خدمات برش ورق فولادی ضد زنگ: پلاسما، لیزر، واترجت و قابلیت برش

A ورق فولادی ضد زنگآسیاب را به صورت یک مستطیل مسطح بزرگ ترک می کند. تقریبا هیچ کس به آن در آن شکل نیاز ندارد. بنابراین، برش اولین مرحله ساخت است و سه چیز را که بعداً مهم است، بی سر و صدا تعیین می کند: دقت قطعه، نحوه عملکرد لبه برش در سرویس خورنده، و هزینه قطعه تمام شده چقدر است. این مقاله چهار روش برش مورد استفاده توسط پردازنده های صفحه، پلاسما، لیزر، واترجت و برش را از لحاظ دقت، ضخامت، سرعت، هزینه، کیفیت لبه و مقاومت در برابر خوردگی مقایسه می کند.

هر بخش با یک پاسخ مستقیم و به دنبال آن شواهد پشت آن باز می شود. در جایی که شواهد محدود است، به عنوان مثال در جایی که داده های آزمایش از فولاد کربنی به جای فولاد ضد زنگ می آید، ما چنین می گوییم.

چهار راه اصلی برای برش ورق فولادی ضد زنگ چیست؟

برش پلاسما و لیزر فلز را با حرارت شدید ذوب می کند، برش واترجت فلز را با جریانی پرفشار از آب و شن ساینده از بین می برد و برش صفحه را به صورت مکانیکی بین دو تیغه برش می دهد. پلاسما و لیزر فرآیندهای حرارتی هستند، واترجت یک فرآیند "سرد" است و برش کاملاً مکانیکی است.

هر روش را به عنوان یک ابزار متفاوت در نظر بگیرید. پلاسما یک جت گاز گرم شده الکتریکی است که یک کانال باریک را از طریق صفحه ذوب می کند. لیزر یک پرتو متمرکز نور است که فلز را ذوب می کند در حالی که یک جریان گاز مواد مذاب را از برش خارج می کند. واترجت یک جریان آب تحت فشار است که شن و ماسه گارنت را حمل می کند که صفحه را فرسایش می دهد، بسیار شبیه سندبلاست که به یک خط هدف قرار می گیرد. برش مانند قیچی غول پیکر عمل می کند: تیغه ها فلز را فشار می دهند تا شکسته شود. روشی که هر ابزار فلز را جدا می کند تقریباً تمام تفاوت های جداول بعدی را توضیح می دهد.

منابع: جدول مقایسه جریان بین المللی [2]; ویژگی های پلاسمای هایپرترم [1]؛ توضیحات لبه برشی از The Fabricator [10].

هر روش برش روی صفحه فولاد ضد زنگ چقدر دقیق است؟

لیزر و جت واترجت دقیق ترین هستند و در بهترین حالت تلورانس نزدیک به 0.025 ± میلی متر (0.001 ± اینچ) دارند. پلاسما کمترین دقت را در بین سه روش CNC دارد، تقریباً 0.4 ± تا 0.5 ± میلی متر (± 0.015 تا 0.020 ± اینچ) در یک میز خوب. دقت برش بیشتر به وضعیت ماشین و تیغه بستگی دارد و توسط ISO 9013 رتبه بندی نمی شود.

اعداد تحمل منتشر شده در دو نوع ارائه می شوند. سازندگان تجهیزات، مقادیر بهترین حالت را که در شرایط ایده آل اندازه گیری می شوند، نقل قول می کنند. ارائه دهندگان خدمات آنچه را که به طور معمول در کار تولید نگه می دارند فهرست می کنند. شکاف بین این دو زیاد است، بنابراین تحمل ترسیم باید با پردازنده تایید شود تا اینکه بروشور را بخوانید.

یک ابزار مشخصات مفیدISO 9013:2017 برش های حرارتی را بر اساس محدوده کیفی طبقه بندی می کند و برش های پلاسما را از 0.5 تا 150 میلی متر و برش های لیزری از 0.5 تا 32 میلی متر را پوشش می دهد [3]. نوشتن محدوده مورد نیاز ISO 9013 روی یک نقاشی، "کیفیت لبه خوب" را به چیزی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. از آنجایی که این استاندارد فقط برای برش حرارتی اعمال می شود، تحمل واترجت و برش باید جداگانه توافق شود.

ضخامت هر روش چقدر می تواند صفحه فولاد ضد زنگ را برش دهد؟

لیزر تا حدود 25 میلی‌متر (1 اینچ) صفحه ضد زنگ عملی است، پلاسما تا 50 میلی‌متر (2 اینچ) ایده‌آل است و می‌تواند بسیار ضخیم‌تر با پرداخت اضافی برش دهد، و واترجت وسیع‌ترین محدوده را دارد و سازندگان تا 24 اینچ را ذکر می‌کنند. برش به صفحه نازک‌تر محدود می‌شود، زیرا فولاد ضد زنگ در برابر برش بسیار بیشتر از فولاد کربنی مقاومت می‌کند.

ضخامت اولین فیلتر در انتخاب روش است زیرا هر فرآیند به دیوار فیزیکی برخورد می کند. لیزر باید ضخامت کامل را با یک پرتو بسیار باریک ذوب کند و فلز مذاب را با گاز پاک کند. با ضخیم شدن صفحه سخت تر می شود. پلاسما در هر برش انرژی بیشتری حمل می کند و روی صفحه ضخیم به کار خود ادامه می دهد. واترجت عمدتاً به میزان ارتفاع سر دستگاه محدود می شود. برای برش، حد نیرویی است که ماشین می تواند وارد کند.

کدام روش برش سریع ترین و کم هزینه ترین برای ورق فولادی ضد زنگ است؟

برش سریع ترین و ارزان ترین گزینه برای برش های مستقیم در صفحه نازک است. برای قطعات شکل‌دار، لیزر روی فولاد ضد زنگ نازک سریع‌تر است، با ضخیم‌تر شدن صفحه، پلاسما در هر برش سریع‌تر و ارزان‌تر می‌شود، و واترجت کندترین است، اما اغلب نیاز به پرداخت ثانویه را برطرف می‌کند.

سرعت و هزینه با هم حرکت می کنند، اما نه در یک خط مستقیم. یک موسسه جوش لهستانی کیفیت لبه را روی صفحه فولادی 10 میلی متری با هر فرآیند اندازه گیری کرد. نرخ های برش طبق یک مرتبه بزرگی متفاوت بود، همانطور که در زیر نشان داده شده است.

فولاد ضد زنگ تصویر حرارتی را تغییر می دهد. با فولاد کربنی، اکسیژن فلز را می سوزاند و گرما را اضافه می کند که برش را سرعت می بخشد. فولاد ضد زنگ معمولاً با لیزر با نیتروژن خنثی برش داده می شود، بنابراین پرتو باید تمام انرژی را تامین کند و سرعت برش لیزر فیبر به شدت از حدود 4 میلی متر ضخامت کاهش می یابد و تقریباً به سطوح لیزر CO2 می رسد [7].

مزیت پلاسما با ضخامت افزایش می یابد. Hypertherm گزارش می‌دهد که در فولاد ملایم، پلاسما سریع‌تر از لیزر 15 کیلوواتی بالای 16 میلی‌متر، سریع‌تر از لیزر 20 کیلوواتی بالای 20 میلی‌متر و سریع‌تر از لیزر 30 کیلوواتی بالای 30 میلی‌متر است [1]. این مقایسه سازنده پلاسما است، اما جهت آن مشخص است: نقطه متقاطع با افزایش توان لیزر بالا می‌رود.

هزینه تجهیزات نیز قیمت گذاری خدمات را شکل می دهد. Flow International هزینه سرمایه را بین 60000 تا 300000 دلار یا بیشتر برای پلاسما و واترجت و 200000 تا 1000000 دلار یا بیشتر برای لیزر فهرست می کند [2]. برای یک خریدار، سوال هزینه بهتر قیمت قطعه تمام شده است: طول برش، تعداد سوراخ‌ها، و هر نوع آسیاب، ترشی یا صاف کردن مورد نیاز پس از برش. یک برش ارزان که نیاز به تمیز کردن لبه‌های سنگین دارد، می‌تواند بیشتر از یک برش گران‌تر که به هیچ‌کدام نیاز ندارد، هزینه داشته باشد.

آیا برش پلاسما و لیزر به مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ آسیب می زند؟

آنها می توانند، فقط در لبه برش. گرما یک لایه اکسید و یک پوسته نازک خالی از کروم به جا می گذارد که در برابر خوردگی کمتر از سطح اصلی مقاومت می کند و برای بهترین عملکرد خوردگی باید حذف شوند. واترجت و برش مکانیکی هیچ گرمایی اضافه نمی‌کنند و برش لیزری به کمک نیتروژن لبه‌ای روشن و بدون اکسید ایجاد می‌کند.

فولاد ضد زنگ در برابر زنگ زدگی مقاومت می کند زیرا کروم یک لایه محافظ نازک و نامرئی بر روی سطح تشکیل می دهد. حرارت حاصل از برش، اکسید را غلیظ می کند و کروم را از فلز درست زیر آن بیرون می کشد. موسسه تحقیقات جوشکاری TWI بیان می‌کند که هم مقیاس اکسید و هم لایه خالی از کروم باید حذف شوند تا مقاومت بهینه در برابر خوردگی حفظ شود. راهنمای آن این است که آسیاب و به دنبال آن ترشی اسید بهترین نتیجه را با ساینده 360 گریت یا ریزتر می دهد و اینکه برس زدن سیمی دستی کمتر موثر است زیرا لایه خالی شده را از بین نمی برد [5]. توصیه TWI به رنگ گرمای جوش می‌پردازد.

همان مکانیزم کاهش اکسید و کروم برای لبه های برش متاثر از گرما اعمال می شود، که گسترش آن راهنمایی ماست. یک پرسش و پاسخ فنی تکمیل فلز در قطعات ضد زنگ برش لیزری با علائم سوختگی آبی به یک نتیجه عملی مشابه می رسد: حمام غیرفعال سازی نیتریک کار خوبی برای حذف اکسید آبی که نیاز به ترشی یا حذف ساینده دارد، انجام نمی دهد [6].

هر فرآیند در میزان اکسیدی که از خود به جا می گذارد متفاوت است:

• لیزر با نیتروژن:گاز کمکی بی اثر لبه برش را تمیز و اکسید نشده نگه می دارد [7]. کمک هوا رنگ طلایی، آبی یا قهوه‌ای را روی لبه‌های ضدزنگ ایجاد می‌کند [8].
• پلاسما:Hypertherm بیان می کند که HAZ معمولاً کمتر از 0.25 میلی متر است و فرآیند صحیح و انتخاب گاز حداقل سختی لبه و جوش پذیری خوب را به همراه دارد [1]. فلو اشاره می کند که گاز کمکی استفاده شده، عمق HAZ را تغییر می دهد [2].
• واترجت:بدون منبع گرما، بنابراین ریزساختار تغییر نمی کند. در آزمایش لهستانی سختی لبه واترجت با فلز پایه مطابقت داشت (حدود 140 HV10) [4].
• برش دادن:بدون گرما، بنابراین بدون اکسید حرارتی، اما لبه برش خورده به صورت پلاستیک تغییر شکل داده و سخت شده است [10].

چیزی که شواهد نشان نمی دهد.ما داده‌های مربوط به حفره‌های سر به سر یا دمای بحرانی را برای لبه‌های فولاد ضد زنگ برش‌خورده با هر روش پیدا نکردیم. داده های سختی بالا از فولاد کربنی S355 می آید، نه فولاد ضد زنگ. نمرات ضد زنگ آستنیتی هنگامی که به سرعت سرد می شوند مانند فولادهای کربنی سخت نمی شوند، بنابراین نگرانی عملی برای فولاد ضدزنگ کاهش اکسید و کروم به جای لبه سخت شکننده است. یک مطالعه موردی منتشر شده توسط تامین‌کننده بر روی صفحه 304 با ضخامت 40 میلی‌متر، لبه‌های واترجت را صاف‌تر و باریک‌تر از لیزر گزارش کرد، با لبه‌های برش لیزری که HAZ و اکسید را نشان می‌داد [15]. این تست بالاتر از محدوده لیزر 32 میلی متری در ISO 9013 [3] قرار دارد، بنابراین نباید به عنوان عملکرد لیزر معمولی خوانده شود.

راهنمای عملی برای صفحات آلیاژی بالاتر.برای صفحات دوبلکس، فوق دوبلکس و آلیاژ نیکل، که در آن ورودی گرما و شرایط لبه با افزایش محتوای آلیاژ اهمیت بیشتری دارد، یک رویکرد محافظه کارانه مشخص کردن واترجت یا نیاز به حذف لبه پس از برش و آزمایش پذیرش توافق شده هنگام استفاده از برش حرارتی است.

آیا می توان ورق فولادی ضد زنگ را برش داد و چه محدودیت هایی دارد؟

بله. برش روشی مقرون به صرفه برای ایجاد برش های مستقیم در صفحه ضد زنگ نازک تا متوسط ​​است، اما برش باید 40٪ ضخامت کمتری نسبت به فولاد کربنی داشته باشد و لبه برش یک نوار سخت شده را حمل می کند.

فولاد ضد زنگ قوی تر از فولاد نرم است و گریدهای آستنیتی نیز سخت می شوند: هر چه فلز بیشتر تغییر شکل دهد، سخت تر می شود. اینها با هم به این معنی است که یک گیوتین برای همان ضخامت به قدرت بیشتری نیاز دارد. دستورالعمل بازتولید شده از ادبیات ساخت ضد زنگ می گوید که تجهیزات پرس و گیوتین معمولی معمولاً باید 40 درصد نسبت به رتبه فولاد کربنی آن کاهش یابد و تیغه ها باید تیز بمانند، زیرا کشیدن فلز روی یک تیغه کسل کننده، آن را بیشتر سخت می کند [11].

دو لیست ماشین مستقل با این راهنمایی مطابقت دارد. یک دستگاه قیچی 3/8 در فولاد نرم اما فقط 1/4 در فولاد ضد زنگ [12]، و دیگری قیچی 6 میلی متری فولاد ملایم اما 4 میلی متر ضد زنگ [14]. هر دو تقریباً یک سوم پایین تر هستند، در همان جهتی که قانون کلی 40 درصد است.

فاصله تیغه نیز مهم است. در همان فاصله، ناحیه صاف بریده شده روی لبه برش حدود 30 درصد ضخامت در فولاد ضد زنگ اما حدود 50 درصد در فولاد کم کربن است، بنابراین برای به دست آوردن لبه مشابه، ضد زنگ به فاصله کمتری نیاز دارد [10]. یک لبه برش خورده معمولاً غلتشی، نواری برش خورده، ناحیه شکستگی زبرتر، سوراخ شدن و سخت شدن کار را نشان می‌دهد، و یک لبه سخت شده می‌تواند اگر قطعه بعد از آن تشکیل شود ترک بخورد [10]. برای تهویه لبه زمانی که یک لایه برش خورده خم شده، عمیق کشیده شده یا جوش داده می شود، برنامه ریزی کنید.

چگونه کیفیت لبه و نیازهای تکمیلی در بین روش ها مقایسه می شود؟

واترجت صاف ترین لبه را مستقیماً از روی میز تولید می کند، برش لیزری نیتروژن لبه ای تمیز و بدون سوراخ را روی صفحه نازک تر ایجاد می کند، لبه های پلاسما معمولاً نیاز به سنگ زنی دارند و لبه های برش خورده ورق زدن و سوراخ شدن را نشان می دهند.

شرایط لبه تعیین می کند که چه مقدار کار پس از برش اتفاق می افتد. جدول نتایج معمولی را خلاصه می کند.

منابع: [1] Hypertherm; [2] جریان بین المللی (فروشنده); [4] Węglowski و Pfeifer (فولاد کربن)؛ [6] پرسش و پاسخ نهایی محصولات؛ [7] جهان فوکوس لیزری. [8] محصولات فلزی Lanier; [10] The Fabricator; [15] مطالعه موردی GMA Garnet (تامین کننده).

چگونه بین پلاسما، لیزر، واترجت و برش برای پروژه خود انتخاب کنم؟

با ضخامت و حساسیت حرارتی شروع کنید. برای برش های مستقیم در صفحه نازک، از لیزر برای قطعات با شکل دقیق تا حدود 25 میلی متر، پلاسما برای صفحه ضخیم تر که لبه ها ماشین کاری یا آسیاب می شوند، و واترجت زمانی که باید از ورود گرما اجتناب شود یا صفحه بسیار ضخیم است، استفاده کنید.

هنگام درخواست قیمت ورق فولادی ضد زنگ برش چه چیزی را باید لحاظ کنم؟

درجه و مشخصات، ضخامت، نقشه، شرایط تحمل، شرایط لبه و نیازهای مستند را ارسال کنید. این شش مورد به یک پردازنده اجازه می دهد روش مناسب را انتخاب کند و به طور دقیق نقل قول کند.

بیشتر تأخیرهای نقل قول ناشی از عدم وجود لبه یا الزامات اسنادی است. در یک درخواست کامل باید ذکر شود:

• مواد:درجه و مشخصات، برای مثال ASTM A240 304L، 316L یا صفحه 2205، و پایان.
• ضخامت و کمیت:ضخامت صفحه، تعداد قطعات، و اینکه آیا تودرتو از ورق های کامل قابل قبول است یا خیر.
• هندسه:یک طراحی DXF یا DWG برای قطعات شکل دار، یا طول و عرض برای برش های مستقیم.
• تحمل:یک محدوده ISO 9013 برای برش های حرارتی [3]، یا یک تحمل مثبت-منفی برای جت آب و برش، به علاوه هرگونه محدودیت صافی پس از برش.
• وضعیت لبه:اینکه آیا لبه‌های بدون اکسید مورد نیاز است، و اینکه آیا آسیاب، ترشی یا غیرفعال کردن به ASTM A967 یا A380 پس از برش مورد نیاز است.
• مستندات:آیا علامت‌گذاری شماره حرارتی و گواهینامه‌های مواد EN 10204 3.1 باید به قسمت‌های برش خورده منتقل شوند.

سوالات متداول

س: کدام روش برش تمیزترین لبه را در صفحه فولاد ضد زنگ می دهد؟

A: واترجت یک لبه صاف ساتن و بدون رنگ حرارتی می دهد و معمولاً نیازی به کار ثانویه ندارد [2]. برش لیزری با کمک نیتروژن همچنین یک لبه روشن و بدون اکسید روی صفحه نازک‌تر می‌دهد [7].

س: آیا برش پلاسما فولاد ضد زنگ را خراب می کند؟

A: خیر. برش پلاسما یک منطقه باریک متاثر از گرما ایجاد می کند که معمولاً کمتر از 0.25 میلی متر روی فولاد است [1]. در لبه برش، اکسید تشکیل شده از گرما و لایه خالی از کروم باید حذف شوند، اگر قطعه شاهد سرویس خورنده باشد [5].

س: آیا می توان صفحه فولاد ضد زنگ با ضخامت بیشتر از 25 میلی متر را لیزر کرد؟

A: گاهی اوقات با قدرت لیزر بالا و ISO 9013 برش های لیزری تا 32 میلی متر را پوشش می دهد [3]. هزینه و مخروط لبه با ضخامت افزایش می‌یابد، بنابراین پلاسما یا واترجت معمولاً انتخاب عملی‌تری بالاتر از حدود 25 میلی‌متر است.

س: آیا من باید فولاد ضد زنگ را پس از برش غیرفعال کنم؟

A: درمان‌های غیرفعال‌سازی مانند ASTM A967 یا A380 سطح تمیزی را پس از ساخت بازیابی می‌کنند، اما اکسید آبی یا قهوه‌ای تشکیل‌شده توسط گرما را به‌طور قابل اعتمادی حذف نمی‌کنند. آن اکسید بهتر است ابتدا با روش های ترشی یا ساینده حذف شود [6].

س: چرا برش فولاد ضد زنگ سخت تر از فولاد نرم است؟

A: فولاد ضد زنگ استحکام بالاتری دارد و گریدهای آستنیتی با تغییر شکل سخت تر می شوند. قیچی ها معمولاً در مقایسه با رتبه فولاد کربنی آنها حدود 40 درصد کاهش می یابد [11].

س: کدام روش برای صفحه دوبلکس یا آلیاژ نیکل بهترین است؟

A: واترجت یک انتخاب محافظه کارانه است زیرا هیچ گرمایی اضافه نمی کند و از تنظیمات یکسان برای همه مواد استفاده می کند [2]. برش حرارتی همچنین می تواند مورد استفاده قرار گیرد زمانی که مشخصات پروژه اجازه می دهد و حذف لبه پس از برش و آزمایش پذیرش توافق شده است.

منابع و مآخذ

[1] هایپرترم. "ویژگی های پلاسما." https://www.hypertherm.com/solutions/technology/plasma-technology/plasma-attributes/ (سازنده پلاسما)

[2] جریان بین المللی. "برش مقایسه ای." https://www.flowwaterjet.com/explore/waterjet-basics/comparative-cutting (سازنده جت آب)

[3] ISO 9013:2017، برش حرارتی: طبقه بندی برش های حرارتی، مشخصات هندسی محصول و تحمل کیفیت. محدوده منتشر شده توسط نهادهای استاندارد ملی، به عنوان مثال https://www.evs.ee/en/iso-9013-2017

[4] Węglowski، MS و Pfeifer، T. "تأثیر فناوری برش بر ویژگی‌های لبه‌های برش". پیشرفت‌ها در علم و فناوری ساخت 38(2)، 2014. https://journals.pan.pl//Content/104261/PDF/10264-Volume38-Issue2-paper_05.pdf (فولاد کربنی S355، 10 میلی‌متر)

[5] TWI. چگونه می توانم رنگ حرارتی ایجاد شده در حین جوشکاری یا عملیات حرارتی نامناسب فولادهای زنگ نزن را حذف کنم؟ https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-how-do-i-remove-heat-tint-formed-during-welding-or-inproper-heat-treatment-of-stainless-steels

[6] تکمیل محصولات. "جوشکاری از طریق روان کننده بر روی لوله نورد سرد فولادی/تمیز کردن." https://www.pfonline.com/articles/welding-through-lubricant-on-cold-rolled-steel-tube-cleaning

[7] جهان فوکوس لیزری. "برش فولاد مقطع ضخیم با لیزرهای فیبر." https://laserfocusworld.com/industrial-laser-solutions/article/14216008/cutting-thick-section-steel-with-fiber-lasers

[8] محصولات فلزی لنیر. "برش لیزری فیبر." https://laniermetalproducts.com/laser-cutting (ارائه دهنده خدمات)

[10] فابریکاتور. "بهبود شرایط لبه خالی." https://www.thefabricator.com/thefabricator/article/bending/improving-blank-edge-conditions

[11] راهنمای ساخت "برش فولاد ضد زنگ". https://www.tubingchina.com/Shearing.htm (تکثیر ثانویه؛ بررسی متقابل در برابر [12] و [14])

[12] برگه مشخصات ماشین، برش مدل AS375-10. https://machinehub.com/download/MachineFileAttachment/61791

[13] IEEE TechNav. "شیرینگ." https://technav.ieee.org/topic/shearing/ (مرجع خلاصه، نشانگر)

[14] فهرست فروشنده Exapro، برش هیدرولیک Gasparini CO/2004. https://www.exapro.com/gasparini-co2004-p260909273/

[15] GMA Garnet. "مطالعه مقایسه ای واترجت در مقابل برش لیزری برای فولاد ضد زنگ" (مطالعه موردی ژاکت نوا). https://gmagarnet.com/resource-hub/مطالعه-مقایسه-آب-جت-در مقابل-برش-لیزر-برای-فولاد زنگ نزن (تامین کننده مواد ساینده)

[16] ساسا متال. "برش فولاد ضد زنگ." https://www.sakysteel.com/news/stainless-steel-cutting (فهرست تامین کننده ضد زنگ، 2018)