ปัญหาทางเทคนิคและแนวทางแก้ไขสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์แผ่นหนา

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการผลิตทางอุตสาหกรรม การตัดด้วยเลเซอร์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแปรรูปโลหะ เนื่องจากมีข้อได้เปรียบในด้านความแม่นยำสูง ประสิทธิภาพสูง และ-การประมวลผลแบบไม่สัมผัส อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์เผชิญกับความท้าทายมากมายเมื่อตัดแผ่นหนาขึ้น การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อวิเคราะห์ปัญหาทางเทคนิคที่พบในกระบวนการตัดแผ่นหนาด้วยเลเซอร์อย่างเป็นระบบ และเสนอวิธีแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องเพื่อให้คำแนะนำทางทฤษฎีและการอ้างอิงทางเทคนิคสำหรับการปฏิบัติงานทางอุตสาหกรรม

เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจากพลังงานต่ำไปสู่พลังงานสูงและจากแผ่นบางไปจนถึงแผ่นหนา ปัจจุบัน การตัดด้วยเลเซอร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตรถยนต์ การบินและอวกาศ การก่อสร้างเรือ และสาขาอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ด้วยความหนาของวัสดุที่เพิ่มขึ้น ปัญหาด้านคุณภาพการตัด ประสิทธิภาพ และต้นทุนก็เริ่มโดดเด่นมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งจำเป็นต้องศึกษาและแก้ไขในเชิงลึกอย่างเร่งด่วน

1.ปัญหาทางเทคนิคหลักของการตัดแผ่นหนาด้วยเลเซอร์

ปัญหาหลักที่พบในกระบวนการตัดแผ่นหนาด้วยเลเซอร์คือคุณภาพลำแสงลดลงอย่างมากพร้อมกับความลึกของการตัดที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากเลเซอร์ในการแทรกซึมของวัสดุที่มีความหนาจะเกิดขึ้นหลายครั้งเมื่อมีการสะท้อนและการกระเจิง ส่งผลให้มีการกระจายความหนาแน่นของพลังงานไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะส่งผลต่อคุณภาพการตัด การศึกษาพบว่าเมื่อความหนาของการตัดเกิน 20 มม. คุณลักษณะการโฟกัสของลำแสงเลเซอร์จะลดลงอย่างมาก ส่งผลให้มีรอยตัดกว้างที่ด้านล่างของลิ่มแคบ-ข้อบกพร่องรูปทรง

ประการที่สอง ไม่ควรมองข้าม-โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่เกิดขึ้นในกระบวนการตัดแผ่นหนา เนื่องจากการนำความร้อนต่ำของแผ่นหนา พลังงานเลเซอร์จึงสะสมอยู่ภายในวัสดุ ส่งผลให้เกิดการขยายตัวของโซนที่ได้รับผลกระทบความร้อน- ซึ่งอาจกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาคของวัสดุและการเพิ่มขึ้นของความเค้นตกค้าง ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อตัดเหล็กคาร์บอนหนา 30 มม. ความกว้างของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน-อาจมากกว่าความกว้างของการตัดแผ่นบางถึง 3-5 เท่า ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อคุณสมบัติทางกลของวัสดุ

การยึดเกาะของตะกรันและเพิ่มความหยาบของพื้นผิวการตัดถือเป็นปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญอีกประการหนึ่ง ในกระบวนการตัดแผ่นหนา โลหะหลอมเหลวจะถูกเป่าออกไปจนหมดด้วยแก๊สเสริมได้ยาก และง่ายต่อการสะสมตะกรันที่ด้านล่างของการตัด ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากพลังงานป้อนเข้าไปไม่เสถียร พื้นผิวการตัดจึงมักปรากฏเส้นริ้วและความไม่สม่ำเสมอที่ชัดเจน สถิติแสดงให้เห็นว่าเมื่อความหนาของแผ่นเกิน 25 มม. ค่าความหยาบ Ra ของพื้นผิวการตัดอาจสูงถึง 2-3 เท่าของการตัดแผ่นบาง

2. การแก้ปัญหาทางเทคนิคของการตัดแผ่นหนาด้วยเลเซอร์

สำหรับปัญหาคุณภาพของลำแสง การปรับพารามิเตอร์เลเซอร์ให้เหมาะสมคือวิธีแก้ปัญหาที่ตรงที่สุด โดยการเพิ่มกำลังเลเซอร์ (โดยปกติจะต้องมากกว่า 6kW) ปรับความถี่พัลส์และรอบการทำงาน สามารถปรับปรุงความลึกของการเจาะพลังงานได้ ในเวลาเดียวกัน การใช้ระบบโฟกัสแบบไดนามิกสามารถปรับตำแหน่งโฟกัสโดยอัตโนมัติในระหว่างกระบวนการตัด เพื่อรักษาการกระจายความหนาแน่นของพลังงานที่ดีที่สุด การทดลองได้พิสูจน์แล้วว่าการใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ 12kW พร้อมเทคโนโลยีโฟกัสแบบไดนามิกสามารถตัดแผ่นเหล็กสแตนเลสหนา 40 มม. ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในการควบคุมบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน- การพัฒนาเทคโนโลยีหัวตัดใหม่ถือเป็นสิ่งสำคัญ การใช้หัวตัดแบบสั่นหรือเทคโนโลยีการสั่นของลำแสงสามารถกระจายความร้อนเข้าและลดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุดได้ นอกจากนี้ การควบคุมก๊าซเสริมที่แม่นยำ (เช่น การใช้ไนโตรเจนความดันสูง-หรือส่วนผสมของก๊าซพิเศษ) สามารถทำให้บริเวณการตัดเย็นลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ การศึกษาพบว่าการผสมผสานกลยุทธ์การระบายความร้อนด้วยแก๊สและการตัดเป็นระยะสามารถลด-โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้มากกว่า 40% สำหรับอะลูมิเนียมอัลลอยด์หนา 30 มม.

เพื่อแก้ไขปัญหาตะกรัน การปรับปรุงระบบแก๊สเสริมเป็นสิ่งสำคัญ การใช้การออกแบบหัวฉีดแก๊สคู่ (ก๊าซแรงดันสูงภายใน-เพื่อขจัดตะกรันและก๊าซป้องกันภายนอกเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน) สามารถปรับปรุงคุณภาพการตัดได้อย่างมาก ในเวลาเดียวกัน การวางแผนเส้นทางการตัดที่ปรับให้เหมาะสมและการแนะนำระบบการตรวจสอบแบบเรียลไทม์- (เช่น เซ็นเซอร์ภาพหรือการตรวจสอบเสียง) สามารถตรวจจับและจัดการกับการสะสมตะกรันในเวลาที่เหมาะสม การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่ามาตรการเหล่านี้สามารถลดอัตราการตกค้างของตะกรันจากการตัดแผ่นหนาได้มากกว่า 60%