أنظمة قطع الأنابيب بالليزر: تحليل التقنيات الرئيسية

تُستخدم الأنابيب المعدنية على نطاق واسع في صناعات متنوعة، بما في ذلك صناعة الطيران، وآلات البناء، وصناعة السيارات، والبتروكيماويات، والمعدات الزراعية. وتتطلب التطبيقات المختلفة قطعًا بأشكال وأحجام متنوعة لتلبية الاحتياجات المتنوعة لهذه الصناعات.

تتميز تقنية معالجة الليزر بقدرتها بشكل خاص على العمل مع أنواع مختلفة من الأنابيب المعدنية. قطع الأنابيب بالليزر تتميز الأنظمة بمرونتها العالية وأتمتتها، مما يسمح بإنتاج دفعات صغيرة من مواد وأنواع مختلفة من المنتجات.

مقدمة عن نظام قطع الأنابيب بالليزر

نظام توجيه الشعاع وتركيزه

يوجه نظام توجيه وتركيز الشعاع شعاع الليزر المنبعث من المولد إلى بصريات تركيز رأس القطع. لقطع أنبوب الليزر، يتطلب تحقيق شق عالي الجودة شعاع ليزر مُركزًا بقطر صغير وقوة عالية، مما يستلزم إخراج وضع منخفض الترتيب من مولد الليزر.

للحصول على قطر شعاع مُركّز أصغر أثناء قطع الأنابيب بالليزر، يجب تشغيل الليزر في وضع عرضي منخفض الدرجة، ويفضل أن يكون الوضع الأساسي. رأس القطع في جهاز القطع بالليزر مُزوّد بعدسة تركيز، مما يسمح بتركيز شعاع الليزر في نقطة صغيرة، مما يُتيح قطعًا عالي الجودة للأنابيب.

التحكم في مسار رأس القطع

في قطع الأنابيب بالليزرعادةً ما تكون قطعة العمل سطحًا منحنيًا مكانيًا معقدًا. قد تُشكّل طرق البرمجة التقليدية تحديات، مما يتطلب من المُشغّلين اختيار مسار المعالجة الصحيح ونقاط المرجع المناسبة بناءً على متطلبات العملية.

يُسجِّل نظام التحكم الرقمي تغذية كل محور وإحداثيات نقاط المرجع. وتُستخدَم وظائف الاستيفاء المكاني الخطي والدائري لنظام القطع بالليزر لتسجيل الإحداثيات أثناء العملية وإنشاء برنامج التشغيل.

التحكم التلقائي في موضع بؤرة القطع بالليزر

يُعدّ التحكم في موضع بؤرة القطع بالليزر عاملاً حاسماً يؤثر على جودة القطع. ومن التقنيات الرئيسية في قطع أنابيب الليزر الحفاظ على موضع البؤرة عمودياً على سطح قطعة العمل من خلال أجهزة قياس وتحكم آلية.

بفضل التحكم المتكامل في موضع تركيز الليزر والمحاور الخطية (XYZ) لنظام معالجة الليزر، أصبحت حركة رأس القطع بالليزر أكثر مرونة ودقة، مما يمنع الاصطدامات مع الأنبوب الذي يتم قطعه أو الأشياء الأخرى أثناء المعالجة.

تأثير معلمات العملية الرئيسية

تأثير قوة الليزر

بالنسبة لمولدات الليزر ذات الموجة المستمرة، تؤثر قوة الليزر بشكل كبير على عملية القطع. نظريًا، تسمح قوة الليزر الأعلى بسرعات قطع أعلى.

مع ذلك، بالنظر إلى الخصائص المحددة للأنابيب، فإن أقصى قوة قطع ليست الخيار الأمثل دائمًا. فمع زيادة قوة القطع، يتغير وضع الليزر أيضًا، مما يؤثر على تركيز شعاع الليزر.

من الناحية العملية، غالبًا ما نختار إعداد طاقة أقل من الحد الأقصى لضمان أعلى كثافة طاقة في نقطة التركيز، وبالتالي ضمان الكفاءة والجودة في القطع بالليزر.

تأثير سرعة القطع

لتحقيق جودة قطع جيدة، يجب أن تكون سرعة القطع ضمن نطاق معين. إذا كانت السرعة بطيئة جدًا، تتراكم الحرارة الزائدة على سطح الأنبوب، مما يؤدي إلى توسيع المنطقة المتأثرة بالحرارة، واتساع الشق، وحرق حواف القطع، مما يؤدي إلى خشونتها.

تؤدي زيادة السرعة إلى تقليل متوسط عرض الشق حول محيط الأنبوب، ويكون هذا التأثير أكثر وضوحًا مع أقطار الأنابيب الأصغر.

مع زيادة السرعة، يقصر زمن تفاعل الليزر، مما يقلل إجمالي الطاقة التي يمتصها الأنبوب، وينخفض درجة الحرارة في مقدمة الأنبوب، ويضيق عرض الشق. إذا كانت السرعة عالية جدًا، فقد تحدث قطع غير مكتملة أو كسور، مما يؤثر على جودة القطع الإجمالية.

تأثير قطر الأنبوب

عند قطع الأنابيب بالليزر، تؤثر خصائص الأنابيب نفسها بشكل كبير على العملية. على سبيل المثال، يؤثر حجم قطر الأنبوب الدائري بشكل كبير على جودة القطع.

أظهرت الدراسات التي أجريت على قطع الأنابيب الفولاذية ذات الجدران الرقيقة بدون لحامات باستخدام الليزر أنه مع وجود معلمات عملية ثابتة فإن زيادة قطر الأنبوب تؤدي إلى شق أوسع.

نوع وضغط الغاز المساعد

بالنسبة لقطع الأنابيب غير المعدنية وبعض الأنابيب المعدنية، يمكن استخدام الهواء المضغوط أو الغازات الخاملة (مثل النيتروجين) كغازات مساعدة، بينما بالنسبة لمعظم الأنابيب المعدنية، تكون الغازات النشطة (مثل الأكسجين) هي المفضلة.

بعد اختيار نوع غاز المساعدة، يُعدّ تحديد ضغطه أمرًا بالغ الأهمية. يُعدّ الضغط العالي ضروريًا عند قطع الأنابيب رقيقة الجدران بسرعات عالية لمنع التصاق الخبث بحواف القطع.

على العكس من ذلك، عند قطع جدران أكثر سمكًا أو بسرعات منخفضة، يجب خفض ضغط غاز المساعدة لتجنب القطع غير المكتمل. كما أن موضع بؤرة شعاع الليزر أثناء قطع الأنابيب أمر بالغ الأهمية.

يجب أن تكون نقطة التركيز بشكل عام على سطح الأنبوب الذي يتم قطعه؛ عندما يكون في الوضع الأمثل، يتم تقليل الشق إلى الحد الأدنى، وتعظيم كفاءة القطع، وتحقيق أفضل نتائج القطع.