بررسي تاثير پارامترهاي برش كاري ليزر Nd:YAG ورق فولاد زنگ نزن 316 بر روي كيفيت منطقه برش

Optimization of laser cutting parameters on stainless steel to achieve minimum surface damage

فولاد زنگ نزن به دليل مقاومت به‌ خوردگي و شكل پذيري مطلوب و استحكام مناسب در دماهاي بالا در صنايع مختلفي كاربرد زيادي دارد. همچنين برش كاري ليزري يك روش غيرتماسي مي-باشد كه به دليل دقت بالاي برش، پهناي برش كم، سرعت برش بالا، قابليت برش قطعات پيچيده و برش موادي كه برش مكانيكي آن ها سخت است، بسيار مورد توجه قرار گرفته است. براي استفاده از اين روش برش كاري بايد پارامترهاي مربوط به آن را با دقت انتخاب كرد. در اين مقاله با بررسي پيشينه تحقيق، سه پارامتر مهم توان ليزر، سرعت برش كاري و موقعيت كانوني به عنوان پارامترهاي ورودي انتخاب شدند و اثر آن ها روي پهناي منطقه متاثر از حرارت بررسي شد. براي اين منظور روش طراحي آزمايش L16 تاگوچي با چهار سطح تغيير در پارامترهاي ورودي به كار گرفته شد. عمليات برش توسط ليزر ان-دي ياگ با توان 400 وات و با گاز محافظ آرگون با خلوص 9/99% بر روي ورق فولاد زنگ نزن 316 انجام شد. پهناي منطقه متاثر از حرارت و ميكروسختي براي تماي نمونه ها اندازه گيري شد و نتايج توسط آناليز واريانس تفسير شده و پارامترهاي بهينه مشخص گرديد. براي صحه گذاري نتايج، با تنظيم پارامترها به مقدار بهينه بدست آمده سه آزمايش اضافي انجام گرديد. علاوه بر اين مدلي براي پيش بيني پهناي منطقه متاثر از حرارت بدست آمد كه با مقايسه مدل بدست آمده با نتايج تجربي مشاهده شد اين روش مي تواند با دقت خوبي پهناي منطقه متاثر از حرارت را پيش بيني نمايد.

Stainless steels have a wide range of applications in various industries due to its high corrosion resistance, desirable formability and high strength in elevated temperatures. Also, laser cutting is a non-contact method that is of interest due to the high precision, small kerf, high cutting speed and the ability to cut complicated shapes that are hard to cut by mechanical processes. In order to use this method, the process parameters shall be thoroughly selected. In this study, three main parameters: laser power, cutting speed and focal position were selected. Considering the literature review and the effects were investigated on the heat affected zone (HAZ) width. Taguchi orthogonal array L16 was employed with 4 levels of variation of input parameters. Cutting was performed using 400 watt Nd:YAG laser with argon shielding gas, on stainless steel 316. HAZ width and micro-hardness were measured for all samples and the results were analyzed by ANOVA method to find the optimal parameters. In order to verify the results, 3 extra experiments were conducted using optimal parameters. Moreover, a mathematical model was obtained to predict the HAZ width. Comparison of the results from the model and experimental data showed that the method can predict the HAZ width with insignificant error.