اختيار الغاز الإضافي لقطع الفولاذ المجلفن بالليزر

في الوقت الحاضر، أصبح استخدام تقنية القطع بالليزر منتشرًا في كل مكان في صناعات تصنيع الصفائح المعدنية.

وتتمثل إحدى المزايا الأساسية للقطع بالليزر في طبيعته غير التلامسية التي تحافظ على سلامة سطح اللوحة وتنتج مقاطع مقطوعة خالية من النتوءات. وتقلل هذه الخاصية بشكل كبير من الحاجة إلى عمليات ما بعد المعالجة، مما يعزز كفاءة الإنتاج بشكل عام.

ومع ذلك، فإن تقنية القطع بالليزر لا تخلو من التحديات، خاصة عند معالجة مواد معينة. وستركز هذه المقالة على الصعوبات المحددة التي تواجهها عند قطع ألواح الصلب المجلفن - وهي مادة تستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات - واستكشاف الحلول الفعالة لهذه التحديات.

تم تصميم الألواح الفولاذية المجلفنة لحماية الركيزة الأساسية من الفولاذ الكربوني بطبقة واقية من الزنك، مما يمنع التآكل بفعالية بمرور الوقت. على الرغم من أن هذه الألواح أغلى في البداية من الفولاذ الكربوني القياسي، إلا أنها توفر فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل من خلال الاستغناء عن الحاجة إلى معالجات إضافية لمنع الصدأ.

تنشأ التعقيدات أثناء المعالجة بالليزر للصلب المجلفن. يلعب اختيار الغاز المساعد دوراً حاسماً في عملية القطع، حيث تتوفر ثلاث طرق أساسية: القطع بالهواء، والقطع بالأكسجين، والقطع بالنيتروجين.

دعونا نفحص مزايا وعيوب عمليات القطع الثلاث هذه بالتفصيل:

قطع الهواء

يوفر القطع بالهواء في المعالجة بالليزر مزايا كبيرة من حيث التكلفة بسبب الحد الأدنى من متطلبات التشغيل. وتستخدم هذه الطريقة الكهرباء فقط من أجل الليزر وضاغط الهواء، مما يلغي الحاجة إلى الغازات المساعدة المكلفة مثل النيتروجين أو الأكسجين. بالنسبة للألواح الرقيقة (عادةً <3 مم)، يمكن أن يحقق القطع بالهواء سرعات قطع مماثلة لقطع النيتروجين، مما يجعله خيارًا فعالاً ومجدٍ اقتصاديًا للعديد من التطبيقات.

ومع ذلك، يمثل القطع بالهواء العديد من التحديات التقنية التي يجب أخذها في الاعتبار. فغالبًا ما تنتج العملية نتوءات سفلية على طول حواف القطع، مما يستلزم عمليات إزالة الأزيز الثانوية. يمكن أن تؤثر هذه الخطوات الإضافية سلبًا على إجمالي زمن دورة الإنتاج والكفاءة. وعلاوة على ذلك، غالبًا ما ينتج عن تفاعل الأكسدة في درجات الحرارة العالية أثناء القطع بالهواء حواف قطع داكنة أو سوداء اللون، مما قد يضر بالجودة الجمالية والسطح النهائي للمنتج النهائي.

تظهر قيود القطع بالهواء بشكل خاص عند معالجة ألواح الصلب المجلفن. يمكن أن يتبخر طلاء الزنك على هذه المواد أثناء القطع، مما قد يؤدي إلى تلويث بصريات الليزر والتأثير على جودة القطع. وبالإضافة إلى ذلك، فإن مشاكل الأكسدة وجودة الحواف المتأصلة في القطع الهوائي غالبًا ما تلغي المزايا الأساسية للمعالجة بالليزر، مثل الدقة والقطع النظيف وتقليل متطلبات ما بعد المعالجة.

وبالتالي، يختار العديد من المصنعين، خاصةً أولئك الذين يعطون الأولوية للتشطيبات عالية الجودة أو الذين يعملون مع المواد المغلفة، طرق القطع البديلة. وعلى الرغم من أن القطع بالغاز المساعد بالنيتروجين أو الأكسجين أكثر تكلفة من حيث المواد الاستهلاكية، إلا أنه غالبًا ما يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل من خلال تقليل العمليات الثانوية والحفاظ على جودة الحواف الفائقة. بالنسبة للتطبيقات التي يكون فيها القطع بالهواء مناسبًا، يمكن أن يساعد تنفيذ معلمات العملية المناسبة، مثل سرعة القطع المحسّنة وقوة الليزر والموضع البؤري في التخفيف من بعض عيوبه.

قطع الأكسجين

لا يزال القطع بالأكسجين، المعروف أيضًا باسم القطع بالوقود الأوكسي أو القطع باللهب، أحد أكثر طرق القطع الحراري التقليدية والمستخدمة على نطاق واسع في تصنيع المعادن. وتكمن ميزتها الأساسية في فعاليتها من حيث التكلفة، خاصة لمعالجة صفائح الفولاذ الكربوني. إن التكلفة المنخفضة لغازات الوقود (عادةً الأسيتيلين أو البروبان) والأكسجين، بالإضافة إلى الإدارة المبسطة للمصنع بسبب التخلص من التغييرات المتكررة للغازات الإضافية، يجعلها خيارًا جذابًا للعديد من المصنعين.

تتفوق هذه العملية في قطع ألواح الفولاذ الكربوني السميك (حتى 300 مم أو أكثر) وتوفر قابلية جيدة لعمليات القطع في الموقع. وتعتمد هذه الطريقة على تفاعل كيميائي بين الأكسجين والمعدن الأساسي، مما يولد حرارة للحفاظ على عملية القطع.

ومع ذلك، فإن القطع بالأكسجين له قيود ملحوظة. ويتمثل العيب الأكثر أهمية في تكوين طبقة أكسيد على سطح القطع، والمعروفة باسم الشق. يمكن لطبقة الأكسيد هذه أن تؤثر سلبًا على العمليات اللاحقة، وخاصة اللحام. إذا تم لحام المكونات التي تحتوي على طبقة الأكسيد هذه مباشرة، فقد يؤدي الأكسيد إلى شوائب ومسامية في اللحام، مما قد يضر بسلامة الوصلة. وبمرور الوقت، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقشر جلد الأكسيد، مما يقلل من الجودة الإجمالية وطول عمر المنتج المصنّع.

ومن المثير للاهتمام أن وجود طبقة الأكسيد هذه يمكن أن يكون مفيدًا في بعض التطبيقات، مثل عند العمل مع الصفائح المجلفنة. تساهم طبقة الأكسيد في تحسين قابلية لحام هذه المواد، حيث يمكن أن تعمل كتدفق وتعزز ترطيب اللحام بشكل أفضل.

وللتخفيف من الآثار السلبية لطبقة الأكسيد في معظم التطبيقات، غالبًا ما يكون إعداد السطح بعد القطع ضروريًا. قد يشمل ذلك طرق التنظيف الميكانيكية مثل الطحن أو السفع بالخردق، أو المعالجات الكيميائية لإزالة الأكسيد قبل اللحام أو عمليات الربط الأخرى.

في بيئات التصنيع الحديثة، يتم استكمال القطع بالأكسجين أو استبداله بشكل متزايد بطرق أكثر دقة مثل القطع بالليزر أو البلازما، خاصةً بالنسبة للمواد الرقيقة أو عندما تكون هناك حاجة إلى دقة أعلى. ومع ذلك، تظل تقنية القطع بالأكسجين تقنية قيّمة في مجموعة أدوات تصنيع المعادن، خاصةً لقطع الألواح السميكة وفي السيناريوهات التي تفوق فيها مزاياها المحددة حدودها.

قطع النيتروجين

يُستخدم النيتروجين على نطاق واسع في عمليات القطع الدقيقة عالية السرعة، خاصةً بالنسبة للمواد الحساسة للأكسدة. وعلى عكس الأكسجين، الذي يعزز الاحتراق ويمكن أن يؤدي إلى تفاعلات كيميائية غير مرغوب فيها، يعمل النيتروجين كغاز خامل واقي أثناء عملية القطع. وتمنع هذه الوظيفة الوقائية تكوين طبقات الأكسيد على حواف القطع، مما يؤدي إلى تشطيب نظيف وعالي الجودة. وبالتالي، أصبح القطع بالنيتروجين الطريقة المفضلة لمعالجة ألواح الصلب المجلفن في العديد من التطبيقات الصناعية.

يوفر استخدام النيتروجين العديد من المزايا:

1. جودة حافة فائقة مع الحد الأدنى من تكوين الخبث
2. انخفاض التشوه الحراري بسبب انخفاض المدخلات الحرارية
3. تحسين تشطيب سطح القطع، مما يلغي في كثير من الأحيان الحاجة إلى عمليات ثانوية
4. الحفاظ على طلاء الزنك المجاور للقطع، والحفاظ على مقاومة التآكل

ومع ذلك، يمثل قطع النيتروجين أيضًا بعض التحديات:

1. يصبح الجزء المقطوع المكشوف، الخالي من طبقة الزنك الواقية، عرضة للتآكل. وهذا يستلزم اتخاذ تدابير إضافية للوقاية من الصدأ، مثل تطبيق الطلاءات الواقية أو أنظمة الحماية الكاثودية.
2. يمكن لمتطلبات المعالجات اللاحقة للقطع أن تعوض جزئيًا الفوائد الأولية لاستخدام الفولاذ المجلفن، مما قد يؤثر على فعالية تكلفة اختيار المادة.
3. عادةً ما يتطلب القطع بالنيتروجين عادةً ضغوط غاز ومعدلات تدفق أعلى مقارنةً بالقطع بالأكسجين، مما يؤدي إلى زيادة التكاليف التشغيلية.
4. قد تكون سرعة القطع للمواد الأكثر سمكًا أبطأ من القطع بالأكسجين، مما يؤثر على الإنتاجية لبعض التطبيقات.

ولتعظيم فوائد القطع بالنيتروجين للصلب المجلفن، غالبًا ما يقوم المصنعون بتنفيذ حلول متكاملة، مثل أنظمة طلاء الحواف المدمجة أو التخزين في بيئة خاضعة للرقابة للتخفيف من مخاطر التآكل مع الحفاظ على كفاءة الإنتاج.