การตัดด้วยเลเซอร์ช่วยให้การประมวลผลชิ้นส่วนก่อสร้างมีประสิทธิภาพสูง

การเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมเหล็กในงานก่อสร้างผ่านเทคโนโลยีเลเซอร์

อุตสาหกรรมเหล็กสำหรับงานก่อสร้าง — อาคารอุตสาหกรรม โครงสร้างสูง สะพาน และแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่ง — ดำเนินการตัด ข drill และเตรียมขอบของแผ่นเหล็กเป็นปริมาณหลายพันตันต่อปี การตัดเลเซอร์ ได้เข้ามาแทนที่การตัดด้วยเปลวไฟและการตัดด้วยพลาสม่าในฐานะวิธีการแปรรูปหลักสำหรับเหล็กโครงสร้างความหนาปานกลาง เนื่องจากปัจจัยสามประการ ได้แก่ การตัดลดขั้นตอนการแปรรูปเพิ่มเติม การให้ความแม่นยำสูงที่ทำให้ชิ้นส่วนสามารถประกอบเข้าด้วยกันได้พอดีโดยไม่ต้องปรับแต่ง และความเร็วในการตัดที่สอดคล้องกับกำหนดเวลาการก่อสร้างที่เร่งรัดซึ่งโครงการสมัยใหม่ต้องการ

การตัดด้วยเปลวไฟก่อให้เกิดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (heat-affected zone) ซึ่งแผ่ขยายออกไป 3–5 มม. จากขอบรอยตัด พร้อมทั้งทำให้ขอบแข็งตัวมากขึ้น ส่งผลให้การเชื่อมในขั้นตอนถัดไปทำได้ยากขึ้น การตัดด้วยพลาสม่าจะให้มุมเอียง (bevel angle) ที่ขอบรอยตัด 1–3 องศา และมีการสะสมของเศษโลหะหลอมละลาย (dross) ซึ่งจำเป็นต้องขัดออกก่อนเตรียมผิวสำหรับการเชื่อม ส่วนการตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์จะให้ขอบที่ตั้งฉากอย่างแม่นยำ พร้อมโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนเพียง 0.1–0.3 มม. บนวัสดุที่มีความหนาไม่เกิน 25 มม. — ซึ่งขอบดังกล่าวสามารถนำไปเชื่อมได้ทันที โดยไม่จำเป็นต้องขัด ดัดตรง หรือกำจัดออกไซด์ออก

ผู้ผลิตโครงสร้างเหล็กแห่งหนึ่งในบราซิล ซึ่งผลิตโครงกรอบสำหรับอาคารพาณิชย์ ได้นำระบบเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงแบบปรับแต่งเฉพาะมาใช้งาน การตัดเลเซอร์ โซลูชันจากเทียนเฉิน เลเซอร์ เพื่อแทนที่โต๊ะตัดพลาสม่าสองเครื่องที่กลายเป็นจุดคอขวดในการผลิต ระบบพลาสม่าใช้เวลาขัดขอบแผ่นโลหะแต่ละแผ่น 15–20 นาที ส่งผลให้พนักงานปฏิบัติการสองคนต้องทำงานเต็มเวลาในขั้นตอนการประมวลผลรอง ในขณะที่ขอบที่พร้อมเชื่อมของเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถตัดปัญหานี้ออกไปได้โดยสิ้นเชิง ทำให้พนักงานทั้งสองคนสามารถย้ายไปปฏิบัติงานที่สถานีประกอบแทน ซึ่งทักษะของพวกเขาช่วยเพิ่มปริมาณการผลิตรวมของโรงงานโดยรวม แทนที่จะต้องมาแก้ไขข้อบกพร่องของกระบวนการตัด

ความต้องการเฉพาะด้านการตัดสำหรับงานก่อสร้าง

การแปรรูปแผ่นโลหะขนาดใหญ่

เหล็กสำหรับงานก่อสร้างใช้แผ่นโลหะที่มีขนาดใหญ่กว่าแผ่นโลหะมาตรฐานทั่วไป ตัวอย่างเช่น แผ่นเว็บของคานและเสา แผ่นฐาน แผ่นเสริมความแข็งแรง และแผ่นยึดต่อเชื่อม มักต้องผ่านกระบวนการแปรรูปบนแผ่นโลหะขนาด 2,500×12,000 มม. หรือใหญ่กว่านั้น ซึ่งเครื่องจักรรูปแบบมาตรฐานที่มีขนาด 1,500×3,000 มม. หรือ 2,000×4,000 มม. การตัดเลเซอร์ จำเป็นต้องแบ่งแผ่นโลหะออกก่อนตัด หรือปรับตำแหน่งแผ่นโลหะใหม่ระหว่างการตัด — ทั้งสองวิธีนี้ล้วนเพิ่มภาระงานและลดความแม่นยำ

ระบบตัดด้วยเลเซอร์รูปแบบขนาดใหญ่ตอบสนองความต้องการนี้ด้วยโต๊ะทำงานที่มีขนาด 2,500×6,000 มม. ไปจนถึง 2,500×12,000 มม. ซึ่งช่วยให้สามารถประมวลผลแผ่นโลหะเต็มรูปแบบได้โดยไม่จำเป็นต้องปรับตำแหน่งใหม่ ความใหญ่ของรูปแบบนี้เพิ่มต้นทุนเครื่องจักรประมาณ 30–50% แต่ช่วยตัดขั้นตอนการแบ่งแผ่นโลหะออกเป็นส่วนย่อย ซึ่งเป็นขั้นตอนที่จำเป็นสำหรับเครื่องจักรรูปแบบมาตรฐาน — การแลกเปลี่ยนนี้คุ้มค่าเมื่อมีการผลิตชิ้นงานที่ใช้แผ่นโลหะที่มีขนาดเกินโต๊ะมาตรฐานมากกว่า 40% ของปริมาณการผลิตรวม

ระบบโต๊ะสลับ (Exchange Table System) ซึ่งประกอบด้วยโต๊ะสองตัว โดยโต๊ะหนึ่งทำหน้าที่ถ่ายชิ้นงานที่ตัดเสร็จแล้วออกและโหลดแผ่นวัตถุดิบเข้ามาใหม่ ในขณะที่หัวตัดกำลังดำเนินการตัดบนอีกโต๊ะหนึ่ง ช่วยรักษาความต่อเนื่องในการผลิตไว้ได้ เวลาในการสลับโต๊ะอยู่ที่ 30–60 วินาที ซึ่งช่วยลดเวลาที่ไม่ได้ตัดลงอย่างมาก โดยเฉพาะในงานตัดเหล็กโครงสร้าง ที่แต่ละแผ่นอาจใช้เวลาตัดนาน 20–45 นาที

พารามิเตอร์การตัดแผ่นหนา

ความหนาของแผ่นเหล็กสำหรับงานก่อสร้างมีช่วงตั้งแต่ 6 มม. สำหรับชิ้นส่วนรองไปจนถึงมากกว่า 80 มม. สำหรับแผ่นฐานเสาและแผ่นเชื่อมที่รับน้ำหนักมาก การตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์พร้อมใช้แก๊สออกซิเจนช่วยในการตัดเหล็กคาร์บอนให้ได้รอยตัดที่สะอาด สามารถตัดผ่านวัสดุหนา 25–30 มม. ได้ที่กำลังเลเซอร์ 12 กิโลวัตต์ และตัดผ่านวัสดุหนา 40–50 มม. ได้ที่กำลังเลเซอร์ 20 กิโลวัตต์ขึ้นไป ความเร็วในการตัดบนแผ่นวัสดุหนาจะลดลงแบบทวีคูณตามความหนา — ตัวอย่างเช่น แผ่นวัสดุหนา 25 มม. จะถูกตัดด้วยความเร็วประมาณ 0.8–1.0 เมตรต่อนาทีที่กำลังเลเซอร์ 12 กิโลวัตต์ ในขณะที่แผ่นวัสดุหนา 40 มม. จะถูกตัดด้วยความเร็วเพียง 0.3–0.4 เมตรต่อนาที

ขีดจำกัดเชิงปฏิบัติของการตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ในงานก่อสร้างอยู่ที่ประมาณ 40–50 มม. สำหรับความหนาที่เกินกว่านี้ เทคโนโลยีพลาสมายังคงมีข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจ เนื่องจากต้นทุนการลงทุนระบบเลเซอร์กำลัง 20 กิโลวัตต์ขึ้นไป รวมกับความเร็วในการตัดที่ช้าลงอย่างมากบนวัสดุหนาเกิน 50 มม. ส่งผลให้ระยะเวลาคืนทุนยาวนานขึ้นกว่าช่วง 12–24 เดือน ซึ่งเป็นระยะเวลาคืนทุนโดยทั่วไปสำหรับวัสดุที่มีความหนาน้อยกว่า 40 มม. ผู้ผลิตชิ้นส่วนที่มีงานจำนวนมากในวัสดุหนาเกิน 50 มม. มักดำเนินการใช้เครื่องเลเซอร์สำหรับวัสดุที่มีความหนาน้อยกว่า 40 มม. และใช้เครื่องพลาสมาสำหรับวัสดุที่หนากว่านั้น โดยแต่ละเทคโนโลยีจะถูกปรับให้เหมาะสมกับช่วงความหนาที่ให้ผลตอบแทนทางเศรษฐกิจสูงสุด

การปรับปรุงความแม่นยำและการจัดวางชิ้นส่วน

ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของเครื่องตัดด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ที่อยู่ในช่วง ±0.1–0.3 มม. ทำให้ชิ้นส่วนที่ได้มีความพอดีกันอย่างลงตัวในขั้นตอนการประกอบ โดยไม่จำเป็นต้องขัดขอบ ใช้แผ่นรอง (shim) หรือปรับตำแหน่งซ้ำ ซึ่งมักเกิดขึ้นกับวิธีการตัดที่มีความแม่นยำต่ำกว่า สำหรับโครงสร้างเหล็กโดยทั่วไป ค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ในการต่อเชื่อมด้วยสลักเกลียวคือ ±2 มม. และในการเชื่อมแบบถาวรคือ ±3 มม. ขณะที่ชิ้นส่วนที่ตัดด้วยเลเซอร์สามารถรักษามิติให้อยู่ภายในช่วง ±0.5 มม. จากค่าที่ระบุไว้ (nominal) ซึ่งอยู่ในขอบเขตความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้สำหรับการประกอบอย่างแน่นอน และช่วยหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดสะสมที่มักนำไปสู่การเจาะรูใหม่หรือขยายรูให้เป็นรูยาว (slot elongation) บนไซต์งานจริง

คำถามที่พบบ่อย

ต้องใช้กำลังเลเซอร์เท่าใดในการตัดเหล็กสำหรับงานก่อสร้าง

กำลังเลเซอร์ 8–12 กิโลวัตต์ ครอบคลุมงานตัดเหล็กสำหรับงานก่อสร้างประมาณ 80% ที่ความหนา 6–25 มม. ส่วนกำลัง 15–20 กิโลวัตต์ สามารถตัดเหล็กได้อย่างคุ้มค่าแม้ที่ความหนาถึง 40 มม. ขึ้นไป สำหรับผู้ผลิตชิ้นส่วนที่มีงานตัดเหล็กหนาเกิน 50 มม. เป็นจำนวนมาก การใช้เลเซอร์สำหรับตัดเหล็กที่หนาน้อยกว่า 40 มม. ร่วมกับระบบพลาสม่าสำหรับชิ้นส่วนที่หนากว่านั้น จะให้ประสิทธิภาพทางเศรษฐศาสตร์สูงสุด Tianchen Laser มีระบบเลเซอร์ให้เลือกตั้งแต่ 3 กิโลวัตต์ ไปจนถึงมากกว่า 20 กิโลวัตต์ สำหรับงานก่อสร้าง

เลเซอร์ไฟเบอร์เปรียบเทียบกับพลาสม่าสำหรับเหล็กโครงสร้างอย่างไร

การตัดด้วยเลเซอร์ให้ขอบที่มีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสและไม่มีเศษโลหะติด จึงไม่จำเป็นต้องขัดแต่งเพิ่มเติม — ช่วยประหยัดเวลาการประมวลผลขั้นที่สอง 15–25 นาทีต่อแผ่นสำหรับแผ่นหนา พลาสม่ามีต้นทุนเริ่มต้นต่ำกว่า แต่เกิดค่าใช้จ่ายด้านแรงงานและวัสดุสิ้นเปลืองอย่างต่อเนื่อง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะสูงกว่าต้นทุนการลงทุนครั้งแรกของระบบเลเซอร์ภายในระยะเวลา 18–30 เดือน สำหรับผู้ผลิตชิ้นส่วนที่ใช้เครื่องจักรมากกว่า 2,000 ชั่วโมงต่อปี

เครื่องตัดด้วยเลเซอร์สำหรับเหล็กโครงสร้างสามารถรองรับขนาดแผ่นได้เท่าใด

ระบบทั่วไป: 1,500×3,000 มม. และ 2,000×4,000 มม. ระบบแบบขนาดใหญ่: 2,500×6,000 มม. ถึง 2,500×12,000 มม. สำหรับการประมวลผลแผ่นโครงสร้างแบบเต็มแผ่น FB12525 ของบริษัท Tianchen Laser รองรับการใช้งานแบบขนาดใหญ่ โดยผสมผสานพลังงานและความแม่นยำเข้าด้วยกัน

การตัดด้วยเลเซอร์ส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อมขั้นตอนต่อไปอย่างไร

ขอบที่ตัดด้วยเลเซอร์จะไม่มีออกไซด์เมื่อใช้ไนโตรเจนเป็นก๊าซช่วยในการตัด (สแตนเลส) หรือมีชั้นออกไซด์บางคล้ายกับคราบสนิมจากการรีดโลหะเมื่อใช้ออกซิเจนเป็นก๊าซช่วยในการตัด (เหล็กกล้าคาร์บอน) ทั้งสองกรณีสามารถเชื่อมได้ทันทีโดยไม่จำเป็นต้องขัดขอบ โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) มีความแคบมาก (0.1–0.3 มม.) จึงรักษาคุณสมบัติของโลหะพื้นฐานไว้บริเวณรอยเชื่อม ทำให้คุณภาพการเชื่อมดีกว่าการตัดด้วยเปลวไฟซึ่งมีโซน HAZ ลึกกว่า

ระยะเวลาคืนทุนโดยทั่วไปสำหรับเครื่องตัดเหล็กก่อสร้างด้วยเลเซอร์คือเท่าใด

12–24 เดือน สำหรับระบบที่ทำงานมากกว่า 2,000 ชั่วโมงต่อปี โดยคำนวณจากผลประหยัดค่าแรงจากการไม่ต้องขัดขอบ ผลประหยัดวัสดุจากการจัดวางชิ้นงานให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น (เพิ่มการใช้ประโยชน์วัสดุได้ 5–10%) และการเพิ่มอัตราการผลิตจากการตัดที่เร็วขึ้นและลดขั้นตอนการแปรรูปขั้นที่สอง Tianchen Laser ให้บริการวิเคราะห์ผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI) เป็นส่วนหนึ่งของการให้คำปรึกษาก่อนขาย

เครื่องตัดก่อสร้างด้วยเลเซอร์สามารถทำงานแบบไม่ต้องมีผู้ควบคุมได้หรือไม่

ใช่ มีระบบอัตโนมัติในการบรรทุก/ลดแผ่น และระบบเก็บของ ระบบเก็บของอัตโนมัติของ Tianchen Laser ทําให้การผลิตไฟดับต่อเนื่อง ระบบบรรทุกแผ่นต่อไป แลกตารางและต่อการตัดโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงของผู้ประกอบการ การทํางานโดยไม่มีผู้ดูแลขยายเวลาผลิตจากการทํางานชิวท์เดียวเป็น 18~24 ชั่วโมงต่อวัน