برش ورق آهن با لیزر

برش ورق آهن با لیزر که با نام برش CNC لیزری نیز شناخته می‌شود در دسته‌ی فرآیندهای برش حرارتی قرار دارد. بیش از دو دهه است فناوری برش آهن با لیزر به صنایع راه یافته است. از برش لیزری برای اغلب قطعات فلزی مانند فولاد و برش ورق آلومینیوم و پروفیل‌ها نیز میتوان استفاده کرد. طی فرآیند برش ورق آهن با لیزر ، پرتوهایی از لیزر با انرژی بالا و متمرکز به قطعه‌ی ورق هدایت می‎شوند. طی این فرآیند گاز و مواد مذاب تولید می‎شود که به کمک جریان گاز پرفشار خارج خواهد شد. پرتوی های لیزر توانایی ایجاد اتصالات برشی یا شکاف های برشی در ورق ها دارند. لبه‌ ی برش ورق آهن با لیزر بسته به نوع پرتوی لیزر شکل متفاوتی به خود می‌گیرد.

جدول ضخامت برش ورق آهن با لیزر

اطلاعات برش ورق آهن با لیزر مربوط به ورق های فولادی و استیل و گالوانیزه و فلزات مس و آلومینیوم و برنج در جدول زیر ارائه شده است. برای برش هر کدام از این ورق ها بر اساس توان مصرفی محدوده ی ضخامت تعیین شده است:

۶۰۰۰ وات	۴۰۰۰ وات	۳۰۰۰ وات	۲۵۰۰ وات	۲۰۰۰ وات	۱۵۰۰ وات	۱۰۰۰ وات	۷۰۰ وات	توان دستگاه / نوع ورق
۲۲-۲۵mm	20 – ۲۵ mm	20 – ۲۲ mm	18 – ۲۰ mm	14-16 mm	12-14 mm	10-12 mm	8 – ۱۰ mm	ورق فولاد
۱۶-۲۰ mm	10-12 mm	10-12 mm	8-10 mm	6-8 mm	5-6 mm	4-5 mm	3-4 mm	ورق استیل
۱۲-۱۶ mm	10-12 mm	8-10 mm	6-8 mm	5-6 mm	4-5 mm	3-4 mm	2-3 mm	ورق آلومینیوم
۱۲-۱۴ mm	10-12 mm	8 mm	6-8 mm	5-6 mm	4-5 mm	3-4 mm	2-3 mm	ورق برنجی
mm8-10	5-6 mm	5-6 mm	4-6 mm	3-4 mm	3-4 mm	2-3 mm	1-2 mm	ورق مسی
۱۲-۱۴ mm	8-10 mm	6-8 mm	5-6 mm	5-6 mm	4-5 mm	2-3 mm	2-3 mm	ورق گالوانیزه

مزایای برش ورق آهن با لیزر

در ادامه پنج مزیت اصلی برش‌ورق با لیزر ارائه شده است:

دقت بالای برش ورق آهن

پرتو نور لیزر توانایی برش ورق آهن را با دقت فوق العاده بالا خواهد داشت. دقتی که لیزر با ذوب مواد و ایجاد فرآیندهای تبخیری دارد با بسیاری از روش های برشکاری قابل مقایسه نیست. برخی از ابزارهای برش دارای سطوح تحمل حدود ۱ تا ۳ میلی متر هستند، در حالی که برش های لیزری با دقت ۰.۰۰۳ میلی متر برش می زند.

کاهش هدررفت ورق

برش ورق آهن با لیزر کمترین هدررفت مواد را خواهد داشت. با استفاده از این روش کمترین مواد زائد تولید می شود و حتی در مواد میتوان گفت که تولید مواد زائد به صفر میرسد. به این ترتیب برشکاری‌لیزری ورق بالاترین راندمان را دارد و نیازی نیست که حساب هدررفت بخشی از ورق را  کرده باشید.

تطبیق پذیری فوق العاده برش ورق آهن

عملیات برش لیزری بسیار انعطاف پذیر. یک برش لیزری مشخص برای عملیات های مختلف برش، مانند برش های ساده، برش های پیچیده و با جزئیات، علامت گذاری، حفاری حتی حکاکی به خوبی عمل می کند. بنابراین، سازندگان نیازی به تعویض ابزارها در طول فرآیند ندارند.

مصرف برق کم حین فرآیند برش ورق آهن با لیزر

برش های لیزری بر خلاف برخی از دستگاه های برش دیگر نیازی به جابجایی قسمت های مختلف دستگاه ندارند. به این ترتیب بدون هدررفت انرژی، ورق به بهترین شکل ممکن برش داده خواهد شد. برش های لیزری می توانند با ۱۰ کیلو وات انرژی کار کنند، در حالی که اکثر روش های دیگر می توانند تا ۵ برابر این میزان انرژی مصرف خواهد شد.

معایب برش ورق آهن با لیزر

برش لیزری ورق فلز علیرغم مزایای بی شماری که دارد، کاستی هایی نیز دارد. یکی از موارد مهم به قیمت برش ورق‌ آهن با لیزر باز میگردد. هزینه اولیه خرید دستگاه ها و تجهیزات نسبتا بالاست. موارد زیر را میتوان به عنوان معایب برش ورق آهن نام برد:

• نیاز به اپراتور متخصص : کار با دستگاه برش ورق‌ آهن لیزری نیاز به متخصص دارد.
• محدودیت در ضخامت فلز : برش های لیزری معمولی برای برش ورق آهن های آلومینیومی با حداکثر ضخامت ۱۵ میلی متر و فولاد ۶ میلی متر مناسب است.
• گازهای مضر : به تهویه مناسب و لوازم ایمنی حین برش نیاز است.
• سرمایه گذاری اولیه بالا

فرآیند برش ورق آهن با لیزر

سه فرآیند اصلی برش ورق آهن با لیزر بر اساس موادی که طی برشکاری از ورق ساطع می شود و اینکه چه ماده ای برای این کار استفاه می شود به صورت زیر تقسیم بندی شده است:

• فرآیند برش همجوشی پرتوی لیزر
• برش‌شعله پرتوی لیزر
• برش‌تصعید پرتو لیزر

برش ورق آهن با لیزر با استفاده از همجوشی پرتو لیزر

برش همجوشی پرتو لیزر بدون تماس انجام می شود و عموما برای برش‌ورق آلومینیوم و فولاد ضد زنگ مورد استفاده است. قطعه‌ی مربوطه به صورت موضعی توسط پرتو لیزر ذوب می شود. با فرآیند برش همجوشی پرتو لیزر، بخشی که در حال شکاف دادن است از گاز فرآیند برش به صورت مستمر استفاده می شود و در این فرآیند مواد مذاب اکسیداسیون سطح برش حذف خواهد شد. علاوه بر گاز نیتروژن، از گاز آرگون نیز به عنوان گاز فرآیند برش‌لیزری ورق استفاده می شود. هر دو گاز مانع ایجاد واکنش شیمیایی مواد خواهد شد. به همین دلیل است که سطوح برش در حین برش همجوشی با پرتوی لیرز اکسیده نشده و در شکاف برش هیچ اخلالی به وجود نمی آید و لبه های برش نیاز به پرداخت مجدد نخواهد داشت.

 برش ورق آهن با لیزر  به وسیله شعله پرتو لیزر

در طول فرآیند برش شعله پرتو لیزر، یک پرتو لیزر وظیفه‌ی گرم کردن قطعه کار را به صورت موضعی بر عهده دارد. پس از فرآیند ذوب شدن به سوی احتراق خود به خودی پیش خواهد رفت. مواد تا حد زیادی با قرار گرفتن در معرض جت گاز اکسیژن ، اکسیده شده و می سوزد. اکسید هایی که از آهن به دست می آید با فلز مذاب مخلوط می شود و به کمک اکسیژن حذف خواهد شد و در نتیجه شکاف ایجاد می‌شود. اکسیژن به عنوان منبع انرژی مازاد در طول اکسیداسیون، فرآیند واکنش گرمازا با ماده را تسهیل میکند. بر خلاف برش همجوشی پرتو لیزر، برش شعله پرتو لیزر پس از فرآیند برشکاری ورق به پردازش مکانیکی نیاز خواهد داشت.

با  توجه به اکسید شدن سطوح برش شاهد ایجاد سوراخ هایی در لبه برش خواهید بود. البته اگر تمامی پارامترهای فرآیند برشکاری ورق با لیزر توسط شعله ی پرتو به درستی تنظیم شده باشد میتوان از تشکیل این سوراخ ها جلوگیری کرد. این شیوه برای برش ورق های فلزی و غیر فلزی کاملا مناسب است. در میان سایر روش ها، برش شعله پرتو ، بیشترین استفاده را در برشکاری ورق دارد. سرعت برش در این روش بالاست و برای ضخامت های زیاد تا حدود ۳۰ میلیمتر نیز قابل پردازش است.

برش ورق آهن با استفاده از تصعید پرتو لیزر

ویژگی بارز برش سابلیمیشن لیزری تبخیر  موادی است که به اندازه کافی حرارت دیده اند. این مواد مستقیما از حالت جامد به گاز تبدیل می شوند و حالت مذاب به خود نمیگیرند. با توجه به این ویژگی، برش لیزر در درجه اول برای موادی استفاده می شود که حالت مذاب مشخصی ندارند. در حین برش لیزری سابلیمیشن، معمولاً گاز نیتروژن، هوا، هلیوم یا آرگون استفاده می شود که به وسیله ی این گازها ، مواد تولید شده در حین تصعید به بیرون دمیده می شود. در عین حال از متراکم شدن بخار جلوگیری می شود. بخار مواد تولید شده فشار بالایی ایجاد می کند که مانع ایجاد مواد مایع و مذاب است. این فرآیند برش لیزری برای ورق ، کمتر کاربرد دارد و معمولا برای برشکاری مواد آلی مانند چوب، منسوجات، چرم یا مقوا و همچنین پلاستیک های تقویت شده با فیبر و همگن مناسب است.

تاریخچه ی برش ورق آهن با لیزر

فناوری برش لیزری بیش از ۶۰ سال است که وجود دارد و اولین تلاش برای برش ورق‌های فلزی به سال ۱۹۶۰ باز می گردد. تا سال ۱۹۶۴، لیزرهای CO2 برای ساخت جزئیات پیچیده مانند فنرهای جوش استفاده می شد. ویژگی‌های اتوماسیون و دقت بالای برش لیزری نسبت به سایر فرآیندهای برش باعث شده به سرعت راه خود را به صنایع خصوصا در زمینه برشکاری باز کند. فیبرهای لیزری برای اولین بار در دهه ۶۰ تولید شدند، اما تا اواخر دهه ۸۰ طول کشید تا جای خود را در بازار باز کنند. دهه ۱۹۹۰ به عنوان عصر طلایی فناوری لیزر در نظر گرفته می شود. در این دهه جایگاه لیزر برای انجام برشکاری بیش از پیش تثبیت شد و صنایع خودروسازی و هوافضا به صورت گسترده از برش ورق‌ آهن با لیزر استفاده کردند.

کیفیت برشکاری ورق با لیزر

کیفیت برش ورق آهن با لیزر به عوامل زیر بستگی دارد:

• فشار گاز
• میزان شار تغذیه
• قدرت منبع لیزر
• موقعیت کانونی تمرکز پرتوها

لیزر توانایی برش کدام فلزات را دارد ؟

لیزرهای پرقدرت CO2 می توانند فلزاتی مانند آهن و فولاد ضد زنگ را برش دهند، آلومینیوم و برنج به دلیل میزان بازتابی که دارد ممکن است در مواردی مشکل ساز شود و اگرچه اصول اولیه برش ورق برنج با لیزر تفاوت چشم گیری با آهن ندارد اما به دلیل کیفیت مواد خاص شیت برنجی و آلیاژهای برنج، تفاوت‌های جزئی وجود دارد. فیبرهای لیزری برای برش کاری مس و آلومینیوم کاربرد بیشتری دارد.

کدام ورق ها را نمیتوان با لیزر برش زد ؟

موادی که نباید با لیزر پردازش شود شامل موارد زیر است:

• چرم و چرم مصنوعی حاوی کروم (VI)
• الیاف کربن (کربن)
• پلی‌وینیل کلراید (PVC)
• پلی وینیل بوتیرال (PVB)
• پلی‌تترا فلوئورواتیلن (PTFE / تفلون)
• اکسید بریلیم