Paslanmaz Çelik Plaka Kesim Hizmetleri: Plazma, Lazer, Su Jeti ve Kesme Yetenekleri

A paslanmaz çelik levhadeğirmenden büyük, düz bir dikdörtgen olarak ayrılır. Neredeyse hiç kimsenin bu formda olmasına ihtiyacı yok. Bu nedenle kesme, üretimin ilk adımıdır ve daha sonra önemli olan üç şeye sessizce karar verir: parçanın ne kadar hassas olduğu, aşındırıcı serviste kesici kenarın nasıl davrandığı ve bitmiş parçanın maliyetinin ne kadar olduğu. Bu makale, plaka işlemcileri tarafından kullanılan dört kesme yöntemini (plazma, lazer, su jeti ve kesme) doğruluk, kalınlık, hız, maliyet, kenar kalitesi ve korozyon direnci açısından karşılaştırmaktadır.

Her bölüm doğrudan bir yanıtla açılıyor ve ardından bu yanıtın arkasındaki kanıtlar geliyor. Kanıtların sınırlı olduğu durumlarda, örneğin test verilerinin paslanmaz çelik yerine karbon çeliğinden geldiği durumlarda bunu söylüyoruz.

Paslanmaz çelik levhayı kesmenin dört ana yolu nedir?

Plazma ve lazer kesim, metali yoğun ısıyla eritir, su jeti kesimi, yüksek basınçlı su akışı ve aşındırıcı taneciklerle metali aşındırır ve kesme, plakayı iki bıçak arasında mekanik olarak dilimler. Plazma ve lazer termal işlemlerdir, su jeti "soğuk" bir işlemdir ve kesme tamamen mekaniktir.

Her yöntemi farklı bir araç olarak düşünün. Plazma, plaka boyunca dar bir kanalı eriten, elektrikle ısıtılan bir gaz jetidir. Lazer, bir gaz akımı erimiş malzemeyi kesimden dışarı üflerken metali eriten odaklanmış bir ışık ışınıdır. Su jeti, tek bir hatta yönelik kumlama işlemine benzer şekilde, plakayı aşındıran garnet gritini taşıyan basınçlı bir su akışıdır. Kesme işlemi dev bir makas gibi çalışır: bıçaklar metali kırılıncaya kadar iter. Her aletin metali çıkarma şekli, aşağıdaki tablolarda hemen hemen her farklılığı açıklamaktadır.

Kaynaklar: Flow International karşılaştırma tablosu [2]; Hypertherm plazma özellikleri [1]; The Fabricator'dan kesme kenarı açıklaması [10].

Paslanmaz çelik levha üzerinde her kesme yöntemi ne kadar doğrudur?

Lazer ve su jeti en doğru olanlardır ve en iyi durum toleransları ±0,025 mm'ye (±0,001 inç) yakındır. Plazma, iyi bir tabla üzerinde kabaca ±0,4 ila ±0,5 mm (±0,015 ila ±0,020 inç) ile üç CNC yöntemi arasında en az hassas olanıdır. Kesme doğruluğu çoğunlukla makinenin ve bıçağın durumuna bağlıdır ve ISO 9013 tarafından derecelendirilmemiştir.

Yayınlanan tolerans numaraları iki şekilde gelir. Ekipman üreticileri ideal koşullar altında ölçülen en iyi durum değerlerini aktarırlar. Hizmet sağlayıcılar üretim işlerinde rutin olarak neleri tuttuklarını listeler. İkisi arasındaki fark büyüktür, bu nedenle çizim toleransının bir broşürü okumak yerine işlemciyle onaylanması gerekir.

Yararlı bir spesifikasyon aracı.ISO 9013:2017, termal kesimleri kalite aralığına göre sınıflandırır ve 0,5 ila 150 mm arası plazma kesimleri ve 0,5 ila 32 mm arası lazer kesimleri kapsar [3]. Gerekli ISO 9013 aralığını bir çizim üzerine yazmak, "iyi kenar kalitesini" ölçülebilir bir şeye dönüştürür. Standart yalnızca termal kesim için geçerli olduğundan, su jeti ve kesme toleransları üzerinde ayrı ayrı anlaşmaya varılmalıdır.

Her yöntem paslanmaz çelik levhayı ne kadar kalın kesebilir?

Lazer yaklaşık 25 mm'ye (1 inç) kadar paslanmaz plakaya kadar pratiktir, plazma 50 mm'ye (2 inç) kadar idealdir ve ekstra son işlemle çok daha kalın kesebilir ve su jeti en geniş aralığa sahiptir; üreticiler 24 inç'e kadar teklif verir. Paslanmaz çelik, karbon çeliğinden çok daha fazla kesilmeye karşı dirençli olduğundan kesme daha ince plakayla sınırlıdır.

Kalınlık, yöntem seçiminde ilk filtredir çünkü her süreç fiziksel bir duvara çarpmaktadır. Bir lazerin çok dar bir ışınla tüm kalınlığı eritmesi ve erimiş metali gazla temizlemesi gerekir. Plaka kalınlaştıkça bu daha da zorlaşıyor. Plazma kesim başına daha fazla enerji taşır ve kalın plaka üzerinde çalışmaya devam eder. Su jeti esas olarak makine kafasının hareket edebileceği yükseklik ile sınırlıdır. Kesme için sınır, makinenin sağlayabileceği kuvvettir.

Paslanmaz çelik levhalar için hangi kesme yöntemi en hızlı ve en düşük maliyetlidir?

İnce levhalarda düz kesimler için kesme en hızlı ve en ucuz seçenektir. Şekillendirilmiş parçalar için lazer, ince paslanmaz çelik üzerinde en hızlı yöntemdir, plaka kalınlaştıkça plazma daha hızlı ve kesim başına daha ucuz hale gelir ve su jeti en yavaş olanıdır ancak çoğu zaman ikincil son işlem ihtiyacını ortadan kaldırır.

Hız ve maliyet birlikte hareket eder ancak düz bir çizgide değildir. Polonyalı bir kaynak enstitüsü, her işlemde 10 mm çelik levhanın kenar kalitesini ölçtü. Kesme oranları aşağıda gösterildiği gibi büyüklük sırasına göre farklılık gösteriyordu.

Paslanmaz çelik termal görüntüyü değiştirir. Karbon çeliğinde oksijen metali yakar ve ısı katarak kesmeyi hızlandırır. Paslanmaz çelik normalde inert nitrojenle lazerle kesilir, bu nedenle ışının tüm enerjiyi sağlaması gerekir ve fiber lazer kesim hızı, yaklaşık 4 mm kalınlığın ötesinde keskin bir şekilde, kabaca CO2-lazer seviyelerine düşer [7].

Plazmanın avantajı kalınlık arttıkça artar. Hypertherm, yumuşak çelikte plazmanın 16 mm'nin üzerinde 15 kW'lık bir lazerden, 20 mm'nin üzerinde 20 kW'lık bir lazerden ve 30 mm'nin üzerinde 30 kW'lık bir lazerden daha hızlı olduğunu bildirmektedir [1]. Bu bir plazma üreticisinin karşılaştırmasıdır, ancak yön açıktır: Lazer gücü arttıkça geçiş noktası da yükselir.

Ekipman maliyeti aynı zamanda hizmet fiyatlandırmasını da şekillendirir. Flow International, plazma ve su jeti için 60.000 ila 300.000 ABD Doları veya daha fazla, lazer için 200.000 ila 1.000.000 ABD Doları veya daha fazla sermaye maliyeti aralıklarını listeliyor [2]. Bir alıcı için en iyi maliyet sorusu, bitmiş parçanın fiyatıdır: kesme uzunluğu, delme sayısı ve kesimden sonra gereken taşlama, dekapaj veya düzleştirme. Yoğun kenar temizliği gerektiren ucuz bir kesim, hiçbir şeye ihtiyaç duymayan daha pahalı bir kesimden daha pahalıya mal olabilir.

Plazma ve lazer kesim paslanmaz çeliğin korozyon direncine zarar verir mi?

Sadece kesme kenarında yapabilirler. Isı, korozyona orijinal yüzeyden daha az direnç gösteren bir oksit tabakası ve kromu tükenmiş ince bir kabuk bırakır ve en iyi korozyon performansı için bunların kaldırılması gerekir. Su jeti ve mekanik kesme ısı eklemez ve nitrojen destekli lazer kesme parlak, oksitsiz bir kenar üretir.

Paslanmaz çelik paslanmaya karşı dayanıklıdır çünkü krom yüzeyde ince, görünmez bir koruyucu film oluşturur. Kesmeden kaynaklanan ısı, oksidi kalınlaştırır ve kromun hemen altındaki metalden dışarı çekilmesini sağlar. Kaynak araştırma enstitüsü TWI, optimum korozyon direncini korumak için hem oksit tabakasının hem de kromu tüketen katmanın kaldırılması gerektiğini belirtiyor. Kılavuz, 360 kumlu veya daha ince aşındırıcıyla taşlamanın ardından asitle temizlemenin en iyi sonucu verdiği ve elle tel fırçalamanın, tükenmiş tabakayı ortadan kaldırmadığı için daha az etkili olduğu yönündedir [5]. TWI'nin tavsiyesi kaynak ısısı renk tonuna yöneliktir.

Aynı oksit ve krom tükenme mekanizması, bu kılavuzun uzantısı olan, ısıdan etkilenen kesici kenarlar için de geçerlidir. Mavi yanık işaretli lazerle kesilmiş paslanmaz parçalar üzerine metal kaplama teknik Soru-Cevap benzer bir pratik sonuca ulaşıyor: nitrik pasivasyon banyosu, dekapaj veya aşındırıcı temizleme gerektiren mavi oksidin çıkarılmasında iyi bir iş çıkarmaz [6].

Her işlem bıraktığı oksit miktarına göre farklılık gösterir:

• Azotlu lazer:inert yardımcı gaz kesme kenarını temiz ve oksitlenmemiş tutar [7]. Hava desteği, paslanmaz kenarlarda altın, mavi veya kahverengi bir renk bırakır [8].
• Plazma:Hypertherm, HAZ'ın tipik olarak 0,25 mm'nin altında olduğunu ve doğru proses ve gaz seçiminin minimum kenar sertleşmesi ve iyi kaynaklanabilirlik sağladığını belirtmektedir [1]. Flow, kullanılan yardımcı gazın HAZ derinliğini değiştirdiğini belirtmektedir [2].
• Su jeti:ısı kaynağı olmadığından mikro yapı değişmez. Polonya testinde su jeti kenar sertliği ana metalle eşleşti (yaklaşık 140 HV10) [4].
• Kesme:ısı yok, dolayısıyla termal oksit yok, ancak kesilen kenar plastik olarak deforme oluyor ve işlenerek sertleşiyor [10].

Kanıtlar neyi göstermiyor?Her yöntemle kesilen paslanmaz çelik kenarlar için yayınlanmış kafa kafaya çukurlaşma veya kritik sıcaklık verilerini bulamadık. Yukarıdaki sertlik verileri paslanmaz çelikten değil S355 karbon çeliğinden alınmıştır. Östenitik paslanmaz kaliteler, karbon çeliklerinin yaptığı gibi hızlı bir şekilde soğutulduğunda sertleşmezler, bu nedenle paslanmaz için pratik kaygı, kırılgan sert kenardan ziyade oksit ve kromun tükenmesidir. 40 mm kalınlığındaki 304 plaka üzerinde tedarikçi tarafından yayınlanan bir vaka çalışması, lazerle kesilmiş kenarlarda HAZ ve oksit görüldüğünü, lazerden daha pürüzsüz, daha az konik su jeti kenarlarının olduğunu bildirmiştir [15]. Bu test, ISO 9013'teki [3] 32 mm lazer aralığının üzerinde yer aldığından tipik lazer performansı olarak okunmamalıdır.

Yüksek alaşımlı levhalar için pratik kılavuz.Alaşım içeriği arttıkça ısı girişinin ve kenar durumunun daha fazla önem taşıdığı dubleks, süper dubleks ve nikel alaşımlı levhalar için, muhafazakar bir yaklaşım, su jeti belirlemek veya termal kesme kullanıldığında kesme sonrası kenarın çıkarılmasını ve üzerinde anlaşılan bir kabul testini zorunlu kılmaktır.

Paslanmaz çelik levha kesilebilir mi ve sınırları nelerdir?

Evet. Kesme, ince ila orta dereceli paslanmaz levhada düz kesimler yapmanın ekonomik bir yoludur, ancak kesmenin karbon çeliğine göre yaklaşık %40 daha az kalınlıkta olması gerekir ve kesme kenarı işlenerek sertleştirilmiş bir bant taşır.

Paslanmaz çelik yumuşak çelikten daha güçlüdür ve östenitik kaliteler de sertleşir: metal ne kadar deforme olursa o kadar sertleşir. Bunların toplamı, giyotinin aynı kalınlık için daha fazla güce ihtiyaç duyduğu anlamına gelir. Paslanmaz üretim literatüründen alınan kılavuz, geleneksel pres ve giyotin ekipmanının normal olarak karbon çeliği derecesine göre %40 oranında düşürülmesi gerektiğini ve metalin kör bir bıçağın üzerinde sürüklenmesinin onu daha da sertleştireceği için bıçakların keskin kalması gerektiğini söylüyor [11].

İki bağımsız makine listesi bu kılavuza uymaktadır. Derecelendirilmiş makinelerden biri yumuşak çeliği 3/8, ancak paslanmazı yalnızca 1/4 oranında keser [12] ve başka bir makine 6 mm yumuşak çeliği ancak 4 mm paslanmazı [14] keser. Her ikisi de %40 temel kuralıyla aynı yönde, kabaca üçte bir oranında daha düşük.

Bıçak açıklığı da önemlidir. Aynı açıklıkta, kesme kenarındaki pürüzsüz perdahlı bölge, paslanmaz çelikte kalınlığın yaklaşık %30'u kadardır, ancak düşük karbonlu çelikte yaklaşık %50'dir, bu nedenle paslanmazın aynı kenarı elde etmek için daha sıkı açıklığa ihtiyacı vardır [10]. Kesilmiş bir kenar normalde devrilme, parlatılmış bir bant, daha kaba bir kırılma bölgesi, bir çapak ve iş sertleşmesi gösterir ve parça daha sonra oluşturulursa sertleştirilmiş bir kenar çatlayabilir [10]. Kesilmiş bir iş parçasının bükülmesi, derin çekilmesi veya kaynaklanması durumunda kenar koşullandırmayı planlayın.

Kenar kalitesi ve sonlandırma ihtiyaçları yöntemler arasında nasıl karşılaştırılır?

Su jeti masanın hemen üzerinde en pürüzsüz kenarı üretir, nitrojen lazer kesimi daha ince plaka üzerinde temiz, çapaksız bir kenar üretir, plazma kenarları genellikle taşlama gerektirir ve kesilmiş kenarlarda devrilme ve çapak görülür.

Kenar durumu, kesimden sonra ne kadar iş yapılacağına karar verir. Tablo tipik sonuçları özetlemektedir.

Kaynaklar: [1] Hypertherm; [2] Flow International (satıcı); [4] Węglowski ve Pfeifer (karbon çeliği); [6] Ürünler Bitirme Soru-Cevap; [7] Lazer Odaklı Dünya; [8] Lanier Metal Ürünleri; [10] Fabrikatör; [15] GMA Garnet vaka çalışması (tedarikçi).

Projem için plazma, lazer, su jeti ve kesme arasında nasıl seçim yapabilirim?

Kalınlık ve ısı hassasiyeti ile başlayın. İnce plakalarda düz kesimler için kesmeyi, yaklaşık 25 mm'ye kadar hassas şekillendirilmiş parçalar için lazeri, kenarların işleneceği veya taşlanacağı daha kalın plakalar için plazmayı ve ısı girdisinden kaçınılması gerektiğinde veya plaka çok kalın olduğunda su jeti kullanın.

Kesilmiş paslanmaz çelik levha için fiyat teklifi isterken neleri eklemeliyim?

Kaliteyi ve teknik özellikleri, kalınlığı, çizimi, tolerans gereksinimini, kenar durumunu ve belge ihtiyaçlarını gönderin. Bu altı öğe, işlemcinin doğru yöntemi seçmesine ve doğru şekilde teklif vermesine olanak tanır.

Çoğu fiyat teklifi gecikmesi, eksik kenar veya dokümantasyon gerekliliklerinden kaynaklanmaktadır. Tam bir talep şunları belirtmelidir:

• Malzeme:kalite ve spesifikasyon, örneğin ASTM A240 304L, 316L veya 2205 plaka ve kaplama.
• Kalınlık ve miktar:plaka kalınlığı, parça sayısı ve tam sayfalardan yerleştirmenin kabul edilebilir olup olmadığı.
• Geometri:şekilli parçalar için bir DXF veya DWG çizimi veya düz kesimler için uzunluklar ve genişlikler.
• Tolerans:termal kesimler için bir ISO 9013 aralığı [3] veya su jeti ve kesme için artı-eksi tolerans artı kesme sonrasında herhangi bir düzlük sınırı.
• Kenar durumu:oksitsiz kenarların gerekli olup olmadığı ve kesimden sonra ASTM A967 veya A380'e göre taşlama, dekapaj veya pasivasyonun gerekli olup olmadığı.
• Belgeler:ısı numarası işaretinin ve EN 10204 3.1 malzeme sertifikalarının kesilen parçalara taşınması gerekip gerekmediği.

Sık sorulan sorular

S: Hangi kesme yöntemi paslanmaz çelik levhada en temiz kenarı sağlar?

A: Su jeti, ısıyla renk tonu olmadan saten pürüzsüzlüğünde bir kenar sağlar ve genellikle ikincil bir işleme ihtiyaç duymaz [2]. Nitrojen destekli lazer kesim aynı zamanda daha ince plaka üzerinde parlak, oksitsiz bir kenar sağlar [7].

S: Plazma kesimi paslanmaz çeliği bozar mı?

A: Hayır. Plazma kesme, çelik üzerinde genellikle 0,25 mm'nin altında, ısıdan etkilenen dar bir bölge oluşturur [1]. Parçanın korozif bir hizmet görmesi durumunda, kesim kenarında ısıyla oluşan oksit ve kromu tüketen tabaka kaldırılmalıdır [5].

S: 25 mm'den kalın paslanmaz çelik levhalar lazerle kesilebilir mi?

A: Bazen yüksek lazer gücü ile ISO 9013, 32 mm'ye kadar lazer kesimleri kapsar [3]. Maliyet ve kenar konikliği kalınlıkla birlikte artar, dolayısıyla yaklaşık 25 mm'nin üzerinde plazma veya su jeti genellikle daha pratik seçimdir.

S: Paslanmaz çeliği kestikten sonra pasifleştirmem gerekir mi?

A: ASTM A967 veya A380 gibi pasivasyon işlemleri, imalattan sonra temiz bir yüzeyi geri kazandırır, ancak ısıyla oluşan mavi veya kahverengi oksidi güvenilir bir şekilde çıkarmaz. Bu oksitin öncelikle dekapaj veya aşındırıcı yöntemlerle uzaklaştırılması daha iyidir [6].

S: Paslanmaz çeliğin kesilmesi neden yumuşak çeliğe göre daha zordur?

A: Paslanmaz çelik daha yüksek mukavemete sahiptir ve östenitik kaliteler deforme oldukça sertleşir. Makaslar normal olarak karbon çeliği derecelerine kıyasla yaklaşık %40 oranında düşürülür [11].

S: Dubleks veya nikel alaşımlı levha için en iyi yöntem hangisidir?

A: Su jeti muhafazakar bir seçimdir çünkü ısı eklemez ve tüm malzemeler için aynı kurulumu kullanır [2]. Proje spesifikasyonu izin verdiğinde ve kesim sonrası kenar çıkarma ve kabul testleri üzerinde anlaşmaya varıldığında termal kesme de kullanılabilir.

Kaynaklar ve referanslar

[1] Hypertherm. "Plazma özellikleri." https://www.hypertherm.com/solutions/teknoloji/plasma-teknoloji/plasma-attributes/ (plazma yapıcı)

[2] Akış Uluslararası. "Karşılaştırmalı Kesim." https://www.flowwaterjet.com/explore/waterjet-basics/comparative-cutting (su jeti makinesi)

[3] ISO 9013:2017, Termal kesme: Termal kesimlerin sınıflandırılması, geometrik ürün özellikleri ve kalite toleransları. Ulusal standart kuruluşları tarafından yayınlanan kapsam, örneğin https://www.evs.ee/en/iso-9013-2017

[4] Węglowski, MS ve Pfeifer, T. "Kesme teknolojisinin kesici kenarların özellikleri üzerindeki etkisi." İmalat Bilimi ve Teknolojisindeki Gelişmeler 38(2), 2014. https://journals.pan.pl//Content/104261/PDF/10264-Volume38-Issue2-paper_05.pdf (S355 karbon çeliği, 10 mm)

[5] TWI. "Paslanmaz çeliklerin kaynaklanması veya yanlış ısıl işlemi sırasında oluşan ısı lekesini nasıl gideririm?" https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-how-do-i-remove-heat-tint-formed-during-welding-or-improper-heat-treatment-of-stainless-steels

[6] Ürünler Bitirme. "Soğuk Haddelenmiş Çelik Boru Üzerinde Yağlayıcı İle Kaynak Yapma/Temizleme." https://www.pfonline.com/articles/welding-through-lubricant-on-cold-rolled-steel-tube-cleaning

[7] Lazer Odak Dünyası. "Fiber lazerlerle kalın kesitli çeliklerin kesilmesi." https://laserfocusworld.com/industrial-laser-solutions/article/14216008/cutting-thick-section-steel-with-fiber-lasers

[8] Lanier Metal Ürünleri. "Fiber Lazer Kesim." https://laniermetalproducts.com/laser-cutting (servis sağlayıcı)

[10] Fabrikatör. "Boş kenar koşullarının iyileştirilmesi." https://www.thefabricator.com/thefabricator/article/bending/improving-blank-edge-conditions

[11] "Paslanmaz Çeliğin Kesilmesi" imalat kılavuzu. https://www.tubingchina.com/Shearing.htm (ikincil çoğaltma; [12] ve [14] ile çapraz kontrol yapılmıştır)

[12] Makine spesifikasyon sayfası, Model AS375-10 kesme. https://machinehub.com/download/MachineFileAttachment/61791

[13] IEEE TechNav. "Kesme." https://technav.ieee.org/topic/shearing/ (özet referans, gösterge niteliğinde)

[14] Exapro bayi listesi, Gasparini CO/2004 hidrolik makas. https://www.exapro.com/gasparini-co2004-p260909273/

[15] GMA Garnet. "Paslanmaz Çelik için Su Jeti ile Lazer Kesimin Karşılaştırmalı Çalışması" (Jacquet Nova vaka çalışması). https://gmagarnet.com/resource-hub/comparative-study-of-waterjet-vs.-laser-cutting-for-stainless-steel (aşındırıcı tedarikçisi)

[16] SasaMetal. "Paslanmaz Çelik Kesim." https://www.sakysteel.com/news/stainless-steel-cutting (paslanmaz tedarikçi listesi, 2018)