เหตุใดท่อสี่เหลี่ยมจึงสร้างความท้าทายที่แตกต่างจากแผ่นโลหะแบน

ผู้ผลิตส่วนใหญ่ที่เปลี่ยนจากการตัดแผ่นโลหะแบนมาเป็นการแปรรูปท่อ มักประเมินความแตกต่างของข้อกำหนดในการเขียนโปรแกรมและการตั้งค่าไว้ต่ำเกินไป แท้จริงแล้ว เครื่องเลเซอร์ตัดท่อสามารถประมวลผลทั้งท่อทรงกลม ท่อสี่เหลี่ยม และท่อสี่เหลี่ยมผืนผ้า แต่ท่อสี่เหลี่ยมและท่อสี่เหลี่ยมผืนผ้าจะก่อให้เกิดความท้าทายเฉพาะตัว เช่น การเปลี่ยนผ่านรูปทรงที่มุม ความแปรผันของความเรียบบนพื้นผิวด้านแบน และความจำเป็นที่หัวตัดต้องรักษาระยะโฟกัสคงที่ไว้ขณะเคลื่อนที่รอบมุม 90 องศา

หลักฟิสิกส์ที่มุมควรทำความเข้าใจอย่างละเอียด เนื่องจากเมื่อหัวเลเซอร์เคลื่อนผ่านจากพื้นผิวเรียบไปยังรัศมีของมุม ความลึกของจุดโฟกัสจะเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับผิววัสดุ ระบบเลเซอร์สำหรับท่อมากกว่าส่วนใหญ่ในปัจจุบันสามารถปรับค่าการเปลี่ยนแปลงนี้โดยอัตโนมัติผ่านการตรวจจับความสูงแบบคาปาซิทีฟ แต่ความล่าช้าในการตอบสนองขณะเปลี่ยนทิศทางอย่างรวดเร็วยังคงส่งผลต่อคุณภาพของการตัด หากไม่มีการปรับอัตราการป้อนวัสดุ (feed rates) บริเวณจุดเข้าใกล้มุม

การยึดวัสดุ การจัดวางโครงสร้างของชัคป้อนวัสดุ และการเตรียมวัสดุ

ก่อนการตัดครั้งแรกเกิดขึ้น การตั้งค่าระบบจัดการวัสดุจะเป็นตัวกำหนดสิ่งต่าง ๆ ที่ตามมาเป็นส่วนใหญ่ วัสดุท่อสี่เหลี่ยมมักมาพร้อมกับการบิดเล็กน้อยตามความยาว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในท่อที่มีผนังบาง ท่อที่ถูกป้อนเข้าเครื่องด้วยการบิดเพียง 2 องศา ก็จะเคลื่อนที่ออกนอกแกนขณะที่ชัคหมุนเพื่อทำการตัดตามรูปทรง ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดเชิงมุมบนลักษณะต่าง ๆ ที่ควรตั้งฉากกับแกนของท่อ

การตรวจสอบการบิดเบี้ยวก่อนโหลดและปฏิเสธวัสดุที่มีค่าเกินค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้นั้นเร็วกว่าการพยายามปรับแก้ในขั้นตอนหลังการตัด ผู้จัดจำหน่ายเครื่องเลเซอร์ตัดท่อมักระบุค่าสูงสุดของการบิดเบี้ยวต่อเมตรสำหรับวัสดุที่เครื่องสามารถประมวลผลได้อย่างเชื่อถือได้

แรงดันการยึดของหัวจับด้านหน้าและด้านหลังมีความสำคัญมากขึ้นกับท่อสี่เหลี่ยมเมื่อเทียบกับท่อทรงกลม เนื่องจากท่อทรงกลมจะจัดตำแหน่งศูนย์กลางตัวเองโดยอัตโนมัติภายใต้แรงดันการยึดที่สมมาตร ในขณะที่ท่อสี่เหลี่ยมจำเป็นต้องให้ผิวของขาจับสอดคล้องกับด้านแบนของชิ้นงาน หากขาจับไม่อยู่ในแนวเดียวกัน จะทำให้เกิดการหมุนเล็กน้อยระหว่างรอบการป้อนวัสดุ ซึ่งส่งผลให้ตำแหน่งของลักษณะต่าง ๆ ที่ตามมาคลาดเคลื่อน

แนวทางการเขียนโปรแกรมสำหรับการตัดแบบตัดกันและข้อต่อแบบมิเตอร์ (Miter Joints)

ท่อสี่เหลี่ยมถูกใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตโครงสร้าง ซึ่งหมายความว่าส่วนใหญ่ของงานตัดจะเกี่ยวข้องกับข้อต่อแบบมิเตอร์ การตัดแบบแซดเดิล (Saddle Cuts) และการเว้นร่องปลายท่อเพื่อเตรียมการเชื่อม ดังนั้นการเขียนโปรแกรมสำหรับการตัดลักษณะดังกล่าวบนเครื่องเลเซอร์ตัดท่อจึงใช้ตรรกะที่แตกต่างจากการจัดวางชิ้นส่วนบนแผ่นโลหะแบน

ซอฟต์แวร์การตัดจำเป็นต้องมีข้อมูลหน้าตัดที่แม่นยำของท่อ รวมถึงรัศมีมุมโค้ง ท่อกล่องรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่ผ่านกระบวนการขึ้นรูปเย็นส่วนใหญ่มีรัศมีมุมโค้งประมาณ 1.5 ถึง 3 เท่าของความหนาของผนังท่อ หากโปรแกรมพิจารณามุมโค้งเป็นมุมฉากที่แท้จริง การตัดจริงจะเบี่ยงเบนจากเส้นทางที่เขียนโปรแกรมไว้ที่ทุกจุดเปลี่ยนมุม และการประกอบรอยต่อแบบมิเตอร์ (miter joint) จะแสดงช่องว่างแม้ว่าขนาดที่ระบุในแบบจะดูถูกต้องก็ตาม

การเลือกก๊าซและการตั้งค่าความดันสำหรับความหนาของผนังที่แตกต่างกัน

การเลือกก๊าซช่วยในการตัดท่อด้วยเลเซอร์ส่งผลต่อทั้งคุณภาพของขอบที่ตัดและพฤติกรรมของเศษโลหะ (dross) ที่เกิดขึ้นภายในท่อ โดยการใช้ก๊าซออกซิเจนช่วยในการตัดท่อเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำจะให้ความเร็วในการตัดสูงขึ้นและใช้พลังงานต่ำกว่า แต่จะทิ้งชั้นออกไซด์ไว้บนพื้นผิวที่ถูกตัด ส่วนการตัดด้วยก๊าซไนโตรเจนจะให้ขอบที่สะอาดกว่าและไม่มีออกไซด์ แต่ต้องใช้ความดันและพลังงานสูงกว่า

สำหรับท่อสี่เหลี่ยมที่มีผนังบาง (ความหนาน้อยกว่า 3 มม.) การใช้ก๊าซไนโตรเจนที่ความดัน 12–16 บาร์มักให้ผลลัพธ์ที่สะอาดที่สุด แต่สำหรับท่อที่มีผนังหนาเกิน 6 มม. การใช้ก๊าซออกซิเจนช่วยจะเหมาะสมกว่าในแง่ต้นทุนและการผลิต ทั้งนี้โดยเฉพาะเมื่อคุณภาพของขอบที่ตัดจะถูกปกปิดโดยกระบวนการตกแต่งรอยเชื่อมภายหลัง

โครงการการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่ผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนโครงสร้างแห่งหนึ่งในมณฑลเจียงซูประสบปัญหาเศษหลอมเหลว (dross) ซ้ำๆ บนท่อสี่เหลี่ยมจัตุรัสทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำที่มีความหนาของผนัง 4 มม. การเปลี่ยนก๊าซที่ใช้จากออกซิเจนที่ความดัน 6 บาร์ เป็นไนโตรเจนที่ความดัน 14 บาร์ สามารถแก้ไขปัญหาเศษหลอมเหลวภายในได้โดยสิ้นเชิง แม้ว่าความเร็วในการตัดจะลดลงประมาณ 15% ก็ตาม แต่การแลกเปลี่ยนดังกล่าวถือว่ายอมรับได้ เนื่องจากชิ้นส่วนที่ผลิตขึ้นนี้จะนำไปใช้งานในงานสถาปัตยกรรมที่มองเห็นได้ชัด และไม่อนุญาตให้มีรอยขัด (grinding marks) ปรากฏบนพื้นผิว

ตำแหน่งโฟกัสและค่าความเข้มของพลังงานสำหรับท่อสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีผนังหนา

สำหรับท่อสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีความหนาของผนังมากกว่า 5 มม. ตำแหน่งโฟกัสสัมพัทธ์ต่อพื้นผิวของวัสดุมีผลต่อคุณภาพขอบของชิ้นงานอย่างชัดเจนมากกว่ากรณีที่ใช้กับแผ่นโลหะบาง โดยการตั้งค่าโฟกัสที่พื้นผิวด้านบนจะทำให้ความเข้มของพลังงานสูงสุดบริเวณจุดเริ่มต้นของการตัด แต่จะทำให้เกิดรอยตัด (kerf) กว้างขึ้นที่พื้นผิวด้านออก ในขณะที่การตั้งค่าโฟกัสที่กึ่งกลางความหนาของผนังจะทำให้รูปร่างของรอยตัดมีความสม่ำเสมอมากขึ้นตลอดความหนาของผนัง

ระบบตัดท่อด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ส่วนใหญ่สามารถปรับค่าโฟกัสออฟเซตได้ผ่านชุดพารามิเตอร์ของเครื่องควบคุมเชิงตัวเลข (CNC) การทดสอบคุณภาพการตัดด้วยตัวอย่างที่ปรับค่าโฟกัสออฟเซตเป็น 0, -1 มม. และ -2 มม. บนวัสดุและขนาดความหนาเฉพาะ จะใช้เวลาประมาณ 20 นาที แต่จะช่วยกำหนดชุดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งสามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องในการผลิตจริง

การจัดการหลังการตัดและการขจัดร่องรอยคม (Deburring) ที่ปลายท่อ

ปลายท่อสี่เหลี่ยมที่ผ่านกระบวนการตัดด้วยเลเซอร์โดยทั่วไปจะสะอาดกว่าปลายท่อที่ตัดด้วยเครื่องเลื่อยแบบกลไก แต่ปัญหาการเกิดร่องรอยคม (burr) ที่มุมด้านในของชิ้นงานเป็นเรื่องที่ทราบกันดี โดยเฉพาะบริเวณมุมที่ลำแสงเลเซอร์เปลี่ยนทิศทาง การขจัดร่องรอยคมที่มุมด้านในของท่อสี่เหลี่ยมจึงทำได้ยากกว่าด้วยเครื่องมือขจัดร่องรอยคมมาตรฐาน

เครื่องมือขจัดร่องรอยคมที่ปลายท่อซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับท่อสี่เหลี่ยมและสี่เหลี่ยมผืนผ้าสามารถแก้ไขปัญหานี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าชุดเครื่องมือขจัดร่องรอยคมสำหรับท่อทรงกลม สำหรับการผลิตในปริมาณสูง ผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์หลายรายมีอุปกรณ์ขจัดร่องรอยคมแบบต่อเนื่อง (inline deburring attachments) ที่สามารถทำงานร่วมกับระบบโหลดแท่งท่ออัตโนมัติของเครื่องตัดท่อเลเซอร์ได้

เครื่องตัดท่อด้วยเลเซอร์แบบ RAYMAX ถูกติดตั้งและปรับแต่งให้สามารถจัดการกับขนาดของท่อสี่เหลี่ยมและท่อสี่เหลี่ยมผืนผ้าได้ครบทุกขนาด โดยมีระบบจับชิ้นงาน (chucking) และระบบตรวจจับความสูง (height sensing) ที่ออกแบบมาเพื่อรักษาความแม่นยำในการตัดตลอดการเปลี่ยนแปลงรูปทรงเรขาคณิต ซึ่งทำให้การประมวลผลท่อสี่เหลี่ยมมีความท้าทายมากกว่าการตัดแผ่นโลหะแบน