
هل تساءلت يومًا عن كيفية تحقيق الدقة في القطع بالليزر؟ تستكشف هذه المقالة العوامل الحاسمة التي تؤثر على جودة القطع بالليزر، مثل حالة الفوهة وموضع التركيز وضغط الغاز الإضافي. من خلال فهم هذه العناصر، ستحصل على رؤى ثاقبة لتحسين عمليات القطع بالليزر للحصول على نتائج فائقة. تعمّق في اكتشاف الأسرار الكامنة وراء عمليات القطع الخالية من العيوب!
تتأثر كفاءة القطع بالليزر وجودته بعدة عوامل حاسمة:
① خصائص الفوهة
② تكامل الحلقة الخزفية
③ رأس القطع ومحاذاة المسار البصري
④ معلمات الغاز المساعد
⑤ تحديد الموقع البؤري
⑥ سرعة القطع
⑦ خرج طاقة الليزر
⑧ خصائص قطعة العمل
من بين هذه العوامل، هناك أربعة عوامل حاسمة بشكل خاص لتحسين أداء القطع بالليزر:
تشكل هذه المتغيرات الأربعة حجر الزاوية في التحكم في عملية القطع بالليزر. تظهر الاختلافات في العوامل الأخرى عادةً من خلال تأثيرها على هذه المتغيرات الأساسية.
ستقدم الأقسام التالية تحليلاً متعمقًا لكل من هذه العوامل الحاسمة وعلاقاتها المتبادلة في عملية القطع بالليزر.
سيؤثر نوع الفوهة، وفتحة الفوهة، وسلامة الفوهة، وارتفاع الفوهة (المسافة بين مخرج الفوهة وسطح قطعة العمل)، وما إلى ذلك، على تأثير القطع.
اختيار نوع الفوهة وفتحة العدسة في القطع بالليزر
يعد اختيار الفوهات المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق جودة القطع والكفاءة المثلى في عمليات القطع بالليزر. وفي الوقت الحالي، تُستخدم ثلاثة أنواع رئيسية من الفوهات على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية: الفوهات المفردة والفوهات المزدوجة والفوهات القصيرة. يقدم كل نوع مزايا محددة اعتمادًا على المواد والسماكة ومتطلبات القطع.
فوهات القطع المفردة:
تتميز هذه الفوهات بمجموعة من أحجام الفتحات: Φ0.8، Φ1.0، Φ1.5، Φ2.0، Φ2.5، Φ3.0، Φ3.5، Φ3.5، Φ4.0 مم. تعتبر الفوهات المفردة متعددة الاستخدامات ومناسبة لمجموعة متنوعة من مهام القطع، مما يوفر توازنًا جيدًا بين جودة القطع والسرعة للعديد من المواد.
فوهات القطع المزدوجة:
توفر الفوهات المزدوجة نفس نطاق حجم الفتحة مثل الفوهات المفردة: Φ0.8، Φ1.0، Φ1.5، Φ2.0، Φ2.5، Φ3.0، Φ3.0، Φ3.5، Φ4.0 مم. تتميز هذه الفوهات بتصميم مزدوج التدفق، والذي يمكن أن يعزز أداء القطع، خاصة بالنسبة للمواد السميكة أو عند الحاجة إلى سرعات قطع أعلى.
فوهات القطع القصيرة:
تتوفر فوهات قصيرة بأحجام فتحات أكبر: Φ3.0 وΦ3.5 وΦ4.0 مم. هذه الفوهات مصممة خصيصًا لقطع المواد السميكة، مما يوفر ديناميكيات تدفق غاز محسنة ومسافة مواجهة أقل، مما قد يؤدي إلى قطع أنظف وتقليل تكوين الخبث في تطبيقات القطع الشاقة.
من حيث المبدأ:
تعتمد اللوحة الرفيعة على فوهة ذات فتحة صغيرة، وتعتمد اللوحة السميكة على فوهة ذات فتحة أكبر.
قطع الفوهة الصغيرة:
سيكون سطح القطع أرق؛ عندما يتم قطع الصفيحة السميكة، تكون منطقة انتشار الغاز صغيرة، لذا فهي غير مستقرة عند استخدامها.
قطع الفوهة الكبيرة:
تكون الفوهة ذات قسم القطع الصغير أكثر سمكًا قليلًا؛ ومساحة انتشار الغاز كبيرة، ومعدل تدفق الغاز بطيء، لذا فهي مستقرة عند القطع.
مقارنة بين فتحات الفوهة:
فتحة الفوهة | تدفق الغاز | قدرة الإزالة المنصهرة |
صغيرة | سريع | كبير |
كبير | بطيء | صغيرة |
تأثير كسر الفوهة على جودة القطع
أثناء عملية القطع، عندما تصطدم الفوهة أو تحتك بقطعة العمل، تتشوه الفوهة بسهولة.
عندما يحدث الثقب في الثقب أو قطعة العمل المقطوعة لا يمكن قطعها، الفوهة عرضة للذوبان وفوهة الفوهة مسدودة، مما سيؤثر على جودة القطع.
عند تشوه الفوهة أو ذوبانها، ستكون هناك التأثيرات الضارة التالية:
1). تكون الفوهة وشعاع الليزر في محورين مختلفين
يعد محورية مركز فتحة مخرج الفوهة وشعاع الليزر أحد العوامل المهمة التي تؤثر على جودة القطع.
كلما كانت قطعة العمل أكثر سمكًا، كان التأثير أكبر.
عند تشوه الفوهة أو ذوبانها، سيؤثر ذلك بشكل مباشر على المحورية.
لذلك، يجب تخزين الفوهة بعناية وتركيبها بشكل صحيح لتجنب الصدمات لتجنب التشوه.
إذا كان من الضروري تغيير الظروف وقت القطع بسبب سوء حالة الفوهة، فمن الأفضل استبدالها بفوهة جديدة.
2). عندما يتم نفخ الغاز الإضافي من الفوهة، لا تكون كمية الغاز منتظمة، وتوجد ظاهرة يتم فيها ذوبان أو احتراق جانب واحد ولا يحترق الجانب الآخر.
عند قطع صفيحة رقيقة من 3 مم أو أقل، يكون تأثيرها ضئيلًا؛ وعند قطع أكثر من 3 مم، يكون التأثير خطيرًا وأحيانًا لا يمكن قطعها.
3) التأثير على الزوايا الحادة
عندما يكون لقطعة العمل زاوية حادة أو زاوية صغيرة، فمن المحتمل أن يحدث ذوبان زائد؛ وقد لا يتم قطع الألواح السميكة.
4). التأثير على الانثقاب
يكون التثقيب غير مستقر، والوقت ليس من السهل التحكم فيه، والصفيحة السميكة تكون ذائبة بشكل مفرط، وحالة الاختراق صعبة الفهم، والتأثير على الصفيحة الرقيقة صغير.
تأثير المسافة الفاصلة بين الفوهة وقطعة العمل على جودة القطع (المسافة الفاصلة هي المسافة بين مخرج الفوهة وسطح قطعة العمل).
تؤثر المواجهة تأثيراً كبيراً على جودة القطع، والتي غالباً ما يتم تجاهلها أثناء عملية القطع.
عند القطع بشكل طبيعي، يجب أن يكون ارتفاع المتابع بشكل عام 0.8 مم - 1.2 مم.
سيؤدي الانخفاض الشديد إلى اصطدام الفوهة بسهولة بسطح قطعة العمل;
سيؤدي الارتفاع الشديد إلى تشتت تدفق الهواء من الفوهة، مما يؤدي إلى تغير في تركيز وضغط الغاز المساعد، ومن ثم يؤدي إلى انخفاض جودة القطع.
يؤدي أيضًا التغيير في ارتفاع الفوهة (لأعلى أو لأسفل) إلى تغيير في موضع التركيز البؤري (لأعلى أو لأسفل) مما يؤثر على جودة القطع.
العوامل الرئيسية التي تؤثر على ارتفاع المتابعة:
أثناء عملية القطع، عندما يصطدم رأس القطع بقطعة الشغل المرفوعة، من السهل أن يتسبب ذلك في تشقق حلقة السيراميك أو سحقها.
عندما تتشقق الحلقة الخزفية، يتسرب الغاز المساعد بسهولة، مما يؤدي إلى عدم كفاية تدفق الغاز المساعد ويؤثر على جودة القطع.
عندما تنكسر الحلقة الخزفية، يجب على المشغل استبدال الحلقة الخزفية الجديدة في الوقت المناسب.
أثناء عملية الاستبدال، يجب توخي الحذر للتأكد من أن حلقة الختم بين الحلقة الخزفية ورأس القطع يجب أن تكون مضغوطة ومضغوطة.
لا تفقده، وإلا سيؤدي ذلك بسهولة إلى تسرب الغاز الإضافي ويؤثر على جودة القطع.
المكونات الرئيسية لرأس القطع هي مرايا الموازاة ومرايا التركيز والمرايا الواقية.
يمكن لأي تلوث العدسة أن يؤثر على مسار الضوءمما يؤثر على جودة القطع.
كما أن المحاور المختلفة لليزر والفوهة هي أيضًا مشاكل في نقل المسار البصري، والتي يمكن أن تؤدي أيضًا إلى فشل القطع.
بشكل رئيسي في الجوانب التالية:
عند قطع مواد مختلفة، يجب تعديل موضع التركيز البؤري وفقًا لمتطلبات عملية القطع المختلفة.
يجب تمييز اتجاه موضع النقطة اللامركزية عند إعطاء معلمة موضع التركيز.
نحدد موضع البؤرة على أنه 0 على السطح العلوي للورقة.
يكون التركيز سالبًا أسفل السطح العلوي للورقة وموجبًا فوق السطح العلوي للورقة.
كما هو موضح أدناه:
اختيار موضع التركيز
موضع التركيز هو أحد العناصر الأربعة لعملية القطع.
لذلك، من الضروري تحديد ما إذا كان موضع التركيز البؤري مضبوطًا بشكل صحيح وفقًا للوحات المختلفة ومعلمات العملية المرجعية قبل كل عملية قطع.
العوامل الرئيسية التي تؤثر على موضع التركيز هي:
تأثير أنواع الغازات المساعدة على عملية القطع
عند اختيار نوع وضغط الغاز المساعد للقطع، يجب مراعاة الجوانب التالية:
تأثير نقاء الغاز المساعد على جودة المنتجات المقطوعة
(1) تأثير عدم كفاية نقاء الغاز عند قطع الفولاذ الكربوني بالأكسجين:
(2) تأثير عدم كفاية نقاء الغاز عند قطع الفولاذ المقاوم للصدأوصفيحة الألومنيوم والنحاس الأصفر وغيرها بالنيتروجين:
تأثير ضغط الغاز المساعد على جودة القطع
(1) يساعد الغاز على تبديد الحرارة ويساعد على الاحتراق، وينفخ السطح المذاب، بحيث يكون سطح القطع أفضل في الجودة.
(2) التأثير على القطع عندما يكون ضغط الغاز غير كافٍ:
(3) التأثير على جودة القطع عندما يكون ضغط الغاز مرتفعًا جدًا.
تأثير الغاز المساعد على التثقيب
(1) عندما يكون ضغط الغاز منخفضًا جدًا، لا يكون من السهل قطعه ويزداد الوقت.
(2) عندما يكون ضغط الغاز مرتفعًا جدًا، يتم تفجير الثقب، مما يؤدي إلى ذوبان نقطة الاختراق وتشكيل نقطة انصهار كبيرة.
ولذلك، بشكل عام بالنسبة للصفائح الفولاذية الكربونية، يكون ضغط ثقب الصفيحة الرقيقة أعلى، وضغط الصفيحة السميكة أقل.
عندما يتم ثقب الصفيحة السميكة، يجب تقليل ضغط الغاز ونسبة الهواء بشكل مناسب عند تفجير الثقب، وإطالة زمن الثقب.
العوامل المؤثرة على الغاز المساعد:
عندما تكون درجة نقاء الغاز المساعد منخفضة، يجب زيادة ضغط الغاز المقابل، والعكس صحيح.
عند ضغط معين، كلما كان حجم المسام أصغر، كان معدل التدفق أصغر، وكلما كان حجم المسام أكبر، كان معدل التدفق أكبر.
يؤثر حجم التدفق على تأثير القطع والقدرة على إزالة الذوبان.
وكلما كانت الفوهة أعلى من اللوحة كلما كان تدفق الهواء أكثر تشتتًا، وكلما كانت اللوحة أقل كلما كان تدفق الهواء أكثر تركيزًا.
تؤثر كمية التدفق على تأثير القطع والقدرة على إزالة الذوبان.
إذا كان مخرج هواء الفوهة تالفًا، فسيكون تدفق الهواء المتدفق للخارج غير متساوٍ، مما يؤثر بشكل مباشر على قدرة القطع.
يمكن أن يؤدي تلف الحلقات السيراميكية وموانع التسرب السيراميكية إلى تسرب الغاز، مما يؤثر بدوره على ضغط الهواء وتدفقه.
السرعة سريعة جدًا، لذلك لا يمكن للغاز الإضافي إزالة الذوبان بشكل فعال، ومن ثم سيعلق الخبث أو لا يمكن قطعه.
إذا كان هناك فقدان في طاقة الليزر، فعادةً ما يتطلب الأمر مزيدًا من الضغط لإزالة الذوبان.
إذا كان التركيز غير صحيح، فإن طاقة الليزر على اللوحة غير مؤكدة.
يمكن أن نفهم أنه إذا كانت الطاقة كثيرة جدًا، فيجب أن يكون ضغط الهواء قليلًا، وإذا كانت الطاقة منخفضة، فيجب أن يكون ضغط الهواء أكثر.
إذا كانت جودة الصفيحة غير جيدة، فسيؤثر ذلك بشكل مباشر على القطع;
إذا كان سطح الصفيحة به صدأ، وما إلى ذلك، مما لا يساعد على احتراق الأكسجين وإزالة الذوبان.
تأثير سرعة القطع السريعة جداً
(1) قد تتسبب في ظاهرة عدم القطع والرش العكسي، انظر الشكل أدناه.
(2) يمكن قطع بعض المناطق، ولكن لا يمكن قطع بعض المناطق.
(3) يكون وجه الطرف بأكمله أكثر سمكًا، ولكن لا يتولد أي ذوبان.
(4) يظهر المقطع المقطوع على شكل حبة عرضية والنصف السفلي ذائب.
بشكل عام، تكون سرعة القطع سريعة جدًا، وضغط الغاز منخفض، والطاقة منخفضة، ونتيجة لذلك، يكون القطع غير كافٍ.
تأثير معدل التغذية بطيء للغاية
(1) تحدث حالة الذوبان الزائد، ويكون وجه الطرف المقطوع خشنًا.
(2) سيتم أيضًا توسيع الشق وإذابته عند قطع الزاوية الحادة.
(3) التأثير على كفاءة القطع.
بشكل عام، تكون سرعة القطع بطيئة جدًا، وضغط الهواء مرتفع جدًا، والطاقة كبيرة جدًا، ونتيجة لذلك، تحدث ظاهرة الإفراط في الذوبان في القطع.
اختيار معدل التغذية المناسب
من خلال شرارة القطع، يمكن تحديد ما إذا كان يمكن زيادة معدل التغذية أو خفضه؛ عند ضبط سرعة القطع الصحيحة، تنتشر الشرارة من أعلى إلى أسفل.
إذا كانت الشرارة مائلة، يكون معدل التغذية سريعًا جدًا، ولا يتم نفخ الغاز الإضافي بالكامل بعيدًا عن الخبث، ويكون رأس القطع قد تحرك للأمام.
تكون الشرارات غير منتشرة وأقل، وعندما تتكثف معًا، تكون السرعة بطيئة جدًا، ويتم نفخ الغاز الإضافي بشكل مفرط، وبالتالي يكون قسم الشغل خشنًا بسهولة.
عند ضبط معدل التغذية المناسب، يُظهر سطح القطع خطًا أكثر سلاسة، ولا يوجد ذوبان في الجزء السفلي.
أ) تلوث العدسة
ب) موضع التركيز البؤري غير صحيح
ج) توجد بقع صدأ وبقع زيت على سطح اللوح:
معظم المواد الحديدية و غير معدنية يمكن قطع المعادن بالليزر.
كل مادة لها استجابتها الفريدة لليزر (الطول الموجي 1.080u).
يعتمد مدى ملاءمة أي مادة للقطع بالليزر على تفاعل المادة مع الطول الموجي لليزر والطاقة.
يحصلون على قدرات قطع وسرعة قطع وجودة مختلفة.
بشكل عام، فإن العناصر التي تؤثر على قدرة القطع بالليزر للمواد هي:
عادةً ما يكون لمعالجة سطح المادة مثل الألومنيوم والزنك والطلاء والطلاء والصدأ والتلوين والطلاء والطلاء والطلاء الواقي تأثير سلبي على القطع بالليزر.
توجد بقع صدأ على سطح الصفيحة (الجانب الأمامي) وبقع الصدأ غير مقطوعة (الجانب الخلفي)
بالنسبة للألواح ذات البقع المطرزة والبقع الزيتية على السطح، يجب معالجتها أولاً ثم قصها.
إذا تعذر تنظيفها بالكامل، ففكر في تقليل سرعة القطع، وزيادة ضغط الهواء الإضافي، وزيادة الطاقة لمنع تعذر قطع الصفيحة.
يتميز القطع بالليزر بظاهرة الامتصاص الحراري والانتشار الحراري، كما أن درجة حرارة المادة لها تأثير غير مهمل على جودة القطع بالليزر.
وبصفة عامة، عندما تتجاوز درجة حرارة المادة 90 درجة مئوية، سيكون لها تأثير سلبي على القطع بالليزر (من السهل أن تنفجر وتذوب بشكل مفرط).
من أجل تقليل التأثير الضار لتغيرات درجة الحرارة على القطع، يمكن استخدام طريقة القطع بالقفز بشكل عام.
ما يسمى بالقطع القفزي هو قطع كفاف في منطقة صغيرة والقفز إلى مناطق أخرى لمواصلة القطع، بحيث لا يتم تسخين مادة المعالجة بشكل كبير جدًا في منطقة صغيرة.
سيؤثر بدء تشغيل الماكينة وإيقافها وتغيير اتجاه الحركة على استقرار جودة القطع.
من الضروري جدًا إضافة قطع الرصاص في القطع الفعلي.
وترد الطرق ونطاق التطبيق في الجدول التالي:
الوضع الرئيسي | نطاق التطبيق |
خط مستقيم خط مستقيم الزاوية اليمنى الرصاص | ورقة 0.5-3 مم |
خط مستقيم مع مقدمة قوس | 4-6 مم |
الرصاص المماسي المستقيم | 8-16 مم |
الطول الموصى به للسلك هو كما يلي:
سُمك الصفيحة (مم) | قطر دائري (د، مم) | طول الرصاص (أ، مم) |
1-6 | d<10 | بدءًا من مركز الدائرة |
d>10 | 5 | |
8-12 | d<20 | بدءًا من مركز الدائرة |
d>20 | 10 | |
15-20 | d<30 | بدءًا من مركز الدائرة |
d>30 | 15 |
عند قطع الفولاذ الكربوني السميك (أكبر من أو يساوي 6 مم)، من الضروري إطالة السلك لمنع الخبث الناتج عن تفجير الثقب من التأثير على القطع.
عملية القطع بزاوية حادة
أسباب حروق الزاوية الحادة
عندما يتم قطع الزاوية الحادة، يتحرك محور الماكينة خلال عملية تباطؤ وتسارع، وتتغير السرعة، بينما تظل طاقة خرج الليزر دون تغيير.
تبلغ طاقة الليزر المركزة في الزوايا ضعف طاقة الليزر المركزة في خط القطع.
ستحترق الزوايا بسبب الحرارة الزائدة.
تقنية المعالجة الزاوية الحادة
في عملية القطع بالليزرحاول تجنب التغييرات الحادة في السرعة والاتجاه، لأن ذلك سيؤدي بسهولة إلى ارتفاع درجة الحرارة الموضعي لقطعة العمل، مما يؤثر على جودة القطع.
تحتوي الزوايا الحادة بشكل عام على طرق المعالجة التالية:
1) الانتقال بقوس دائري
إذا لم يكن هناك متطلبات خاصة للزاوية الحادة، فمن الممكن عمومًا استخدام القوس الصغير R1-2 مم للانتقال.
يتم تخزين التغييرات في سرعة القطع واتجاهه بشكل فعال.
كما هو موضح أدناه:
2) الانتقال الكنتوري المغلق الزائد
وكما هو موضح في الشكل، فإن هذا يضيف مسارًا مغلقًا للقطع الزائد عند الزاوية كإجراء إضافي، بحيث لا تتغير سرعة القطع واتجاهه بشكل مفاجئ عند الزوايا، وذلك لجعل الحرارة في كل مكان موحدة، وبالتالي قطع الزاوية الحادة بشكل واضح حواف حادة.
أنت الآن تعرف بالفعل العوامل التسعة التي تؤثر على جودة القطع بالليزر، وطريقة تحسين جودة القطع بالليزر.
لمزيد من التفاصيل حول مراقبة جودة القطع بالليزر، يمكنك أيضًا الاطلاع على هذه المقالة: مراقبة جودة القطع بالليزر (مع حلول مثبتة)