كيفية الحصول على حافة لامعة ومصقولة عند قطع ألواح الصلب بالليزر؟

لتحقيق سطح قطع خالٍ من الأكسيد وعالي الانعكاس (يُعرف باسم "القطع ذو السطح اللامع") عند قطع ألواح الصلب بالليزر (عادةً ما تكون من الصلب الكربوني)، فإن المفتاح هو منع الأكسدة تمامًا أثناء عملية القطع.واستخدام معايير قطع مضبوطة بدقة لإزالة المادة المنصهرة تمامًا. ينتج عن القطع بالهواء العادي سطح خشن رمادي اللون مع طبقة أكسيد. وللحصول على سطح قطع لامع، اتبع الخطوات والمبادئ الأساسية التالية:

المبدأ الأساسي

إن جوهر القطع ذي السطح اللامع هو "القطع بالصهر" بدلاً من "القطع بالأكسدة".

القطع بالأكسدة (الهواء العادي): استخدام الأكسجين كغاز مساعد، تفاعل طارد للحرارة شديد بين الحديد والأكسجين (احتراق)، ينتج عنه كمية كبيرة من خبث أكسيد الحديد، سطح القطع خشن، رمادي أسود.

القطع بالصهر (القطع ذو التشطيب المرآوي): يستخدم غاز النيتروجين (N2) أو الأرجون (Ar) عالي النقاء كغاز مساعد. يُعزل الغاز الخامل عن الأكسجين، ويقوم الليزر بصهر المعدن فقط، ثم يقوم الغاز عالي الضغط بنفخ محلول المعدن النقي للحصول على سطح فضي لامع دون أكسدة.

العناصر والخطوات الأساسية لتحقيق قطع سطح لامع

1. الغاز المساعد: يجب استخدام غاز النيتروجين عالي النقاء

• متطلبات النقاء: ≥ 99.99% (عادةً 4 تسعات أو أعلى). قد يؤدي عدم كفاية النقاء إلى حدوث أكسدة طفيفة، مما يؤثر على جودة السطح.
• متطلبات الضغط: عالية جدًا. اعتمادًا على سُمك الصفيحة، عادةً ما يلزم ضغط ثابت يتراوح بين 15 و20 بار (حوالي 1.5 إلى 2.0 ميجا باسكال) أو حتى أعلى. يتطلب ذلك استخدام خزان نيتروجين سائل ذي تدفق عالٍ أو مولد نيتروجين، وهو ما لا يمكن تحقيقه بواسطة ضاغط هواء عادي.
• الوظيفة: إزالة المعدن المنصهر، تبريد خط القطع، عزل الأكسجين.

2. طاقة الليزر ونمطه: يتطلب طاقة عالية وشعاعًا عالي الجودة

• متطلبات الطاقة: يتطلب الحصول على قطع سطح لامع عادةً طاقة ليزر أعلى. على سبيل المثال، سيكون قطع سطح لامع من الفولاذ الكربوني بسمك 6 مم باستخدام ليزر بقوة 4000 واط أسهل وأكثر فعالية من قطع ألواح عادية بنفس السماكة. أما الطاقة غير الكافية فستؤدي إلى بطء سرعة القطع وتراكم الحرارة، مما سيؤثر سلبًا على جودة القطع.
• جودة الشعاع: يتميز الليزر أحادي النمط أو الليزر شبه أحادي النمط بكثافة طاقة أكثر تركيزًا وبقعة أصغر، مما يجعله أكثر سطوعًا في قطع الأسطح مقارنةً بالليزر متعدد الأنماط، مما يمنحه مزايا متأصلة، ويمكنه الحصول على مقطع أدق وأكثر سطوعًا.

3. معايير القطع: ضبط دقيق

يجب تحسين المعايير التالية بدقة وفقًا لظروف المعدات والغاز:

• سرعة القطع: بالمقارنة مع القطع بالأكسجين، ستنخفض السرعة بشكل ملحوظ. إذا كانت السرعة عالية جدًا، فلن يتم تنظيف المعدن المنصهر جيدًا، وسيبقى الخبث عالقًا في الخلف؛ أما إذا كانت السرعة منخفضة جدًا، فسيكون مدخل الحرارة مرتفعًا جدًا، وقد ترتفع درجة حرارة اللوح بشكل مفرط ويتغير لونه.

اختيار الفوهة وارتفاعها:

• قطر الفوهة: عادةً ما يتم اختيار قطر فوهة أكبر (مثل φ3 مم أو φ4 مم) للتكيف مع الضغط العالي والتدفق الكبير للنيتروجين لضمان استقرار تدفق الهواء وتغطيته للفتحة بأكملها.
• ارتفاع الفوهة: يجب التحكم فيه بدقة، وعادة ما يكون أعلى قليلاً مما هو عليه عند القطع بالأكسجين لتشكيل ستارة هوائية جيدة للحماية.
• موضع التركيز: عادة ما يتم ضبط التركيز على سطح اللوحة أو أسفلها قليلاً، ويجب تحديد أفضل موضع تجريبياً للحصول على أضيق وألمع شق.
• تعديل ذروة الطاقة/التردد: بالنسبة لبعض الألواح السميكة، يساعد استخدام وضع القطع النبضي المناسب في التحكم في مدخلات الحرارة للحصول على تأثير سطح لامع أفضل.

4. متطلبات مجلس الإدارة

• تنظيف السطح: سيؤثر الزيت والصدأ والطلاء الموجود على سطح اللوحة على فعالية القطع، ويجب تنظيفها مسبقًا.
• مادة موحدة: تؤدي المادة غير المتساوية إلى تأثيرات بريق غير متناسقة.

ملخص عملية التشغيل

1. التحضير:تأكد من استخدام النيتروجين عالي النقاء ونظام إمداد الغاز عالي الضغط. نظف سطح الصفيحة.

2. اختر الفوهة:قم بتركيب فوهة ذات قطر كبير مناسبة للقطع بالنيتروجين عالي الضغط (مثل φ3 مم).

3. ضبط المعلمات:اختر وضع "القطع بالنيتروجين" أو "القطع بسطح لامع" في برنامج التحكم بالقطع. أدخل نوع مادة الصفيحة (الفولاذ الكربوني) وسمكها.

4. النقاط الرئيسية لتعديل المرجع:

• تم ضبط غاز المساعدة على N2.
• يتم ضبط ضغط الغاز على نطاق الضغط العالي (على سبيل المثال، بالنسبة للفولاذ الكربوني 6 مم، جرب من 18 بار أولاً).
• قم بتقليل سرعة القطع بشكل كبير (قد يكون القطع بالأكسجين بسرعة تتراوح من 1/3 إلى 1/2).
• اضبط التركيز وارتفاع الفوهة بشكل مناسب.

5. القطع التجريبي والتحسين:استخدم أولاً رسومات صغيرة أو حواف قصاصات الورق للتجربة. قسم الملاحظات:

• إذا كان الجزء العلوي لامعًا، وكان الجزء السفلي أسود اللون أو يحتوي على خبث معلق: فقد يكون ذلك بسبب السرعة الزائدة أو عدم كفاية ضغط الهواء.
• إذا كان القسم بأكمله أصفر اللون أو مؤكسدًا: فإن نقاء النيتروجين غير كافٍ أو أن الضغط منخفض جدًا، ويختلط الأكسجين به.
• إذا لم يكن القطع شفافًا أو كان الخبث ملتصقًا بشدة: فقد يكون السبب هو عدم كفاية الطاقة، أو السرعة الزائدة، أو أن موضع التركيز خاطئ.

6. قص الشعر الرسمي:بعد الانتهاء من تحسين المعلمات، يتم إجراء القطع الرسمي.

الاعتبارات والقيود

• تكلفة أعلى:يتم استهلاك كمية كبيرة من النيتروجين عالي النقاء، وسرعة القطع بطيئة، وتكلفة الوحدة أعلى بكثير من تكلفة القطع بالأكسجين.
• حد السماكة:يتراجع تأثير السطح اللامع مع زيادة السماكة. وعادةً ما يكون الأداء الأمثل على ألواح الفولاذ الكربوني متوسطة السماكة والرقيقة (1-12 مم). وعندما تتجاوز سماكة اللوح قدرة الجهاز، يصعب الحصول على سطح لامع مثالي.
• متطلبات المعدات:تتطلب قوة الليزر وجودة الشعاع واستقرار الجهاز ونظام إمداد الغاز متطلبات أعلى.
• التطبيق الرئيسي:تُستخدم هذه التقنية لتلبية متطلبات الجودة المتعلقة بالمظهر واللحام والرش لقطعة العمل، مثل ألواح المصاعد والأجزاء الميكانيكية الدقيقة وأجزاء المظهر، وما إلى ذلك، لتجنب عملية الطحن اللاحقة.

ببساطة، لقطع السطح اللامع، تذكر العناصر الثلاثة: النيتروجين عالي الضغط وعالي النقاء، والطاقة العالية والشعاع الجيد، ومعايير الضبط الدقيق منخفضة السرعة.يوصى بالحصول على جدول معلمات أساسي لطراز وسمك محددين من الشركة المصنعة للمعدات واستخدام هذا كأساس للضبط الدقيق في الموقع.