دلیل ایجاد چالش‌های متفاوت در لوله‌های مربعی نسبت به ورق تخت

بسیاری از سازندگانی که از برش ورق تخت به پردازش لوله‌ها می‌روند، میزان تفاوت واقعی در نیازهای برنامه‌ریزی و راه‌اندازی را دست‌کم می‌گیرند. دستگاه برش لیزری لوله قادر به پردازش لوله‌های دایره‌ای، مربعی و مستطیلی است؛ اما لوله‌های مربعی و مستطیلی مجموعه‌ای خاص از چالش‌ها را ایجاد می‌کنند: انتقال هندسه گوشه‌ها، تغییرات تخت‌بودن سطح روی وجه‌های صاف و نیاز به حفظ فاصله کانونی ثابت سر برش در هنگام حرکت دور یک گوشه ۹۰ درجه‌ای.

فیزیک مربوط به گوشه‌ها ارزش درک دارد. هنگامی که سر لیزر از سطح تخت به شعاع گوشه منتقل می‌شود، عمق نقطه کانونی نسبت به سطح ماده تغییر می‌کند. بیشتر سیستم‌های لیزر لوله‌ای مدرن این تغییر را به‌صورت خودکار از طریق حسگر ارتفاع ظرفیتی جبران می‌کنند، اما تأخیر پاسخ در تغییرات سریع جهت همچنان می‌تواند بر کیفیت برش تأثیر بگذارد، مگر اینکه نرخ تغذیه در نقاط نزدیک‌شدن به گوشه تنظیم شود.

بستن، پیکربندی گیره تغذیه و آماده‌سازی مواد

پیش از انجام اولین برش، تنظیمات مربوط به انتقال و نگهداری مواد بخش عمده‌ای از فرآیند بعدی را تعیین می‌کنند. معمولاً لوله‌های مربعی با پیچش جزئی در طول خود تحویل داده می‌شوند، به‌ویژه در مقاطع با دیواره‌های نازک. لوله‌ای که حتی با پیچش دو درجه وارد دستگاه شود، در هنگام چرخش گیره برای انجام برشهای پروفیلی، از محور مورد نظر منحرف می‌شود و خطای زاویه‌ای در ویژگی‌هایی ایجاد می‌کند که باید عمود بر محور لوله باشند.

بررسی پیچش قبل از بارگذاری و رد کردن مواد اولیه‌ای که از مقدار مجاز انحراف فراتر روند، سریع‌تر از تلاش برای جبران آن در فرآیند پس‌پردازش است. اکثر تأمین‌کنندگان لیزر لوله حداکثر مقدار پیچش به ازای هر متر را برای مواد اولیه‌ای که دستگاه می‌تواند به‌طور قابل اعتمادی با آن‌ها کار کند، مشخص می‌کنند.

فشار گیرش صفحات گیرنده جلو و عقب نیز در مورد لوله‌های مربعی نسبت به لوله‌های گرد اهمیت بیشتری دارد. لوله‌های گرد تحت فشار گیرش متقارن به‌صورت خودکار در مرکز قرار می‌گیرند. اما لوله‌های مربعی نیازمند آن‌اند که سطوح دندانه‌های صفحه گیرنده با ضلع‌های صاف پروفیل هم‌تراز شوند. عدم هم‌ترازی دندانه‌ها باعث ایجاد چرخش ریز در طول چرخه تغذیه می‌شود که به‌صورت انحراف مکانی در ویژگی‌های متوالی مشاهده می‌گردد.

رویکرد برنامه‌نویسی برای برش‌های متقاطع و اتصالات شیب‌دار

لوله‌های مربعی به‌طور گسترده‌ای در ساخت سازه‌ها استفاده می‌شوند و این امر به معنای آن است که بخش عمده‌ای از کار برش شامل اتصالات شیب‌دار، برش‌های سَدلی (saddle cuts) و برش‌های بریدن انتهای لوله برای تناسب جوشکاری است. برنامه‌نویسی این برش‌ها روی دستگاه لیزر لوله منطقی متفاوتی نسبت به چیدمان صفحات تخت دارد.

نرم‌افزار برش نیازمند داده‌های دقیق مقطع عرضی لوله است، از جمله شعاع گوشه. اکثر لوله‌های مربعی ساخته‌شده به روش سرد دارای شعاع گوشه‌ای در حدود ۱٫۵ تا ۳ برابر ضخامت دیواره هستند. اگر برنامه گوشه را به‌عنوان زاویه‌ای دقیقاً ۹۰ درجه در نظر بگیرد، برش واقعی در هر انتقال گوشه از مسیر برنامه‌ریزی‌شده انحراف پیدا خواهد کرد و در اتصالات مورب (میتر)، حتی اگر ابعاد روی نقشه صحیح به نظر برسند، فاصله‌ای بین قطعات مشاهده می‌شود.

انتخاب گاز و تنظیمات فشار برای ضخامت‌های مختلف دیواره

انتخاب گاز کمکی در برش لوله با لیزر، هم بر کیفیت لبه برش و هم بر رفتار ذوب‌شده (دروز) در داخل لوله تأثیر می‌گذارد. در برش لوله‌های فولاد نرم، استفاده از اکسیژن به عنوان گاز کمکی، برش سریع‌تری با توان پایین‌تر ایجاد می‌کند، اما لایه‌ای اکسیدی روی سطح برش ایجاد می‌کند. برش با نیتروژن لبه‌ای تمیزتر و بدون اکسید تولید می‌کند، اما نیازمند فشار و توان بالاتری است.

برای لوله‌های مربعی با دیواره نازک (زیر ۳ میلی‌متر)، نیتروژن در فشار ۱۲ تا ۱۶ بار معمولاً پاک‌ترین نتیجه را ایجاد می‌کند. برای مقاطع دیواره ضخیم‌تر بالاتر از ۶ میلی‌متر، استفاده از اکسیژن از نظر هزینه و ظرفیت تولید عملی‌تر می‌شود، به‌ویژه زمانی که کیفیت لبه‌ها توسط عملیات پایانی جوش پوشانده می‌شود.

در یک پروژه ساخت در یک تأمین‌کننده قطعات سازه‌ای در جیانگسو، مشکل مکرر ذوب‌شده (دروس) روی لوله مربعی فولاد نرم با ضخامت دیواره ۴ میلی‌متر رخ داد. تغییر از اکسیژن در فشار ۶ بار به نیتروژن در فشار ۱۴ بار به‌طور کامل مشکل ذوب‌شده داخلی را رفع کرد، هرچند سرعت برش حدود ۱۵٪ کاهش یافت. این تبادل قابل قبول بود، زیرا قطعات برای کاربرد معماری قابل‌مشاهده‌ای تولید می‌شدند که در آن علامت‌های سوهان‌زنی مجاز نبود.

موقعیت فوکوس و چگالی توان برای لوله‌های مربعی با دیواره ضخیم

برای لوله‌های مربعی با ضخامت دیواره بیش از ۵ میلی‌متر، موقعیت کانون نسبت به سطح ماده تأثیر قابل‌توجه‌تری بر کیفیت لبه‌ها نسبت به کاربردهای ورق نازک دارد. تنظیم کانون روی سطح بالایی، چگالی توان را در نقطه ورود به حداکثر می‌رساند، اما عرض شیار برش در سطح خروجی را گسترده‌تر می‌کند. در مقابل، تنظیم کانون در وسط ضخامت دیواره، هندسهٔ یکنواخت‌تری برای شیار برش در تمام ضخامت ایجاد می‌کند.

بیشتر سیستم‌های برش لوله با لیزر فیبر امکان تنظیم جابه‌جایی کانون (Focus Offset) را در مجموعه پارامترهای CNC فراهم می‌کنند. انجام نمونه‌های آزمون کیفیت برش در جابه‌جایی‌های کانون ۰، ۱- میلی‌متر و ۲- میلی‌متر برای ترکیب خاصی از ماده و ضخامت، حدود ۲۰ دقیقه زمان می‌برد، اما مجموعهٔ بهینهٔ پارامترها را تعیین می‌کند که در تمامی نوبت‌های تولیدی قابل استفاده خواهد بود.

پس از برش: حمل‌ونقل و سوپاپ‌زدایی انتهایی

انتهای برش‌خورده لوله‌های مربعی حاصل از پردازش لیزری عموماً تمیزتر از انتهای برش‌خورده با ابزارهای مکانیکی مانند اره است، اما تشکیل براده در گوشه‌های داخلی پروفیل یک مشکل شناخته‌شده است، به‌ویژه در گوشه‌هایی که مسیر لیزر جهت خود را تغییر می‌دهد. براده‌های موجود در گوشه‌های داخلی لوله‌های مربعی با ابزارهای استاندارد سوپاپ‌زدایی به‌سختی قابل دسترسی هستند.

ابزار سوپاپ‌زدایی انتهایی که به‌طور خاص برای پروفیل‌های مربعی و مستطیلی طراحی شده است، این مشکل را به‌صورت مؤثرتری نسبت به مجموعه‌های سوپاپ‌زدایی پروفیل‌های دایره‌ای حل می‌کند. برای تولید انبوه، اتصالات سوپاپ‌زدایی آنلاین که با سیستم‌های بارگیر خودکار بسته‌بندی لوله لیزری کار می‌کنند، از سوی چندین تأمین‌کننده ابزار در دسترس هستند.

دستگاه‌های برش لیزری لوله RAYMAX به‌گونه‌ای تنظیم شده‌اند که تمام اندازه‌های مختلف پروفیل‌های مربعی و مستطیلی را پشتیبانی کنند و سیستم‌های گیره‌بندی و تشخیص ارتفاع آن‌ها طوری طراحی شده‌اند که دقت برش را در طول انتقالات هندسی حفظ کنند؛ این امر پردازش لوله‌های مربعی را نسبت به کار روی ورق‌های تخت پیچیده‌تر می‌سازد.