تم استخدام الليزر لأول مرة في القطع في السبعينيات. في خط الإنتاج الصناعي الحديث ، يتم استخدام القطع بالليزر على نطاق واسع في معالجة الصفائح المعدنية والبلاستيك والزجاج والسيراميك وأشباه الموصلات والمنسوجات والخشب والورق وغيرها من المواد.
في السنوات القليلة المقبلة ، سيحقق تطبيق القطع بالليزر في مجال الآلات الدقيقة والمعالجة الدقيقة أيضًا نموًا كبيرًا.
قطع بالليزر
عندما يضرب شعاع الليزر المركّز قطعة الشغل ، سترتفع درجة حرارة المنطقة المشععة بشكل حاد لإذابة أو تبخير المادة. بمجرد أن يخترق شعاع الليزر قطعة العمل ، تبدأ عملية القطع: يتحرك شعاع الليزر على طول خط الكنتور أثناء صهر المادة. عادةً ما يتم استخدام نفاثة من الهواء لتفجير الذوبان بعيدًا عن الشق ، مما يترك فجوة ضيقة بين الجزء المقطوع وإطار اللوحة ، والتي تكون تقريبًا مثل شعاع الليزر المركّز.
إخماد شعلة النار
القطع باللهب هو عملية قياسية تستخدم عند قطع الفولاذ الطري ، باستخدام الأكسجين كغاز القطع. يتم ضغط الأكسجين حتى 6 بار ثم يتم نفخه في الشق. هناك ، يتفاعل المعدن الساخن مع الأكسجين: يبدأ في الاحتراق والتأكسد. يطلق التفاعل الكيميائي كمية كبيرة من الطاقة (تصل إلى خمسة أضعاف طاقة الليزر) لمساعدة شعاع الليزر في القطع.
قطع الانصهار
القطع بالذوبان هو عملية قياسية أخرى تستخدم عند قطع المعادن. يمكن استخدامه أيضًا لقطع المواد الأخرى القابلة للانصهار ، مثل السيراميك.
يتم استخدام النيتروجين أو الأرجون كغاز قطع ، ويتم نفخ الغاز بضغط 2-20 بار عبر الشق. الأرجون والنيتروجين من الغازات الخاملة ، مما يعني أنهما لا يتفاعلان مع المعدن المنصهر في الشق ، بل ينفخانهما في القاع فقط. في نفس الوقت ، يمكن للغاز الخامل حماية حافة القطع من أكسدة الهواء.
قطع الهواء المضغوط
يمكن أيضًا استخدام الهواء المضغوط لقطع الألواح الرقيقة. ضغط الهواء إلى 5-6 بار كافٍ لنفخ المعدن المنصهر في الشق. نظرًا لأن ما يقرب من 80 ٪ من الهواء عبارة عن نيتروجين ، فإن قطع الهواء المضغوط هو في الأساس قطع انصهار.
القطع بمساعدة البلازما
إذا تم اختيار المعلمات بشكل صحيح ، فستظهر سحب البلازما في شق الذوبان والقطع بمساعدة البلازما. تتكون سحابة البلازما من بخار معدني مؤين وغاز قطع مؤين. تمتص سحابة البلازما طاقة ليزر ثاني أكسيد الكربون وتحولها إلى قطعة عمل ، بحيث يقترن المزيد من الطاقة بقطعة العمل ، وسوف تذوب المادة بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى قطع أسرع. لذلك ، تسمى عملية القطع هذه أيضًا القطع بالبلازما عالي السرعة.
سحابة البلازما شفافة في الواقع لليزر الصلب ، لذا فإن عملية الذوبان والقطع بمساعدة البلازما يمكن أن تستخدم ليزر ثاني أكسيد الكربون فقط.
قطع التبخير
يؤدي القطع بالتبخير إلى تبخير المادة ، مما يقلل من التأثير الحراري على المواد المحيطة قدر الإمكان. يمكن تحقيق التأثير أعلاه باستخدام المعالجة المستمرة بليزر ثاني أكسيد الكربون لتبخير المواد ذات الحرارة المنخفضة والامتصاص العالي ، مثل الأغشية البلاستيكية الرقيقة والمواد غير القابلة للاختراق مثل الخشب والورق والرغوة.
تسمح ليزر النبضات فائقة القصر بتطبيق هذه التقنية على مواد أخرى. تمتص الإلكترونات الحرة في المعدن الليزر وتسخن بشدة. لا يتفاعل نبضة الليزر مع الجسيمات المنصهرة والبلازما ، وتتصاعد المادة مباشرة ، ولا يوجد وقت لنقل الطاقة إلى المواد المحيطة على شكل حرارة. عندما يزيل نبضة البيكو ثانية المادة ، لا يوجد تأثير حراري واضح ، ولا ذوبان وتشكيل نتوء.
المعلمات: ضبط عملية المعالجة
تؤثر العديد من المعلمات على عملية القطع بالليزر ، فبعضها يعتمد على الأداء الفني لأداة الليزر والماكينة ، في حين أن البعض الآخر متغير.
درجة الاستقطاب
تشير درجة الاستقطاب إلى النسبة المئوية لتحويل ضوء الليزر. تبلغ درجة الاستقطاب النموذجية بشكل عام حوالي 90٪. هذا يكفي لقطع عالية الجودة.
قطر التركيز
يؤثر القطر البؤري على عرض الشق ، ويمكن تغيير القطر البؤري عن طريق تغيير البعد البؤري لعدسة التركيز. القطر البؤري الأصغر يعني شقًا أضيق.
موقف التركيز
يحدد الموقع البؤري قطر الحزمة وكثافة الطاقة على سطح قطعة العمل وشكل الشق.
طاقة الليزر
يجب أن تتطابق طاقة الليزر مع نوع المعالجة ونوع المادة والسمك. يجب أن تكون الطاقة عالية بما يكفي بحيث تتجاوز كثافة الطاقة على قطعة العمل حد المعالجة.
وضع التشغيل
يستخدم الوضع المستمر بشكل أساسي لقص الكفاف القياسي للمعادن والبلاستيك من مليمترات إلى سنتيمترات في الحجم. من أجل إذابة الثقب أو إنتاج محيط دقيق ، يتم استخدام ليزر نبضي منخفض التردد.
سرعة القطع
يجب أن تتطابق قوة الليزر وسرعة القطع مع بعضهما البعض. سرعات القطع السريعة جدًا أو البطيئة جدًا ستؤدي إلى زيادة الخشونة وتشكيل النتوءات.
قطر فوهة
يحدد قطر الفوهة تدفق وشكل الغاز المتدفق من الفوهة. كلما زادت سماكة المادة ، زاد قطر نفاثة الغاز ، وبالتالي ، زاد قطر الفوهة.
نقاء الغاز وضغطه
غالبًا ما يستخدم الأكسجين والنيتروجين كغازات قطع. النقاء وضغط الهواء يؤثران على تأثير القطع.
عند استخدام القطع بلهب الأكسجين ، فإن نقاء الغاز يحتاج إلى 99.95٪. كلما زادت سماكة الصفيحة الفولاذية ، انخفض ضغط الغاز المستخدم.
عند استخدام النيتروجين للصهر والقطع ، يجب أن تصل درجة نقاء الغاز إلى 99.995٪ (مثالي 99.999٪) ، وضغط الهواء العالي مطلوب لصهر وقطع ألواح الصلب السميكة.
ورقة البيانات التقنية
في المرحلة المبكرة من القطع بالليزر ، يجب أن يقرر المستخدمون إعداد معلمات المعالجة بأنفسهم من خلال التشغيل التجريبي. الآن ، يتم تخزين معلمات المعالجة الناضجة في جهاز التحكم في نظام القطع. لكل نوع مادة وسمك ، هناك بيانات مقابلة. يسمح جدول المعلمات الفنية حتى لأولئك الذين ليسوا على دراية بهذه التكنولوجيا بتشغيل معدات القطع بالليزر بسلاسة.
عوامل تقييم جودة القطع بالليزر
هناك العديد من المعايير للحكم على جودة حواف القطع بالليزر. يمكن الحكم على معايير مثل شكل الأزيز ، والاكتئاب ، والحبوب بالعين المجردة ؛ يجب قياس العمودية والخشونة وعرض القطع باستخدام أدوات خاصة. يعد ترسيب المواد والتآكل والمنطقة المتأثرة بالحرارة والتشوه عوامل مهمة أيضًا لقياس جودة القطع بالليزر.
آفاق واسعة
النجاح المستمر للقطع بالليزر يتجاوز معظم الشركات الأخرى. يستمر هذا الاتجاه اليوم. في المستقبل ، ستصبح آفاق تطبيق القطع بالليزر أوسع وأكثر اتساعًا.
قطع بالليزر
عندما يضرب شعاع الليزر المركّز قطعة الشغل ، سترتفع درجة حرارة المنطقة المشععة بشكل حاد لإذابة أو تبخير المادة. بمجرد أن يخترق شعاع الليزر قطعة العمل ، تبدأ عملية القطع: يتحرك شعاع الليزر على طول خط الكنتور أثناء صهر المادة. عادةً ما يتم استخدام نفاثة من الهواء لتفجير الذوبان بعيدًا عن الشق ، مما يترك فجوة ضيقة بين الجزء المقطوع وإطار اللوحة ، والتي تكون تقريبًا مثل شعاع الليزر المركّز.
إخماد شعلة النار
القطع باللهب هو عملية قياسية تستخدم عند قطع الفولاذ الطري ، باستخدام الأكسجين كغاز القطع. يتم ضغط الأكسجين حتى 6 بار ثم يتم نفخه في الشق. هناك ، يتفاعل المعدن الساخن مع الأكسجين: يبدأ في الاحتراق والتأكسد. يطلق التفاعل الكيميائي كمية كبيرة من الطاقة (تصل إلى خمسة أضعاف طاقة الليزر) لمساعدة شعاع الليزر في القطع.
قطع الانصهار
القطع بالذوبان هو عملية قياسية أخرى تستخدم عند قطع المعادن. يمكن استخدامه أيضًا لقطع المواد الأخرى القابلة للانصهار ، مثل السيراميك.
يتم استخدام النيتروجين أو الأرجون كغاز قطع ، ويتم نفخ الغاز بضغط 2-20 بار عبر الشق. الأرجون والنيتروجين من الغازات الخاملة ، مما يعني أنهما لا يتفاعلان مع المعدن المنصهر في الشق ، بل ينفخانهما في القاع فقط. في نفس الوقت ، يمكن للغاز الخامل حماية حافة القطع من أكسدة الهواء.
قطع الهواء المضغوط
يمكن أيضًا استخدام الهواء المضغوط لقطع الألواح الرقيقة. ضغط الهواء إلى 5-6 بار كافٍ لنفخ المعدن المنصهر في الشق. نظرًا لأن ما يقرب من 80 ٪ من الهواء عبارة عن نيتروجين ، فإن قطع الهواء المضغوط هو في الأساس قطع انصهار.
القطع بمساعدة البلازما
إذا تم اختيار المعلمات بشكل صحيح ، فستظهر سحب البلازما في شق الذوبان والقطع بمساعدة البلازما. تتكون سحابة البلازما من بخار معدني مؤين وغاز قطع مؤين. تمتص سحابة البلازما طاقة ليزر ثاني أكسيد الكربون وتحولها إلى قطعة عمل ، بحيث يقترن المزيد من الطاقة بقطعة العمل ، وسوف تذوب المادة بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى قطع أسرع. لذلك ، تسمى عملية القطع هذه أيضًا القطع بالبلازما عالي السرعة.
سحابة البلازما شفافة في الواقع لليزر الصلب ، لذا فإن عملية الذوبان والقطع بمساعدة البلازما يمكن أن تستخدم ليزر ثاني أكسيد الكربون فقط.
قطع التبخير
يؤدي القطع بالتبخير إلى تبخير المادة ، مما يقلل من التأثير الحراري على المواد المحيطة قدر الإمكان. يمكن تحقيق التأثير أعلاه باستخدام المعالجة المستمرة بليزر ثاني أكسيد الكربون لتبخير المواد ذات الحرارة المنخفضة والامتصاص العالي ، مثل الأغشية البلاستيكية الرقيقة والمواد غير القابلة للاختراق مثل الخشب والورق والرغوة.
تسمح ليزر النبضات فائقة القصر بتطبيق هذه التقنية على مواد أخرى. تمتص الإلكترونات الحرة في المعدن الليزر وتسخن بشدة. لا يتفاعل نبضة الليزر مع الجسيمات المنصهرة والبلازما ، وتتصاعد المادة مباشرة ، ولا يوجد وقت لنقل الطاقة إلى المواد المحيطة على شكل حرارة. عندما يزيل نبضة البيكو ثانية المادة ، لا يوجد تأثير حراري واضح ، ولا ذوبان وتشكيل نتوء.
المعلمات: ضبط عملية المعالجة
تؤثر العديد من المعلمات على عملية القطع بالليزر ، فبعضها يعتمد على الأداء الفني لأداة الليزر والماكينة ، في حين أن البعض الآخر متغير.
درجة الاستقطاب
تشير درجة الاستقطاب إلى النسبة المئوية لتحويل ضوء الليزر. تبلغ درجة الاستقطاب النموذجية بشكل عام حوالي 90٪. هذا يكفي لقطع عالية الجودة.
قطر التركيز
يؤثر القطر البؤري على عرض الشق ، ويمكن تغيير القطر البؤري عن طريق تغيير البعد البؤري لعدسة التركيز. القطر البؤري الأصغر يعني شقًا أضيق.
موقف التركيز
يحدد الموقع البؤري قطر الحزمة وكثافة الطاقة على سطح قطعة العمل وشكل الشق.
طاقة الليزر
يجب أن تتطابق طاقة الليزر مع نوع المعالجة ونوع المادة والسمك. يجب أن تكون الطاقة عالية بما يكفي بحيث تتجاوز كثافة الطاقة على قطعة العمل حد المعالجة.
وضع التشغيل
يستخدم الوضع المستمر بشكل أساسي لقص الكفاف القياسي للمعادن والبلاستيك من مليمترات إلى سنتيمترات في الحجم. من أجل إذابة الثقب أو إنتاج محيط دقيق ، يتم استخدام ليزر نبضي منخفض التردد.
سرعة القطع
يجب أن تتطابق قوة الليزر وسرعة القطع مع بعضهما البعض. سرعات القطع السريعة جدًا أو البطيئة جدًا ستؤدي إلى زيادة الخشونة وتشكيل النتوءات.
قطر فوهة
يحدد قطر الفوهة تدفق وشكل الغاز المتدفق من الفوهة. كلما زادت سماكة المادة ، زاد قطر نفاثة الغاز ، وبالتالي ، زاد قطر الفوهة.
نقاء الغاز وضغطه
غالبًا ما يستخدم الأكسجين والنيتروجين كغازات قطع. النقاء وضغط الهواء يؤثران على تأثير القطع.
عند استخدام القطع بلهب الأكسجين ، فإن نقاء الغاز يحتاج إلى 99.95٪. كلما زادت سماكة الصفيحة الفولاذية ، انخفض ضغط الغاز المستخدم.
عند استخدام النيتروجين للصهر والقطع ، يجب أن تصل درجة نقاء الغاز إلى 99.995٪ (مثالي 99.999٪) ، وضغط الهواء العالي مطلوب لصهر وقطع ألواح الصلب السميكة.
ورقة البيانات التقنية
في المرحلة المبكرة من القطع بالليزر ، يجب أن يقرر المستخدمون إعداد معلمات المعالجة بأنفسهم من خلال التشغيل التجريبي. الآن ، يتم تخزين معلمات المعالجة الناضجة في جهاز التحكم في نظام القطع. لكل نوع مادة وسمك ، هناك بيانات مقابلة. يسمح جدول المعلمات الفنية حتى لأولئك الذين ليسوا على دراية بهذه التكنولوجيا بتشغيل معدات القطع بالليزر بسلاسة.
عوامل تقييم جودة القطع بالليزر
هناك العديد من المعايير للحكم على جودة حواف القطع بالليزر. يمكن الحكم على معايير مثل شكل الأزيز ، والاكتئاب ، والحبوب بالعين المجردة ؛ يجب قياس العمودية والخشونة وعرض القطع باستخدام أدوات خاصة. يعد ترسيب المواد والتآكل والمنطقة المتأثرة بالحرارة والتشوه عوامل مهمة أيضًا لقياس جودة القطع بالليزر.
آفاق واسعة
النجاح المستمر للقطع بالليزر يتجاوز معظم الشركات الأخرى. يستمر هذا الاتجاه اليوم. في المستقبل ، ستصبح آفاق تطبيق القطع بالليزر أوسع وأكثر اتساعًا.
