تم استخدام الليزر لأول مرة في السبعينيات. في الإنتاج الصناعي الحديث ، يستخدم القطع بالليزر على نطاق واسع في معالجة الصفائح المعدنية والبلاستيك والزجاج والسيراميك وأشباه الموصلات والمنسوجات والخشب والورق.
في السنوات القليلة القادمة ، سيحقق تطبيق القطع بالليزر في مجال الآلات الدقيقة والتشكيل الدقيق أيضًا نموًا كبيرًا.
القطع بالليزر
عندما يتم تسليط شعاع ليزر مركز على قطعة عمل ، فإن المنطقة المشععة تسخن بشكل كبير لإذابة أو تبخير المادة. بمجرد أن يخترق شعاع الليزر قطعة الشغل ، تبدأ عملية القطع: يتحرك شعاع الليزر على طول المحيط أثناء إذابة المادة. عادةً ما يتم استخدام نفاثة من الهواء لتفجير الذوبان بعيدًا عن الشق ، تاركًا فجوة ضيقة بين الجزء المقطوع وحامل اللوحة ، تقريبًا مثل شعاع الليزر المركّز.
إخماد شعلة النار
قطع الأكسجين عملية قياسية لقطع الفولاذ الطري باستخدام الأكسجين كغاز القطع. يتم ضخ الأكسجين المضغوط حتى 6 بار في الشق. هناك ، يتفاعل المعدن المسخن مع الأكسجين: يبدأ الاحتراق والأكسدة. يطلق التفاعل الكيميائي كمية كبيرة من الطاقة (تصل إلى خمسة أضعاف طاقة الليزر) لمساعدة شعاع الليزر في القطع.
صورة
الشكل 1 شعاع الليزر يذوب قطعة العمل ، ويطرد غاز القطع المادة المنصهرة والخبث في الشق
قطع تذوب
القطع الانصهار هو عملية قياسية أخرى تستخدم عند قطع المعادن. يمكن استخدامها أيضًا في قص 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 يدفعانه بعيدًا باتجاه القاع. في نفس الوقت ، يمكن للغاز الخامل حماية حافة القطع من التأكسد بالهواء.
قطع الهواء المضغوط
يمكن أيضًا استخدام الهواء المضغوط لقطع الألواح الرقيقة. ضغط الهواء إلى 5-6 بار كافٍ لطرد المعدن المنصهر خارج القطع. نظرًا لأن الهواء يحتوي على ما يقرب من 80 في المائة من النيتروجين ، فإن قطع الهواء المضغوط هو في الأساس قطع اندماجي.
القطع بمساعدة البلازما
إذا تم اختيار المعلمات بشكل صحيح ، فستظهر سحابة بلازما في شق القطع بالذوبان بمساعدة البلازما. تتكون سحابة البلازما من بخار معدني مؤين وغاز قطع مؤين. تمتص سحابة البلازما طاقة ليزر ثاني أكسيد الكربون وتنقلها إلى قطعة العمل ، بحيث يتم إقران المزيد من الطاقة بقطعة العمل ، وسوف تذوب المادة بشكل أسرع ، مما يؤدي إلى سرعة قطع أسرع. لذلك ، تسمى عملية القطع هذه أيضًا القطع بالبلازما عالي السرعة.
الغيوم البلازمية شفافة تقريبًا لليزر الحالة الصلبة ، لذلك يمكن استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون فقط لقطع الصهر بمساعدة البلازما.
صورة
قطع التغويز
يؤدي القطع بالتغويز إلى تبخير المادة ، مما يقلل من التأثير الحراري على المواد المحيطة. يمكن تحقيق ذلك عن طريق تبخير المواد منخفضة الحرارة وعالية الامتصاص مثل الأغشية البلاستيكية الرقيقة وكذلك المواد غير القابلة للانصهار مثل الخشب والورق والرغوة وما إلى ذلك ، باستخدام المعالجة المستمرة بليزر ثاني أكسيد الكربون.
تسمح أشعة الليزر ذات النبضات الفائقة القصر بتطبيق هذه التقنية على مواد أخرى. تمتص الإلكترونات الحرة في المعدن ضوء الليزر وتسخن بشدة. لا تتفاعل نبضات الليزر مع الجسيمات المنصهرة والبلازما ، وتتسامح المادة بشكل مباشر ، ولا تعطي أي وقت لنقل الطاقة على شكل حرارة إلى المواد المحيطة. تقوم نبضات البيكو ثانية باستئصال المواد بدون تأثيرات حرارية كبيرة وذوبان وتشكيل نتوء.
صورة
الشكل 3 قطع التغويز: يبخر الليزر ويحرق المادة. يؤدي ضغط البخار إلى تصريف الخبث من الشق
المعلمات: تعديل عملية التصنيع
تؤثر العديد من المعلمات على عملية القطع بالليزر ، بعضها يعتمد على الأداء الفني لليزر وأداة الماكينة ، بينما يختلف البعض الآخر.
درجة الاستقطاب
تشير درجة الاستقطاب إلى النسبة المئوية لتحويل ضوء الليزر. تبلغ درجة الاستقطاب النموذجية حوالي 90 بالمائة. هذا أكثر من كافٍ للحصول على جودة عالية.
القطر البؤري
يؤثر القطر البؤري على عرض الشق ، ويمكن تغيير القطر البؤري عن طريق تغيير الطول البؤري لمرآة التركيز. القطر البؤري الأصغر يعني شقًا أضيق.
موضع التركيز
يحدد موضع التركيز قطر الحزمة وكثافة الطاقة على سطح قطعة العمل وكذلك شكل الشق.
صورة
الشكل 4 موضع التركيز: داخل قطعة العمل ، على سطح قطعة العمل وفوق قطعة الشغل
قوة 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 عتبة المعالجة.
صورة
الشكل 5 يمكن أن تقطع طاقة الليزر العالية المواد السميكة
وضع التشغيل
يستخدم الوضع المستمر بشكل أساسي لقطع الملامح القياسية للمعدن والبلاستيك بأحجام من المليمتر إلى السنتيمتر. لإذابة الثقوب أو إنشاء خطوط دقيقة ، يتم استخدام الليزر النبضي 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.
صورة
الشكل 6 تنخفض سرعة القطع مع زيادة سمك الورقة
قطر فوهة
يحدد قطر الفوهة معدل التدفق وشكل تدفق الغاز من الفوهة. كلما زادت سماكة المادة ، زاد قطر نفاثة الغاز ، وبالتالي قطر فتحة الفوهة.
نقاء الغاز والضغط الجوي
غالبًا ما يستخدم الأكسجين والنيتروجين كغازات قطع. يؤثر نقاء وضغط الغاز على تأثير القطع.
عند القطع بوقود الأكسجين ، يلزم وجود نقاء غاز بنسبة 99.95 في المائة. كلما زادت سماكة الصفيحة الفولاذية ، انخفض ضغط الغاز المستخدم.
يتطلب قطع الانصهار بالنيتروجين درجة نقاء غاز تبلغ 99.995 في المائة (من الناحية المثالية 99.999 في المائة) ، ويلزم ارتفاع ضغط الغاز للانصهار لقطع ألواح الصلب السميكة.
ورقة البيانات التقنية
في الأيام الأولى للقطع بالليزر ، كان على المستخدمين أن يقرروا إعداد معلمات المعالجة بأنفسهم من خلال التشغيل التجريبي. يتم الآن تخزين معلمات المعالجة الراسخة في وحدة التحكم في نظام القطع. لكل نوع مادة وسمك ، هناك بيانات مقابلة. تتيح ورقة البيانات الفنية التشغيل السلس لمعدات القطع بالليزر حتى لأولئك الذين ليسوا على دراية بهذه التكنولوجيا.
عوامل تقييم جودة القطع بالليزر
هناك العديد من المعايير للحكم على جودة الحواف المقطوعة بالليزر. يمكن الحكم على معايير مثل شكل الأزيز ، والاكتئاب ، والملمس بالعين المجردة ؛ يجب قياس العمودية والخشونة وعرض الشق وما إلى ذلك باستخدام أدوات خاصة. يعد ترسيب المواد والتآكل والمنطقة المتأثرة بالحرارة والتشوه عوامل مهمة أيضًا لقياس جودة القطع بالليزر.
