตรต่อนาที ตามแนวทางล่าสุดจาก JQ Laser ปี 2024 และยังมีวัสดุที่มีการนำไฟฟ้าสูงซึ่งจัดว่ายากต่อการตัด เช่น ทองแดง และไทเทเนียม วัสดุเหล่านี้ดูดซับพลังงานได้มาก ผู้ผลิตจึงมักแนะนำให้ใช้ระบบเลเซอร์ที่มีกำลังระหว่าง 8 ถึง 12 กิโลวัตต์ เมื่อความหนาของชิ้นงานเกิน 6 มม.

ค่าตั้งค่าที่เหมาะสมสำหรับท่อเหล็กคาร์บอนและท่อสแตนเลส

เหล็กกล้าคาร์บอนตอบสนองต่อพลังงานเลเซอร์ได้อย่างแม่นยำ ทำให้สามารถตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพที่ระดับพลังงาน 3—4 กิโลวัตต์ ในทางตรงกันข้าม เหล็กสเตนเลสจะได้รับประโยชน์จากพลังงานที่สูงขึ้น 10—15% และการป้องกันด้วยแก๊สไนโตรเจน เพื่อรักษาคุณภาพของขอบตัด การศึกษาในปี 2024 แสดงให้เห็นว่า การใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ 4 กิโลวัตต์ กับเหล็กสเตนเลสหนา 5 มม. สามารถทำให้ผิวขอบเรียบได้ถึง 98.5% สูงกว่าระบบที่ใช้ 3 กิโลวัตต์ (92%) อย่างชัดเจน

ความต้องการพลังงานสูงสำหรับไทเทเนียมและทองแดงที่มีผนังหนา

จุดหลอมเหลวของไทเทเนียมที่สูงประมาณ 1,668 องศาเซลเซียส บวกกับคุณสมบัติการสะท้อนแสงของทองแดง หมายความว่าโรงงานส่วนใหญ่จำเป็นต้องใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ที่มีกำลังระหว่าง 8 ถึง 12 กิโลวัตต์ หรือเลือกใช้ระบบเชื่อมเลเซอร์แบบไฮบริดร่วมกับอาร์กเมื่อทำงานกับผนังที่มีความหนาเกิน 6 มิลลิเมตร อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ไฟเบอร์รุ่นใหม่ล่าสุดบางรุ่นสามารถตัดแผ่นทองแดงที่หนา 8 มิลลิเมตรได้ด้วยพลังงานเพียง 6 กิโลวัตต์ โดยไม่ทำลายเลนส์ออปติก แต่ผู้ผลิตจำนวนมากยังคงใช้เลเซอร์ CO2 แบบดั้งเดิมสำหรับงานที่มีความหนาตั้งแต่ 10 มิลลิเมตรขึ้นไป ตามข้อมูลการทดสอบจาก Feijiu Laser ที่เรามักอ้างอิงกัน และอย่าลืมใช้ก๊าซไนโตรเจนช่วยในระหว่างกระบวนการตัด เพราะมีบทบาทสำคัญมากในการลดการบิดงอและป้องกันการเกิดออกซิเดชันที่ไม่ต้องการบนโลหะประเภทนี้

เลเซอร์ไฟเบอร์ vs เลเซอร์ CO2: การเลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสมกับวัสดุของคุณ

ข้อดีของเลเซอร์ไฟเบอร์สำหรับท่อสแตนเลส อลูมิเนียม และทองเหลือง

เมื่อพูดถึงการทำงานกับโลหะต่างๆ เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม อลูมิเนียม และท่อทองเหลืองระดับกลางที่นิยมใช้ในชิ้นส่วนรถยนต์และชิ้นส่วนเครื่องบิน เลเซอร์ไฟเบอร์จะให้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่าทางเลือกอื่นอย่างชัดเจน ระบบเหล่านี้สามารถทำงานด้วยความแม่นยำภายใน 0.1 มม. สำหรับวัสดุที่มีความหนาถึง 20 มม. ซึ่งถือว่าโดดเด่นมาก และไม่เพียงเท่านี้ เลเซอร์ไฟเบอร์โดยทั่วไปทำงานได้เร็วกว่าระบบที่ใช้ CO2 แบบดั้งเดิมประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ใช้ก๊าซไนโตรเจนน้อยลงระหว่าง 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ สิ่งที่โดดเด่นที่สุดคือความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร ซึ่งช่วยลดความเสียหายจากความร้อนในชิ้นส่วนทองเหลืองที่ละเอียดอ่อน เช่น อุปกรณ์ติดตั้งเครื่องมือ หมายความว่าผู้ผลิตจะได้รับความคงตัวของมิติที่ดีขึ้น โดยไม่เกิดปัญหาการบิดงอที่พบได้บ่อยในเทคโนโลยีรุ่นเก่า

ประสิทธิภาพของเลเซอร์ CO2 กับวัสดุที่สะท้อนแสงสูง เช่น ทองแดงและทองเหลือง

เมื่อทำงานกับท่อทองแดงหรือท่อทองเหลืองที่มีความหนาเกิน 15 มม. ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่ยังคงเลือกใช้เลเซอร์ CO2 เนื่องจากความยาวคลื่น 10.6 ไมโครเมตร ความยาวคลื่นดังกล่าวสะท้อนกลับน้อยกว่าเลเซอร์ไฟเบอร์ ทำให้มีความเหมาะสมและใช้งานได้จริงมากกว่าสำหรับงานประเภทนี้ การศึกษาต่างๆ แสดงให้เห็นว่าระบบเลเซอร์ CO2 สามารถรักษาระดับความคลาดเคลื่อนภายใน ±0.15 มม. แม้กับทองเหลืองที่มีความหนาถึง 25 มม. โดยสามารถตัดได้ที่ความเร็วประมาณ 2.5 เมตรต่อนาที และแทบไม่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการสะท้อนกลับซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายระหว่างกระบวนการ ซึ่งข้อเท็จจริงนี้ได้รับการยืนยันแล้วจากการทดสอบต่างๆ ด้านการแปรรูปความร้อน ด้วยเหตุผลดังกล่าว ทำให้เลเซอร์ CO2 เป็นที่นิยมใช้ในงานประยุกต์ที่สำคัญ เช่น การผลิตชิ้นส่วนไฟฟ้า และวิศวกรรมทางทะเล ที่ต้องการความแม่นยำสูงสุด

ประสิทธิภาพพลังงาน การบำรุงรักษา และค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน: การเปรียบเทียบระหว่างไฟเบอร์กับ CO2

เลเซอร์ไฟเบอร์ใช้พลังงานน้อยกว่าโมเดล CO— ถึง 50% (NMLaser 2024) โดยต้นทุนการบำรุงรักษามีค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 0.08 ดอลลาร์ต่อชั่วโมง เทียบกับ 0.18 ดอลลาร์ต่อชั่วโมงของระบบ CO— โครงสร้างแบบโซลิดสเตตช่วยกำจัดกระจกและก๊าซเรโซแนเตอร์ ทำให้ลดเวลาหยุดทำงานและความจำเป็นในการใช้ชิ้นส่วนสิ้นเปลือง

การล้มล้างความเชื่อผิดๆ: เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดท่อทองแดงบริสุทธิ์ได้อย่างปลอดภัยหรือไม่?

ในอดีต ทองแดงถือเป็นวัสดุที่แทบจะใช้ไม่ได้กับเลเซอร์ไฟเบอร์ เนื่องจากมีค่าการสะท้อนแสงสูงถึง 98% ที่ความยาวคลื่นประมาณ 1 ไมครอน แต่ช่วงหลังนี้เทคโนโลยีได้พัฒนาไปมาก เลเซอร์รุ่นใหม่มาพร้อมกับเทคโนโลยีขั้นสูงต่างๆ เช่น การควบคุมรูปแบบพัลส์ พื้นผิวเคลือบที่ช่วยลดการสะท้อนแสง และลำแสงที่ปรับมุมได้ดีขึ้น ซึ่งทำให้ผู้ผลิตสามารถตัดแผ่นทองแดงบริสุทธิ์ได้หนาถึง 10 มม. ที่ความเร็วประมาณ 1.8 เมตรต่อนาที โดยรอยตัดมีความแคบเพียงไม่ถึง 0.3 มม. จากการทดสอบเมื่อปีที่แล้ว ระบบนี้ช่วยลดปัญหาการสะท้อนกลับของแสงเลเซอร์ลงได้เกือบ 90% เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีเดิม ความก้าวหน้านี้หมายความว่า อุตสาหกรรมต่างๆ เช่น HVAC เซมิคอนดักเตอร์ และระบบส่งกำลัง ไม่จำเป็นต้องพึ่งพาเทคโนโลยีเลเซอร์ CO2 แบบเดิมอีกต่อไปสำหรับงานที่เกี่ยวกับทองแดง

คำถามที่พบบ่อย

วัสดุใดบ้างที่สามารถใช้กับการตัดท่อด้วยเลเซอร์ได้

วัสดุทั่วไปที่สามารถใช้กับการตัดท่อด้วยเลเซอร์ ได้แก่ สแตนเลส สเตนเลส อลูมิเนียม ทองเหลือง ทองแดง และไทเทเนียม

องค์ประกอบของวัสดุมีผลต่อการตัดด้วยเลเซอร์อย่างไร

องค์ประกอบของวัสดุมีผลต่อการตัดด้วยเลเซอร์โดยมีอิทธิพลต่อการนำความร้อนและการสะท้อน ซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อคุณภาพของการตัดและประสิทธิภาพในการประมวลผล

ทำไมจึงนิยมใช้เลเซอร์ไฟเบอร์กับโลหะบางชนิด

เลเซอร์ไฟเบอร์เป็นที่นิยมสำหรับโลหะเช่น เหล็กกล้าไร้สนิมและอลูมิเนียม เนื่องจากมีความแม่นยำ ความเร็วสูง และการใช้พลังงานต่ำกว่าชุดเลเซอร์ CO2 แบบดั้งเดิม

เลเซอร์ไฟเบอร์มีปัญหาอะไรบ้างเมื่อใช้กับวัสดุที่สะท้อนแสงได้สูง

วัสดุที่สะท้อนแสงได้สูง เช่น ทองแดง สามารถสะท้อนพลังงานเลเซอร์กลับเข้าสู่ระบบในปริมาณมาก ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหาย จำเป็นต้องใช้ระบบที่ออกแบบพิเศษเพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้

ข้อดีของการใช้เลเซอร์ CO2 กับทองแดงและทองเหลืองคืออะไร

เลเซอร์ CO2 มีประสิทธิภาพในการตัดทองแดงและทองเหลืองที่มีความหนา เนื่องจากความยาวคลื่นของมันช่วยลดการสะท้อนย้อนกลับและรักษาความแม่นยำไว้ได้