Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Badrosamay,Ehsan Foroozmehr
محسن بدرسمای (استاد راهنما) احسان فروزمهر (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ashkan Arpanahzadeh
اشکان آرپناه زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Experimental Study on Cutting Process of Thin Sheets of Low Carbon Steel via CO2 Laser
The most use of laser in industries is Laser cutting. This method of cutting is a thermal process that uses a focused laser beam to melt the material locally. The melt is then blown out of the kerf with a high pressure gas jet that flows in a cutting nozzle. Comparing with the conventional cuttig methods, the heat affected zone, thermal distortion and kerf width is much lower and resulting better cutting quality. In this research thin sheets steel laser cutting has been investigated experimentally. For this goal the preparation of laser cutting equipments for CO 2 laser at IUT Laser Optic lab was done. In addition designing and manufacturing of cutting nozzle have been acomplished. In the next step the effect of a number of process parameter on the cutting quality has been studied. Cutting speed, oxygen pressure, laser power and stand-off distance have been considered as input parameters and the thickness of heat affected zone, kerf width and surface roughness have been considered for studding the cutting quality as output parameter. The taguchi method with orthogonal arrey of L 9 and L 27 was applied to investigate the effect of the input parameters on the output parameters at the same time and optimize them. It has been found most effevtive parameters on the process are Cutting speed, oxygen pressure and laser power respectively. The study also showed that the stand-off distance has very low influenc on the cutting quality. Furtheremore, it was shown that the best cutting quality was achieved at the highest cutting speed within the studied ranges of parameters.The result indicate that there is an optimum range for the oxygen pressure in which the smallest thickness of heat affected zone and the lowest value of roughness was achieved at 4.5 bar gas pressure. Excessive heat input that cuases side burning and instability of the melt pool at higher appleid gas pressure are responsible for increasing the thickness of heat affected zon and roughing the cutting face. Also there is an optimum range for laser power to achieve the lowest roughness of cutting face. The surface roughness increases with increasing the stand-off distance. Laser cuttting of the different steel sheet thicknesses showed that the used low power CO 2 is capable to cut the sheet with 1.2 mm thickness with appropriate cutting speed of 1.5 meter per minute. In addition, the kerf width and the heat affected zone measured to be less than 140 micron and 100 micron respectively. Keywords: Laser cutting, CW CO 2 laser, Kerf width, Heat affected zone, Surface roughness
رایج‌ترین استفاده از لیزر در صنعت کاربرد آن در برشکاری است. در این روش که یک فرآیند گرمایی است از یک پرتوی متمرکز شده لیزر برای ذوب ماده در ناحیه مورد نظر استفاده می‌شود و در ادامه بوسیله یک جت گاز پر فشار هدایت‌شونده توسط یک نازل برشکاری، مواد مذاب از ناحیه شیار برش خارج می‌شوند. میزان ناحیه متأثر از حرارت، اعوجاج حرارتی و عرض برش این روش بسیار کمتر از دیگر روش‌ها است و کیفیت برش به مراتب بهتری ارائه می‌دهد. علاوه براین سرعت برش در این روش بسیار بالاست که خود باعث ارجحیت این روش نسبت به دیگر روش‌ها می‌شود. در این پژوهش با آماده‌سازی لیزر CO 2 آزمایشگاه لیزر و اپتیک تجهیزات برشکاری و طراحی و ساخت یک نازل برشکاری، به بررسی تجربی برشکاری ورق‌های نازک فولادی پرداخته‌ شده است. پارامترهای بسیاری در برشکاری فلزات توسط لیزر دخیل هستند که در این پژوهش اثر مهمترین پارامترها بر کیفیت برش مورد بررسی قرار گرفته‌اند. سرعت برش، توان لیزر، فشار گاز اکسیژن و فاصله نازل از سطح قطعه‌کار به عنوان پارامترهای ورودی، و پارامترهای عرض ناحیه متأثر از حرارت، عرض برش و زبری سطح برش به عنوان خروجی‌ها جهت بررسی کیفیت ایجاد شده، در نظر گرفته شده‌اند. به منظور بررسی اثر همزمان پارامترهای ورودی بر خروجی و بهینه سازی آنها از روش طراحی آزمایش تاگوچی با آرایه‌های متعامد L 27 و L 9 بهره گرفته شده است. پارامترهای سرعت برش، فشار گاز اکسیژن، توان به ترتیب بیشترین اثر بر خروجی‌ها را داشته‌اند و پارامتر فاصله نازل از سطح قطعه‌کار به عنوان کم‌اثرترین پارامتر ورودی‌ها معرفی شده است. سرعت در بین این پارامترها مهمترین عامل معرفی شده است و برای دستیابی به بهترین کیفیت برش بیشینه سرعت برشکاری در محدوده آزمایشات انجام شده پیشنهاد شده است. اثر فشار گاز اکسیژن بر خروجی‌های عرض منطقه متأثر از حرارت و زبری دارای حد بهینه‌‌ای است. برشکاری ورق های فولاد با ضخامت مختلف نشان داد که با لیزر کم توان CO 2 توانایی برش ورق تا ضخامت 2/1 میلمتر با سرعت قابل قبول 5/1 متر بر دقیقه را دارد بعلاوه عرض برش و عرض منطقه متاثر ازحرارت به ترتیب در مقادیر کمتر از 140 میکرون و 100 میکرون گزارش شدند. همچنین اثر توان بر روی زبری سطح برش حد بهینه‌ای دارد. با افزایش فاصله نازل از سطح قطعه‌کار زبری افزایش می‌یابد و در پایان لیزرهای کم‌توان CO 2 جهت برشکاری ورق‌های نازک فولاد ساده کربنی همراه با گاز اکسیژن پیشنهاد می‌شوند که در مقایسه با لیزرهای پر توان صرفه اقتصادی بسیاری را مهیا می‌سازند. کلمات کلیدی : برشکاری لیزر، لیزر دی‌اکسیدکربن پیوسته، عرض برش، منطفه متأثر از حرارت، زبری سطح برش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی