วิธีตั้งค่าความดันก๊าซช่วยสำหรับการตัดแผ่นโลหะหนาด้วยเลเซอร์

เหตุใดความดันก๊าซช่วยจึงเป็นปัจจัยแฝงที่ส่งผลต่อคุณภาพการตัดแผ่นหนา

การตัดด้วยเลเซอร์กำลังสูงดูเหมือนการแข่งขันระหว่างพลังลำแสงกับความหนาของแผ่นโลหะ แต่กระแสก๊าซช่วยมักเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์ที่แท้จริง สำหรับแผ่นหนา ก๊าซจะพัดโลหะหลอมเหลวออกจากแนวตัด ทำให้บริเวณหน้าตัดเย็นลง และป้องกันหัวฉีดไม่ให้ถูกเศษโลหะกระเด็นเข้าไป หากงานใดงานหนึ่งในสามอย่างนี้ทำได้ไม่เพียงพอ คุณภาพการตัดจะลดลงอย่างรวดเร็ว

ความดันที่ต่ำเกินไปจะทิ้งเศษหลอมเหลวไว้ที่ขอบล่าง หรืออาจตัดแผ่นวัสดุขาดบางส่วน ขณะที่ความดันที่สูงเกินไปจะทำให้ร่องตัดบิดเบี้ยว เกิดความเอียง (taper) และผิวขอบหยาบ สำหรับแผ่นเหล็กคาร์บอนหนา 20 มม. การเปลี่ยนแปลงความดันเพียง 1 บาร์ ก็สามารถเปลี่ยนขอบที่พร้อมใช้งานได้ทันทีเป็นขอบที่ต้องปรับแต่งใหม่ ตามมาตรฐานสากล ISO 9013 ซึ่งใช้จัดหมวดคุณภาพการตัดด้วยความร้อน ระดับคุณภาพของขอบจะสัมพันธ์โดยตรงกับความเสถียรของกระบวนการ ดังนั้นการควบคุมความดันก๊าซช่วยเสริมความสม่ำเสมอในการผลิต นี่คือเหตุผลที่การปรับความดันก๊าซช่วยในการตัดเลเซอร์แผ่นหนาอย่างแม่นยำ จึงไม่ควรพิจารณาเพียงแค่ดูตารางพารามิเตอร์เท่านั้น

การเลือกก๊าซให้สอดคล้องกับวัสดุ

การเลือกก๊าซควรทำก่อนการตั้งค่าความดัน ออกซิเจนเป็นตัวเลือกหลักสำหรับเหล็กคาร์บอนหนา เนื่องจากปฏิกิริยาเอกซ์โซเทอร์มิกจะเพิ่มพลังงานในการตัด ข้อแลกเปลี่ยนคือขอบที่มีการออกซิเดชันเล็กน้อย ซึ่งมักจำเป็นต้องทำความสะอาดก่อนการพ่นสีหรือชุบสังกะสี

ไนโตรเจนเป็นตัวเลือกที่สะอาดกว่าสำหรับการตัดสแตนเลสและอลูมิเนียม โดยให้ขอบที่เงาและไม่มีออกไซด์ แต่ต้องใช้แรงดันและปริมาตรสูงกว่า เนื่องจากการตัดพึ่งพาลำแสงเลเซอร์เป็นหลัก

สำหรับการดำเนินงานที่ตัดวัสดุหลากหลายประเภท ระบบผลิตก๊าซแบบติดตั้งภายในสถานที่ ช่วยขจัดปัญหาการเปลี่ยนถังก๊าซอย่างสิ้นเชิง บริษัทเรย์โซอาร์เสนอระบบก๊าซผสม (FCP/FCS), ไนโตรเจนความบริสุทธิ์ 99.99% สำหรับการตัดแบบให้ขอบเงา (BCP/BCE) และ ระบบตัดด้วยอากาศบริสุทธิ์ (PAP/PAB) สำหรับช่วงกำลังงานหลายระดับ

การตั้งค่าแรงดันตามชนิดและขนาดความหนาของวัสดุ

ไม่มีค่ามาตรฐานสากล แต่ช่วงค่าที่ระบุด้านล่างนี้ให้จุดเริ่มต้นที่เหมาะสมสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ในกลุ่มกำลังงาน 6 กิโลวัตต์ ถึง 20 กิโลวัตต์ โปรดใช้ค่านี้เป็นฐานเริ่มต้น แล้วปรับแต่งเพิ่มเติมตามสภาพของหัวพ่น จุดโฟกัส และเลนส์

ความดันไนโตรเจนที่สูงขึ้นไม่จำเป็นต้องให้ผลดีกว่าเสมอไป หลังจากที่ช่องตัดถูกขับอากาศออกอย่างสมบูรณ์แล้ว ความดันส่วนเกินจะเพิ่มค่าใช้จ่ายด้านก๊าซและทำให้หัวพ่นสึกหรอมากขึ้นเป็นหลัก เป้าหมายคือใช้ความดันต่ำสุดที่ยังสามารถให้ขอบตัดที่ปราศจากเศษโลหะได้

วิธีปรับความดันบนเครื่องจักร

เริ่มจากการตรวจสอบฮาร์ดแวร์ ตรวจเช็ก ช่อง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของหัวพ่นว่าสึกหรอหรือไม่ ตรวจสอบระยะห่างระหว่างหัวพ่นกับชิ้นงาน และตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวกรองในท่อนำก๊าซสะอาด หัวพ่นที่สึกหรอจะเปลี่ยนลำก๊าซที่ไหลเรียบเป็นฝอยก๊าซที่ปั่นป่วน ส่งผลให้ค่าความดันทุกค่าที่วัดได้ไม่น่าเชื่อถือ

ต่อไป โหลดค่าพารามิเตอร์เริ่มต้นจากห้องสมุดพารามิเตอร์การตัด และทำการทดสอบตัดบนชิ้นส่วนที่ไม่ใช้งาน ตรวจสอบขอบด้านล่างเพื่อหาเศษโลหะหลอมเหลว (dross) และขอบด้านบนเพื่อหาความกลมมน (rounding) หากการตัดสะอาดแต่ช้า ให้เพิ่มแรงดันเป็นขั้นละ 0.5 บาร์สำหรับไนโตรเจน หรือขั้นละ 0.1 บาร์สำหรับออกซิเจน หากขอบเริ่มหยาบหรือร่องตัดกว้างขึ้น ให้ลดแรงดันลง

ในงานหนึ่งที่โรงงานผลิตอุปกรณ์เคมีแห่งหนึ่งทางตอนใต้ของจีน ทีมงานประสบปัญหาเศษโลหะยื่นออกมาที่ขอบด้านล่าง (bottom burr) อย่างต่อเนื่องเมื่อตัดสแตนเลสหนา 25 มม. แผ่นพารามิเตอร์ระบุให้ใช้แรงดัน 22 บาร์ แต่โรงงานกลับใช้เพียง 18 บาร์เพื่อประหยัดก๊าซ การเพิ่มแรงดันเป็น 23 บาร์พร้อมเปลี่ยนหัวฉีดที่มีรอยสึกกร่อนหายไป ทำให้เศษโลหะยื่นหายไปโดยสิ้นเชิง และลดเวลาการประมวลผลหลังการตัดลงประมาณครึ่งหนึ่ง วิธีแก้ปัญหาไม่ได้เกี่ยวข้องกับการเพิ่มกำลังเลเซอร์ แต่เกี่ยวข้องกับการให้ก๊าซมีแรงดันเพียงพอในการทำงานให้เสร็จสมบูรณ์

ข้อผิดพลาดทั่วไปและแหล่งก๊าซที่มีเสถียรภาพมากขึ้น

การใช้ก๊าซที่ความดันเดียวกันกับวัสดุทุกชนิดเป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการสูญเสียก๊าซโดยเปล่าประโยชน์และทำให้ขอบตัดเสียหาย ถ้าไม่ใส่ใจคุณภาพของก๊าซและความชื้นในก๊าซ (dew point) ความชื้นจะปนเข้าไปในกระแสก๊าซ ส่งผลให้การตัดอลูมิเนียมและสแตนเลสไม่สม่ำเสมอและคาดเดาไม่ได้ การพึ่งพาความดันจากถังก๊าซนั้นเสี่ยงมาก เพราะความดันในถังลดลงระหว่างกะงาน จึงอาจทำให้แผ่นสุดท้ายที่ตัดออกมามีคุณภาพต่างจากแผ่นแรกอย่างเห็นได้ชัด หัวฉีดที่เสียหายหรือสกปรกก็จะทำลายความสม่ำเสมอของกระแสก๊าซก่อนที่ก๊าซจะถึงผิวแผ่นงาน

เครื่องผลิตไนโตรเจนหรือก๊าซผสมแบบติดตั้งภายในสถานที่จะแก้ไขปัญหาด้านการจัดหาอย่างมีประสิทธิภาพ แทนที่จะต้องจัดตารางการส่งถังก๊าซและคอยเฝ้าระวังความดันที่แปรผัน เครื่องจักรจะดึงก๊าซอย่างต่อเนื่องด้วยความบริสุทธิ์และความดันที่ควบคุมได้อย่างแม่นยำ สำหรับการตัดแบบก๊าซผสมที่ใช้พลังงานสูง ระบบเหล่านี้สามารถออกแบบให้รองรับกำลังเลเซอร์ตั้งแต่ 12 ถึง 120 กิโลวัตต์ ครอบคลุมช่วงความดันและอัตราการไหลทั้งหมด สำหรับการตัดแบบให้ผิวเรียบเงา (bright cutting) ที่ใช้เลเซอร์ไม่เกิน 30 กิโลวัตต์ เครื่องผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ 99.99% จะช่วยให้ขอบตัดสะอาดปราศจากคราบโดยไม่ต้องจัดการกับระบบถังก๊าซ สำหรับการตัดด้วยอากาศที่ใช้พลังงานต่ำ เครื่องผลิตอากาศบริสุทธิ์สำหรับเลเซอร์ไม่เกิน 12 กิโลวัตต์สามารถแทนที่การใช้ถังไนโตรเจนได้เมื่อทำงานกับวัสดุบาง

รายการตรวจสอบสุดท้ายก่อนเริ่มงานครั้งถัดไป

ก่อนเริ่มตัดแผ่นหนาครั้งถัดไป ให้ดำเนินการตามรายการนี้อย่างละเอียด ยืนยันว่าชนิดของก๊าซตรงกับวัสดุที่ใช้ ตั้งค่าความดันให้เป็นค่าพื้นฐานสำหรับความหนานั้น ๆ ตรวจสอบความบริสุทธิ์ของก๊าซและจุดน้ำค้างให้อยู่ภายในเกณฑ์ที่กำหนด ตรวจดูรูหัวฉีด และเปลี่ยนหัวฉีดใหม่หากพบว่ารูเปิดมีการสึกกร่อนเป็นรูปไข่หรือมีเศษโลหะกระเด็นติดอยู่ ทำการตัดตัวอย่างทดสอบหนึ่งแถบแล้วตรวจสอบขอบตัดก่อนตัดแผ่นเต็มขนาดจริง ตรวจสอบค่าที่แสดงบนมาตรวัดอัตราการไหลเทียบกับค่าเป้าหมาย ไม่ใช่เพียงแค่ดูค่าจากมาตรวัดความดันเท่านั้น

โรงงานที่ตัดวัสดุหลากหลายชนิดในหลายกะสามารถเปลี่ยนจากการใช้ก๊าซจากถังบรรจุมาเป็น ระบบผลิตก๊าซแบบติดตั้งภายในสถานที่ของ Raysoar เพื่อรักษาความดันให้คงที่ระหว่างแผ่นวัสดุแต่ละแผ่น ความเสถียรของก๊าซ ความดันที่เหมาะสม และหัวฉีดที่สะอาด ล้วนมีผลต่อคุณภาพการตัดแผ่นหนามากกว่าการเพิ่มกำลังเลเซอร์อย่างมาก