Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Study of effect of cutting speed, laser power and assist gas pressure on properties and microstructure at laser cutting area of titanium alloy sheet
Year (A.D.)
2017
Document Type
Thesis
First Advisor
บุญรัตน์ โล่ห์วงศ์วัฒน
Faculty/College
Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)
Department (if any)
Department of Metallurgical Engineering (ภาควิชาวิศวกรรมโลหการ)
Degree Name
วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
วิศวกรรมโลหการและวัสดุ
DOI
10.58837/CHULA.THE.2017.1338
Abstract
โลหะไทเทเนียมเกรด Ti-6Al-4V เป็นโลหะที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอากาศยานและทางการแพทย์ เนื่องจากความแข็งแรงที่สูง การขึ้นรูปเบื้องต้นด้วยกรรมวิธีการตัดด้วยเลเซอร์จึงสามารถลดต้นทุนการผลิตได้ แต่เนื่องจากวิธีนี้ทำให้เกิดความร้อนสูงและการหลอมละลายในบริเวณที่รอยตัดรวมถึงความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาเคมีอย่างรุนแรงกับออกซิเจนรวมไปถึงไนโตรเจนที่เป็นแก๊สช่วยตัดด้วยนั้นจึงมีความจำเป็นต้องศึกษาผลของการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์หลักที่ใช้ในการตัดคือ 1.กำลังของเลเซอร์ 2.ความดันแก๊สช่วยตัด 3.ความเร็วการตัด ต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางจุลภาคและสมบัติของรอยตัดเพื่อให้สามารถทราบขีดจำกัดของการใช้งานและผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพสูงด้วยต้นทุนที่ต่ำ ในงานวิจัยนี้จะทดสอบการตัดแผ่นโลหะไทเทเนียมเกรด Ti-6Al-4V หนา 2 มิลลิเมตร โดยใช้ไฟเบอร์เลเซอร์ขนาดกำลัง 3000 วัตต์ ใช้แก๊สไนโตรเจนเป็นแก๊สช่วยตัด และตรวจวัดความลึกและลักษณะของชั้นที่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางจุลภาคที่เป็นผลจากความร้อน รวมไปถึงเฟสที่เกิด ลักษณะโครงสร้างทางจุลภาคและการกระจายตัวของธาตุประกอบบริเวณรอยตัด ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า เมื่อเพิ่มความเร็วการตัดจะทำให้ความหนาชั้นที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนลดลง เพื่อความสม่ำเสมอและคุณภาพรอยตัดดีที่สุดควรความดันแก๊สที่เหมาะสมไม่สูงหรือต่ำเกิดไป ในส่วนของกำลังของเลเซอร์นั้นผลกระทบเมื่อใช้กำลังของเลเซอร์ต่ำมากเนื่องจากน้ำโลหะที่อุณหภูมิต่ำมีความหนืดสูงกว่าจึงค้างอยู่บริเวณรอยตัดมากกว่าส่งผลให้ความเท่ากันของความลึกของชั้นดังกล่าวเปลี่ยนไป การเพิ่มความดันแก๊สช่วยตัดสามารถลดผลกระทบนี้ได้ ในส่วนของโครงสร้างทางจุลภาคพบว่ามีการแพร่เข้าของออกซิเจนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น และพบเฟสที่มีไนโตรเจนสูงฝังอยู่ภายในชั้นหลอมละลายซึ่งแข็งและเปราะ หากต้องการชิ้นงานคุณภาพสูงต้องกำจัดชั้นเหล่านี้ออก
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
Ti-6Al-4V alloy is widely used in Aerospace and Medical industries. Because of its high Hardness laser cutting method can help reduce productions costs but this process can cause an overheating, melting at a cutting area and the reactive character of Titanium will occur of a severe reaction with oxygen in the air including nitrogen which is an assist gas used in cutting process so we need to study about the effect of the main cutting parameter that is 1.power of laser 2.pressure of assist gas 3.cutting speed to microstructure transformation and the properties of cutting area to know the limitation of usage and to fabricate a high-quality part with lower cost. In this research will examine in cutting Ti-6Al-4V titanium metal sheet with 2mm thick by using fiber laser and nitrogen assist gas then inspect the depth and the character of the layer that having a change in their microstructure by the heat including evolution. The character of microstructure and the distribution of the elements around the cut. The test result shows that increase a cutting speed will decrease the thickness of the Heat-affected zone. An Appropriate gas pressure gives us an equality of Heat-affected zone (HAZ) and the better quality cut. In part of a laser power, when it too low due to a low temperature of a liquid metal that has a much high viscosity, therefore, it is stuck on a cut area and cause of unequal HAZ layer. However, increasing a gas pressure can reduce this effect. Meanwhile, we found out that there is only a little bit diffusion of oxygen into a surface microstructure, and there is a high nitrogen phase inside the recast layer that is hard and brittle. Finally, we have to remove those layers, for a completely perfect workpiece.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
โปษยานนท์, วาริท, "การศึกษาผลของความเร็วการตัด กำลังของเลเซอร์ และแรงดันแก๊สช่วยตัด ต่อสมบัติและโครงสร้างจุลภาคบริเวณรอยตัดด้วยเลเซอร์บนแผ่นโลหะผสมไทเทเนียม" (2017). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 1828.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/1828