Gaz destekli lazer kesim ile ilgili ilk deneyler 1967'de yapıldı. O zamandan beri dünya çapında yaklaşık 20.000 ticari lazer sac kesme sistemi kuruldu. Şu anda 12 mm kalınlığa kadar çelik, gemi yapımı, yapısal çelik işleri, otoyol dışı araçlar ve diğer birçok endüstri sektöründeki uygulamalar için ticari olarak rutin olarak kesilmektedir. Bu endüstriler için pazar faktörleri arasında kesim kalitesini iyileştirme, kesme hızını en üst düzeye çıkarma ve reddetme oranlarını düşürme ihtiyacı yer alır. Son birkaç yılda, lazer kesim için faydalı olduğu iddia edilen bileşimlerle özel çelikler (lazer kalitesinde çelikler olarak bilinir) geliştirilmiştir. Pek çok anekdot kanıtı, bu çelikler için kesme hızında, kenar kalitesinde ve tekrarlanabilirlikte iyileştirmeler önermiştir. Bu çalışmada, 6 ve 12 mm kalınlıktaki lazer kalite, yumuşak ve C-Mn çeliklerin CO
2 lazer kesimi için kesme kenarı kalitesi oluşturulmuştur. Plaka bileşiminin lazer kesim kenar kalitesi üzerindeki etkisi, kenar yüzey pürüzlülüğü ve kareliği ölçülerek incelenmiştir. İstatistiksel bir analiz yöntemi kullanılarak kesim kalitesini etkileyen en önemli unsurlar belirlendi. Analiz, değerlendirilen malzeme yelpazesi için yüzey pürüzlülüğü üzerinde olumlu ve kenar üzerinde olumsuz bir etkisi olan silikonun önemli rolünü göstermektedir.
Lazer kullanıcılarının lazer kesim için dört temel gereksinimi vardır: kesim kalitesi, kesim hızı, kesimin tekrarlanabilirliği ve malzeme maliyeti. Şu anda, kesme kabiliyetini etkileyen faktörlerin çoğu, son kullanıcılardan ve daha özel olarak 'lazer kalitesinde' çelikler piyasaya süren çelik tedarikçilerinden anekdot niteliğindedir. Diğer çelik üreticileri tarafından kullanılan bileşimler ve üretim süreçleri de lazer kesim için fayda sağlayabilir, ancak bu çelikler her zaman bu temelde tanıtılmaz. Lazer kesim kalitesi sorunu, süreci etkileyebilecek çeşitli parametrelerle karmaşıktır, bunlardan bazıları aşağıda listelenmiştir:
Yukarıdaki faktörlerin etkisinin daha iyi anlaşılması, çelik üreticilerinin, lazer kesim işleminin daha fazla tutarlılığına ve tekrarlanabilirliğine yol açan, gelişmiş kesme kabiliyetine sahip çelik levhalar tedarik etmesine olanak sağlamalıdır. Bu anlayışın bir kısmını sağlamak için, malzeme bileşiminin ve karbon ve C-Mn çeliklerinin yüzey durumunun lazerle kesilmiş kenarların kalitesini nasıl etkileyebileceğine dair bir çalışma yapılmıştır. Bu çalışmanın sonuçları, Birleşik Krallık merkezli bir dizi lazer kesim iş atölyesinde gerçekleştirilen bir kesme kapasitesi denemeleri araştırması ile karşılaştırılmıştır.
Deney
Çalışmanın ilk aşaması, mevcut pazar görüşlerini oluşturmak ve kritik sorunları belirlemek için çelik üreticileri, ekipman tedarikçileri ve son kullanıcılar arasında bir sektör araştırmasından oluşuyordu. Ardından, makine ve operatör etkileri nedeniyle lazer kesim performansının değişkenliğini belirlemek için iki kalınlıkta (6 ve 12 mm) lazer kalitesinde bir çelik kullanılarak bir dizi endüstriyel deneme yapıldı. Standart test parçaları daha sonra DIN 2310 standardı kullanılarak kesim kalitesini belirlemek için değerlendirildi. Şu anda bu, lazer kesim kalitesini belirlemek için kullanılan en yaygın standarttır. Bu standardın kalite I ve kalite II olmak üzere iki kalite seviyesi vardır. Bu öznel bir değerlendirme olmasına rağmen, kalite II seviyelerini karşılayan numuneler genellikle hız ve kalite arasında iyi bir uzlaşma ile iyi, kabul edilebilir kesimler olarak sınıflandırılabilir. Genelde, belirli bir gereklilik olmadıkça kalite I seviyelerini karşılaması beklenmeyebilir, çünkü bu genellikle daha yavaş bir kesme hızı gerektirir. Bunu takiben, çeşitli alaşım elementlerinin, yüzey oksitlerinin ve yüzey işlemlerinin önemini belirlemek için plaka bileşimi ve yüzey durumunun sistematik bir araştırması yapıldı. Bir dizi 12 farklı karbon ve C-Mn çeliği aynı lazer parametreleri kullanılarak kesildi. Bu numuneler için kesim kalitesini belirlemek için yine DIN 2310 standardı kullanılmıştır. Kesim kalitesi sonuçları daha sonra istatistiksel olarak anlamlı unsurları belirlemek ve bu unsurlara dayalı optimize edilmiş bir model üretmek için analiz edildi.
Sonuçlar
Endüstri Anketi
Endüstriyel anket, çelik üreticilerinin, lazer kesim sistemi tedarikçilerinin ve son kullanıcıların, malzeme bileşiminin ve yüzey durumunun CO
2 lazer kesim performansı üzerinde güçlü bir etkisi olduğuna inandığını doğruladı. Ayrıca, bu görüşleri doğrulamak için çok az yayınlanmış veri bulunduğunu ve bu alandaki çalışmaların çoğunun, sonuçlarla ilgili çıkarları olan çelik şirketlerinin kendileri tarafından yürütüldüğünü ortaya koydu. Endüstri denemeleri, farklı operatörler, atölyeler ve lazer kesim sistemleri arasında lazer kesim kalitesinde yüksek düzeyde tutarlılık gösterdi. Yalnızca bir atölyede sınıf I pürüzlü kesim (6 mm kalınlığında malzeme üzerinde) yapılmasına rağmen, tüm numuneler hem 6 mm hem de 12 mm kalınlıktaki lazer sınıfı çelikler için DIN 2310 kalite II gereksinimlerini kolayca karşıladı. Diklik sonuçları, hem 6 hem de 12 mm kalınlıkta kesim yaptığım kalite seviyesine ulaşmanın çok daha kolay olduğunu gösterdi.
Önerilen makale:
lazer boru kesim hakkında bilgi almak ve diğer metal işleme hizmetlerine ulaşmak için ilgili sayfayı ziyaret edebilirsiniz.
İstatistiksel Analiz
Seçilen 12 çeliğin malzeme bileşimini gözlemlenen yüzey pürüzlülüğü ve kareliği ile ilişkilendirme girişiminde istatistiksel bir analiz yapıldı. Analiz, bileşimsel bir Kesme Kalite Faktörü'nün (CQF) önerilmesine izin verdi. İncelenen çelikler için CQF R (R = pürüzlülük) aşağıdaki denklemle belirlendi:
CQF
R = 24P + 21Mo - Si
İstatistiksel olarak, diğer unsurların hiçbiri gözlemlenen pürüzlülüğe katkıda bulunmadı. 12 mm kalınlıktaki çelik için DIN 2310 kalite II gerekliliklerini karşılamak için izin verilen yüzey pürüzlülüğü 108µm'dir.
R
Z = 108CQF
R + 68
İncelenen on iki çelik için, CQF R değerleri 0.024 ile 0.487 arasında değişmiştir. Bu projede incelenen iki lazer dereceli çeliğin CQF R değerleri malzeme ref için 0.248 idi. Malzeme referansı için L6217 ve 0.321. L4665. Lazer kalitesinde çelikler için CQF R değerleri, düşük silikon içeriği nedeniyle nispeten yüksektir ve bu lazer kalitesinde çeliklerin üreticilerinin malzeme bileşimini oluştururken pürüzlülük dışındaki faktörleri de göz önünde bulundurduklarını göstermektedir.
Sonuçlar ayrıca, tek tek öğelerin etkilerinin kenar kareliği üzerindeki etkileri açısından istatistiksel olarak anlamlı olup olmadığını belirlemek için analiz edildi. Bu analiz, yalnızca silikonun kenar kareliği üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu gösterdi. Kalan unsurların etkileri bu nedenle önemli olarak kabul edildi. Kenar kareliğine dayalı eşdeğer CQF modeli aşağıdaki denklemde gösterildiği gibidir:
CQF
S = Si
En kare lazer kesim kenarlarını üretmek için CQF
S değeri en aza indirilmelidir.
Yüzey Efektleri
Plaka yüzey freze ölçeği olan ve olmayan lazer kesimin yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu karşılaştırma için, mil ölçeği parlak, temiz bir yüzey bırakacak şekilde işlendi (L4665 ve L6217, lazer kalitesinde çeliklerdir). Mil skalasının elde edilen yüzey pürüzlülüğü üzerinde çok az etkisi olduğu açıktır.
Tartışma
CO
2 lazer kesim için kullanılacak malzemenin bileşimi ve yüzey durumu dikkate alınırken dikkatli olunmalıdır. Gereksinimler DIN 2310'da belirtilen kalite II seviyelerini karşılayacaksa, malzeme bileşimini ve yüzey durumunu değerlendirmek için burada önerilen kılavuzlar kullanılabilir. Bununla birlikte, bu standardın çok özel gereksinimleri olduğu ve kusurların varlığını dikkate almadığı belirtilmelidir. Bu nedenle, kesme işleminin kalitesi ve tekrarlanabilirliği açısından bir malzemenin uygunluğu hakkında bir değerlendirme yapılmadan önce, DIN 2310 olsun veya olmasın lazer kesim kalitesini değerlendirmek için bir kriter oluşturmak önemlidir. Bu çalışma aynı zamanda mevcut DIN 2310 standardının yerini alacak gelişmiş bir lazer kesim kenarı kalitesini belirleme yöntemine ihtiyaç olduğunu gösterdi. Bu, lazer kesim kenarının bir bölümünde üretilen kusurların seviyesinin bir miktar değerlendirilmesine izin vermelidir.
Bu çalışmada lazer kalitesinde çelikler, lazer olmayan bazı, karbon ve C-Mn çeliklerinden her zaman daha yüksek kalite seviyelerine veya daha yüksek kesme hızlarına ulaşmadı. Endüstriyel denemelerin ve denemelerin sonuçları, lazer kalitesinde çeliğin bir dizi lazer kesme makinesi ve operatörü ile iyi sonuçlar elde ettiğini gösterdi. Bu, bu çeliklerde mevcut olan daha geniş işleme penceresinin bir sonucu olabilir. Bu projenin sonuçları, kesme kenarı kalitesi çok önemli olarak kabul edilirse, bir malzemenin lazer kesim için uygunluğunu değerlendirmede çelikteki silikon seviyelerinin önemli bir faktör olarak dikkate alınması gerektiğini doğrulamıştır.
Bu çalışma, çelik bileşiminin ve yüzey kalitesinin lazer kesim üzerindeki etkilerine pratik bir kılavuz sağlamak için tasarlanmıştır. Bunu yaparken, tam olarak çözülmemiş bir dizi önemli sorunu gündeme getirdi. Lazer kesim işleminin mekanizmaları üzerindeki kompozisyonun daha iyi anlaşılması, bu çalışmanın daha da ileri götürülmesine ve kullanıcılara malzeme seçiminde daha iyi bilgi sağlanmasına büyük ölçüde yardımcı olacaktır.
Sonuçlar
Silikon, lazer kesim kenar kalitesini etkileyen en önemli unsurdur. Silisyumun yüzey pürüzlülüğü üzerinde olumlu, kenar kareliği üzerinde olumsuz bir etkisi olduğu gösterilmiştir.
Çelik seçimi için bir kılavuz sağlayabilecek bir Kesme Kalite Faktörü önerilmiştir. Kenar pürüzlülüğü için DIN 2310 kalite II gerekliliklerini karşılamak için CQF R değerinin 0,37'yi geçmemesi önerilir.
Malzeme bileşiminin ve malzeme yüzey durumunun etkisi, lazer kesim makinesi ve operatörün birleşik etkilerinden daha genel lazer kesim kalitesi üzerinde daha büyük bir etkiye sahipti. Bir dizi farklı malzeme bileşimi için kesim kalitesi aralığı, farklı lazer kesim makinelerinde farklı operatörler tarafından işlenen aynı malzemeyle bulunanın iki katıydı.
Endüstriyel lazer atölyeleri, hem 6 mm hem de 12 mm kalınlığında lazer kalitesinde çelik kullanarak DIN 2310'un kalite II gereksinimlerini kolayca karşılayabildi.
Yüzey hazırlama yöntemlerinin değerlendirilmesi, hadde pul tabakasının işlenmesinin lazer kesim kalitesi üzerinde önemli bir etkisi olmadığını göstermiştir. Ancak, hadde pul tabakasının bilyeli patlatılması, lazer kesim kalitesini etkiledi. Bu çalışmada, bilyeli kumlama, "haddelenmiş" duruma kıyasla daha iyi bir karelik, ancak daha pürüzlü lazer kesimli kenarlar üretti.
