راهنمای انتخاب ضخامت و نوع ورق مناسب برای برش لیزری

در این مقاله، اطلاعات کاملی در خصوص انتخاب ضخامت مناسب برای مواد مختلف شامل آهن، استیل، آلومینیوم و برنج ارائه شده است. همچنین تاثیر ضخامت ورق در کیفیت برش لیزر، نحوه محاسبه تلرانس برش لیزر بر اساس ضخامت ورق و تفاوت‌های عملی بین برش لیزر ورق ضخیم و برش لیزر ورق نازک تشریح می‌گردد. یکی از اهداف اصلی انتخاب صحیح ضخامت و نوع ورق، کاهش ضایعات در فرایند برش است.

این راهنما برای مهندسان تولید، تکنسین‌های فعال در حوزه خدمات برش لیزر و خریداران دستگاه برش لیزر فایبر تدوین شده است.

تاثیر ضخامت ورق در کیفیت برش لیزر

توجه به سه اصل اساسی در برش لیزری ضروری است. اول، هرچه ضخامت ورق افزایش یابد، توان موردنیاز لیزر به طور غیرخطی بیشتر می‌شود. دوم، کیفیت لبه برش با افزایش ضخامت کاهش می‌یابد. سوم، تلرانس برش لیزر رابطه مستقیمی با ضخامت ورق دارد.

یک دستگاه لیزر فایبر با توان ۱ کیلووات قادر به برش فولاد نرم تا ضخامت ۱۰ میلی‌متر خواهد بود؛ درحالی‌که برای برش لیزر ورق ضخیم با ضخامت ۲۰ میلی‌متر، حداقل توان ۴ کیلووات الزامی است.

ترکیب توان پایین با ورق ضخیم منجر به برش ناقص، ایجاد پلیسه انبوه و کاهش شدید سرعت می‌شود. در مقابل، ترکیب توان بالا با ورق نازک باعث ذوب‌شدن لبه‌ها و دفرمه شدن ورق می‌گردد؛ بنابراین همواره می‌بایست جدول ضخامت برش لیزری دقیق دستگاه مورد استفاده بررسی شود.

تاثیر ضخامت ورق در کیفیت برش لیزر در سه پارامتر اصلی قابل مشاهده است:

• سرباره (پلیسه) عمدتا در ورق‌های با ضخامت بالای ۱۰ میلی‌متر ظاهر می‌شود، مگر آنکه گاز کمکی به‌درستی تنظیم شده باشد.
• میزان زبری لبه در ورق ۱ میلی‌متری کمتر از ۵ میکرون و در ورق ۲۰ میلی‌متری تا ۵۰ میکرون افزایش می‌یابد.
• همچنین تلرانس ابعادی با افزایش ضخامت، گسترده‌تر می‌شود.

جدول حداکثر و حداقل ضخامت برش لیزر برای مواد مختلف

حداکثر و حداقل ضخامت برش لیزری

حداکثر ضخامت برش لیزر فلزات برای آهن معادل ۲۵ میلی‌متر (با توان ۶ کیلووات و گاز اکسیژن)، برای استیل معادل ۲۰ میلی‌متر (با گاز نیتروژن)، برای آلومینیوم معادل ۱۲ میلی‌متر، برای برنج معادل ۴ میلی‌متر و برای مس معادل ۳ میلی‌متر است.

از طرفی، حداقل ضخامت ورق برای برش لیزر در شرایط استاندارد تا ۰.۱ میلی‌متر (ورق فویلی) نیز قابل‌دستیابی است. اما چالش اصلی در این محدوده، دفرمه شدن حرارتی است. راهکارهای جلوگیری از دفرمه شدن به شرح زیر است:

• استفاده از لیزر پالسی با توان پایین (۳۰۰ تا ۵۰۰ وات)
• افزایش سرعت برش (۱۵ تا ۲۵ متر بر دقیقه)
• قراردادن ورق بین دو صفحه آلومینیومی ضخیم به‌عنوان زیرساز حرارتی
• استفاده از گاز نیتروژن با فشار ۴ تا ۸ بار

برش لیزر ورق ضخیم مستلزم رعایت نکات ویژه‌ای است. برای فولاد با ضخامت بالای ۱۲ میلی‌متر، استفاده از گاز اکسیژن به منظور افزایش سرعت توصیه می‌شود. سایز نازل باید بزرگ‌تر (۱.۵ تا ۲.۵ میلی‌متر) انتخاب گردد. فاصله نازل تا ورق در محدوده ۰.۸ تا ۱.۲ میلی‌متر تنظیم می‌شود. سرعت برش برای فولاد ۲۰ میلی‌متر حدود ۰.۹ متر بر دقیقه خواهد بود.

در صورت رعایت دقیق پارامترهای فوق، امکان دستیابی به لبه تمیز و بدون اعوجاج حتی در ورق‌های با ضخامت بالا نیز وجود خواهد داشت که نیاز به پرداخت ثانویه را حذف می‌کند.

برش لیزر ورق نازک دارای چالش معکوس است. برای جلوگیری از ذوب‌شدن لبه و دفرمه شدن، اقدامات زیر توصیه می‌گردد:

• کاهش توان و افزایش سرعت برش
• استفاده از گاز نیتروژن یا هوای فشرده
• به کارگیری زیرسازی حرارتی (صفحه مسی یا آلومینیومی)
• برای ورق‌های زیر ۰.۵ میلی‌متر، استفاده از حالت پالسی با فرکانس بالا

راهنمای تخصصی برش هر متریال

برش لیزر ورق آهن رایج‌ترین کاربرد در این حوزه محسوب می‌شود. بهترین محدوده ضخامت از نظر سرعت و کیفیت، بازه ۲ تا ۱۲ میلی‌متر است. ضخامت ۱۲ تا ۲۰ میلی‌متر قابل قبول اما با سرعت کمتر خواهد بود. در ضخامت‌های بالای ۲۰ میلی‌متر، وجود پلیسه اجتناب‌ناپذیر است.

برش لیزر ورق استیل تفاوت مهمی با آهن دارد. استیل دارای رسانایی حرارتی کمتری است؛ بنابراین حرارت در منطقه برش متمرکز می‌ماند. به منظور حفظ خاصیت ضدزنگی لبه برش، استفاده از گاز نیتروژن الزامی است. بهترین محدوده ضخامت برای استیل ۰.۵ تا ۶ میلی‌متر است. ضخامت تا ۱۲ میلی‌متر قابل قبول و تا ۲۰ میلی‌متر با کیفیت متوسط و سرعت پایین امکان‌پذیر است.

قابلیت برش لیزر آلومینیوم به دلیل بازتابندگی و رسانایی حرارتی بالا محدودیت دارد. ضخامت زیر ۶ میلی‌متر به خوبی قابل برش است. ضخامت ۶ تا ۱۲ میلی‌متر کیفیت متوسط داشته و با ایجاد پلیسه ریز همراه خواهد بود. ضخامت بالای ۱۲ میلی‌متر توصیه نمی‌شود. استفاده از گاز نیتروژن با فشار ۱۵ تا ۲۰ بار الزامی است.

برش لیزر مس و برنج چالش‌برانگیزترین موارد محسوب می‌شوند. حداکثر ضخامت مجاز برای مس ۳ میلی‌متر و برای برنج ۴ میلی‌متر است. به منظور برش موفق، موارد زیر باید رعایت شود:

• پوشش سطح با اسپری مشکی به منظور کاهش بازتابندگی
• استفاده از توان بالا و سرعت بالا
• استفاده از گاز کمکی نیتروژن با فشار ۸ تا ۱۲ بار

برای ضخامت‌های بیشتر، روش‌های برش واترجت جایگزین مناسب‌تری هستند.

برش لیزر ورق گالوانیزه به دلیل تولید بخار روی، دارای خطرات جدی برای اپراتور و دستگاه است. بخار روی سمی بوده و به اپتیک لیزر آسیب می‌رساند. حداکثر ضخامت توصیه شده ۴ میلی‌متر است. نکات ایمنی الزامی به شرح زیر است:

• استفاده از سیستم تهویه قوی و ماسک تنفسی مناسب
• حذف لایه روی در مسیر برش با استفاده از سمباده، پیش از انجام عملیات
• استفاده از گاز نیتروژن به جای اکسیژن

برش لیزر چوب و ام دی اف صرفا با لیزر CO2 امکان‌پذیر است و لیزر فایبر برای این منظور کارایی ندارد. ضخامت مناسب در بازه ۲ تا ۲۰ میلی‌متر قرار دارد.

انتخاب گاز کمکی بر حسب ضخامت و نوع ورق

انتخاب گاز کمکی بر حسب ضخامت و نوع ورق به شرح زیر توصیه می‌شود:

• اکسیژن ← مناسب آهن ضخیم (بالای ۶ میلی‌متر) → سرعت بالا اما لبه تیره (اکسید)
• هوای فشرده ← مناسب ورق نازک زیر ۲ میلی‌متر → ارزان‌ترین گزینه

علت پلیسه و راهکارهای رفع آن:

• علل اصلی: فشار کم گاز، فاصله زیاد نازل، سرعت پایین برش، کثیفی نازل
• راهکارها به ترتیب: افزایش فشار (۱۰ تا ۲۰ درصد)، کاهش فاصله نازل (تا ۰.۵-۰.۸ میلی‌متر)، کاهش سرعت (۵ تا ۱۰ درصد)، تمیز کردن یا تعویض نازل

توصیه نهایی

مهم‌ترین نکات فنی:

• حداکثر ضخامت برش لیزر فلزات: آهن ۲۵، استیل ۲۰، آلومینیوم ۱۲، برنج ۴، مس ۳ میلی‌متر.
• حداقل ضخامت استاندارد: ۰.۵ میلی‌متر (با تکنیک خاص تا ۰.۱ میلی‌متر).
• با افزایش ضخامت، زبری لبه و پلیسه بیشتر، تلرانس بازتر می‌شود.
• تلرانس برش: از ۰.۱± (ورق نازک) تا 0.6± میلی‌متر (ورق ضخیم).

جهت دریافت مشاوره رایگان در خصوص انتخاب ورق مناسب یا دریافت جدول کامل ضخامت برش لیزر برای انواع متریال، با کارشناسان این مجموعه 02148000090 تماس حاصل فرمایید.