مراقبة جودة القطع بالليزر: العوامل الرئيسية والحلول

جودة القطع بالليزر يخضع تحقيق آلات القطع بالليزر لعوامل متعددة، مما يجعله تفاعلًا معقدًا. يكمن جوهر عملية القطع بالليزر في التفاعل بين شعاع الليزر والمواد المقطوعة، والذي يُصنف إلى ظاهرتين رئيسيتين: مجهرية وكبرى.

تتعمق الظواهر المجهرية في عمليات التفاعل الكمي المعقدة التي تحدث أثناء تفاعل الليزر مع المادة. أما الظواهر العيانية فتشمل امتصاص المادة، وانعكاسها، وانكسارها، بالإضافة إلى تحويل الطاقة ونقل أشعة الليزر.

إلى جانب الخصائص الجوهرية للمادة المُعالجة، تؤثر العوامل المتعلقة بالأجهزة أيضًا على جودة القطع. لنستكشف هذه العوامل معًا.

أهمية مراقبة الجودة

لمراقبة الجودة دورٌ لا غنى عنه في عالم الأعمال. فمن خلال أخذ العينات ومراقبة العمليات، يُمكن للمؤسسات تحسين أدائها. وينطبق الأمر نفسه على عملية القطع بالليزر. ولكن، يُطرح السؤال: كيف يُمكن قياس جودة قطع المعادن بالليزر؟

في النصوص السابقة، أكدنا على أهمية تحسين معايير القطع بالليزر، أي إجراء الصيانة الوقائية لقاطع الليزر. عند استخدام قواطع ليزر جيدة وعالية الجودة، يقل احتمال حدوث أي تشوهات في عملية القطع إلى أدنى حد. ومع ذلك، ينبغي الانتباه إلى مؤشرات الأداء الرئيسية (KPI) المهمة الأخرى التي تُقدم تغذية راجعة حول مستوى جودة القطع بالليزر.

معايير القطع بالليزر

نظراً لأن جزءاً كبيراً من الأعمال والعمليات في المؤسسات اليوم مُوَحَّد ومُوَحَّد، فقد وُضِعَت معايير تُحدِّد معايير جودة القطع بالليزر. يُحدِّد معيار ISO DIN EN ISO 9013:2002 متطلبات القطع بالليزر وأنواع القطع الحراري الأخرى. وينص المعيار على التحكم في معايير القطع التالية:

• المعدن المنصهر
• شق القطع
• ثقب القطع
• خطوط القطع
• خشونة

معايير مراقبة الجودة

• تكوين المعدن المنصهر - عادةً ما يتم التحكم في هذه المعلمة بالفحص البصري للمعدن المراد تقطيعه. تشير المعلومات المُستقاة من الفحص إلى تركيز شعاع الليزر أو عدسة قاطع الليزر.

• شقّ القطع - وهو معيار يعتمد على المادة المقطوعة، ويُحدَّد بتفاوت التسامح لكل معدن. تُشير المعلومات المُحصَّلة من فحص الشقّ إلى مدى اختراق شعاع الليزر للمعدن.

• الثقب: يحدث ثقب المعدن نتيجةً للتآكل، وقد يُؤثر سلبًا على جودة القطع. عادةً ما يُفحص هذا العامل بصريًا ويُوصف نوعيًا.

• خطوط القطع - تُحدَّد خطوط القطع أثناء القطع بالليزر بسرعة قطع كل موضع. يُفحص هذا المعيار بصريًا أيضًا، وتشير المعلومات المُقدَّمة من خلال الفحص إلى ضرورة ضبط معلمات القطع من حيث القوة والسرعة.

• الخشونة - عامل يؤثر على الحاجة إلى معالجة إضافية للمواد بعد القطع بالليزر. تُحدد الخشونة بناءً على سُمك المادة المراد قطعها.

يمكن تحسين جودة القطع بالليزر من خلال الصيانة الدورية لقاطعة الليزر وضبط معايير القطع بدقة. ورغم أن مراقبة الجودة وتحسين المعايير يلعبان دورًا محوريًا، إلا أنهما يُمثلان خطوات أولية نحو تحقيق أفضل نتائج القطع. وتعتمد فعالية مراقبة الجودة على تنفيذ سلسلة من عمليات القطع.

عند إجراء عدة قطع متطابقة، يصبح التحكم الدقيق في المعلمات أمرًا ضروريًا لمنع تكرار الأخطاء في السلسلة. وبالتالي، تضمن المراقبة والتعديل المستمر للمعلمات عمليات قطع متسقة وخالية من الأخطاء.

العوامل المؤثرة على جودة القطع بالليزر لآلات القطع بالليزر

خصائص الشعاع:

هناك علاقة وثيقة بين عرض شق القطع بالليزر وقطر نقطة التركيز. ونظرًا لارتباط كثافة الطاقة وكثافة الطاقة لإشعاع الليزر بقطر نقطة التركيز، يجب أن يكون قطر نقطة التركيز أصغر ما يمكن عند استخدام الليزر في القطع.

قوة الليزر:

تؤثر قوة الليزر بشكل مباشر على سُمك الصفيحة الفولاذية القابلة للقطع. كلما زادت القوة، زاد سُمك المادة القابلة للقطع. كما تؤثر على دقة أبعاد قطعة العمل، وعرض خط القطع، وخشونة سطح القطع، وعرض منطقة التأثر بالحرارة.

لقوة الليزر تأثير كبير على سرعة القطع، وعرض اللحامات، وسمك القطع، وجودة القطع. ويُحدد مستوى القوة بخصائص المادة وآلية القطع. وتتطلب المواد ذات درجات الانصهار العالية (مثل السبائك) وانعكاسية السطح العالية (مثل النحاس والألومنيوم) قوة ليزر أعلى.

على سبيل المثال، لا تستطيع آلة قطع الصفائح المعدنية بالليزر الليفي بقدرة 1500 واط تحقيق نتائج مماثلة لآلة قطع الليزر بقدرة 6000 واط. في كثير من الأحيان، إذا لم تكن نتيجة القطع مثالية، فمن المرجح أنك اخترت طراز الليزر الخاطئ.

في عمليات القطع بالليزر، تُستخدم طاقة ليزر لتحقيق أفضل جودة قطع. في حال عدم اكتمال القطع أو انسكاب الخبث، قد تحدث ظاهرة عدم اكتمال القطع أو انسكاب الخبث. أما في حال تجاوز هذه الطاقة، فقد ترتفع درجة حرارة الليزر.

سرعة القطع بالليزر:

لسرعة القطع تأثير كبير على جودة القطع. تُنتج سرعة القطع المثالية خطًا أملسًا نسبيًا على سطح القطع، ومقطعًا عرضيًا ناعمًا للمادة، وخاليًا من النتوءات. عند ثبات ضغط الغاز المساعد وقوة الليزر، تنشأ علاقة عكسية غير خطية بين سرعة القطع وعرض خط التماس. إذا كانت سرعة القطع بطيئة جدًا، فمن السهل أن يُسبب ذلك فرط انصهار المادة، ويتسع خط التماس، وتزداد المنطقة المتأثرة بالحرارة، بل وحتى فرط انصهار قطعة العمل. قد يؤدي القطع بسرعة كبيرة إلى فشل المادة في القطع، مما يؤدي إلى تناثر الشرر، وتكوّن الخبث في النصف السفلي، وحتى حرق العدسة.

الفوهات:

يمكن أن تؤثر فتحة الفوهة والمسافة بين مخرج الفوهة وسطح المادة على تأثير القطع.

موضع التركيز:

يؤثر موضع التركيز بشكل مباشر على عرض الشق، وخشونة المقطع العرضي، ومدى التصاق بقايا النفايات. ويؤدي اختلاف مواضع التركيز إلى اختلاف أقطار الشعاع وأعماقه على سطح المادة المعالجة، مما يؤدي إلى تغيرات في شكل خط القطع، ويؤثر على تدفق الغاز المعالج والمعدن المنصهر داخل المقطع العرضي.

موضع التركيز هو المسافة بين بؤرة الليزر وسطح قطعة العمل، ويؤثر بشكل مباشر على خشونة سطح القطع، وميل وعرض خط القطع، وحالة التصاق البقايا المنصهرة. إذا كان موضع التركيز متقدمًا جدًا، فسيؤدي ذلك إلى زيادة الحرارة التي يمتصها الطرف السفلي من قطعة العمل المراد قطعها.

عند سرعة قطع معينة وضغط هواء مساعد، ستتدفق المادة المقطوعة والمادة المنصهرة بالقرب من خط القطع في حالة سائلة على السطح السفلي. بعد التبريد، تلتصق المادة المنصهرة بالسطح السفلي لقطعة العمل بشكل كروي. إذا تأخر هذا الوضع، ستنخفض الحرارة التي يمتصها السطح السفلي للمادة المقطوعة، مما يمنع المادة في خط القطع من الذوبان تمامًا، وستلتصق بعض البقايا الحادة والقصيرة بالسطح السفلي للوح.

عادةً، يجب أن يكون موضع التركيز على سطح قطعة العمل أو أقل قليلاً، ولكن تختلف متطلبات المواد المختلفة. عند قطع الفولاذ الكربوني، تكون جودة القطع أفضل عند تركيز التركيز على سطح الصفيحة. أما عند قطع الفولاذ المقاوم للصدأ، فيجب أن يكون التركيز حوالي نصف سُمك الصفيحة للحصول على نتائج أفضل.

الغاز المساعد:

تتطلب عملية قطع المواد استخدام الغاز المساعد، وخاصة ضغط الغاز ونوع الغاز، وكلاهما يمكن أن يؤثر على خشونة قسم القطع وتوليد الخبث.

في عمليات القطع بالليزر، يلعب ضغط الهواء المساعد دورًا في نفخ الخبث، وتبريد المواد، ومساعدة الاحتراق. تشمل الغازات المساعدة الأكسجين، والهواء المضغوط، والنيتروجين، والغازات الخاملة.

يمكن للأكسجين أن يشارك في احتراق المعدن ويحسن كفاءة القطع، مما يجعله مناسبًا لقطع معظم المعادن؛ الغازات الخاملة والهواء مناسبة لقطع بعض المواد المعدنية (مثل سبائك الألومنيوم) والمواد غير المعدنية، مما يمكن أن يمنع احتراق المواد.

إذا كان ضغط الغاز المساعد مرتفعًا جدًا، فستظهر تيارات إيدي على سطح المادة، مما يُضعف قدرة إزالة المواد المنصهرة، ويؤدي إلى اتساع خط القطع وخشونة سطح القطع. أما إذا كان ضغط الهواء منخفضًا جدًا، فلن تتمكن المادة المنصهرة من النفخ تمامًا، وسيلتصق الخبث بالسطح السفلي للمادة. لذلك، يجب ضبط ضغط الغاز المساعد أثناء القطع للحصول على أفضل جودة قطع.

حلول عالية الجودة لقطع الليزر لآلة قطع الألياف بالليزر

1. إعدادات الطاقة المثاليةيُعد ضبط إعدادات طاقة الليزر وفقًا لنوع المادة وسمكها أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق قطع نقي ودقيق. ويضمن الضبط الدقيق لمعلمات الطاقة معالجةً فعّالة للمواد دون التسبب في مناطق متأثرة بالحرارة الزائدة أو حواف خشنة.
2. ضبط التركيز:التركيز الصحيح لشعاع الليزر ضروري للحفاظ على جودة القطع. معايرة وضبط موضع التركيز بانتظام يضمن جودة شعاع الليزر وأداء القطع الأمثل.
3. اختيار الغاز والتحكم في الضغطاختيار غاز المساعدة المناسب (مثل الأكسجين، أو النيتروجين، أو الهواء) والتحكم في ضغطه يُزيل المواد المنصهرة بفعالية من الشق، ويمنع الأكسدة أثناء القطع. يُسهم اختيار الغاز المناسب وضبط ضغطه في تحسين جودة الحافة وتقليل تكوّن الشوائب.
4. صيانة الفوهة والعدسةيُعدّ التنظيف والفحص الدوري لفوهات القطع وعدسات التركيز أمرًا أساسيًا لمنع تراكم الشوائب والحفاظ على جودة الشعاع. استبدل المكونات البالية أو التالفة فورًا لضمان أداء قطع ثابت.
5. تكنولوجيا رأس القطع المتقدمة:يمكن أن يؤدي الترقية إلى رؤوس القطع المجهزة بميزات متقدمة مثل ضبط البعد البؤري التلقائي وحماية الاصطدام والمراقبة في الوقت الفعلي إلى تعزيز دقة القطع والإنتاجية.
6. التحكم الديناميكي في الشعاع:إن تنفيذ تقنيات التحكم الديناميكي في الشعاع، مثل تشكيل الشعاع وتذبذب الشعاع، يسمح بالتحكم الدقيق في توزيع شدة شعاع الليزر ويحسن جودة القطع، خاصة في الهندسة المعقدة والزوايا الضيقة.
7. مناولة المواد والتثبيت:تساعد تقنيات التعامل مع المواد والتثبيت المناسبة على تقليل الاهتزاز وتشويه المواد أثناء القطع، مما يؤدي إلى قطع أكثر سلاسة وتحسين دقة الأبعاد.
8. معلمات القطع المُحسّنة:إن الضبط الدقيق لمعلمات القطع مثل سرعة القطع والتسارع ومحاذاة الشعاع بناءً على خصائص المواد ومتطلبات القطع يمكن أن يعزز جودة القطع وكفاءتها بشكل كبير.
9. أنظمة ضمان الجودة:إن تنفيذ أنظمة ضمان الجودة مثل المراقبة في الوقت الفعلي والكشف التلقائي عن العيوب وآليات التغذية الراجعة يضمن جودة قطع متسقة وموثوقة طوال عملية الإنتاج.

من خلال تنفيذ هذه الحلول، يمكن للمشغلين تحسين أداء آلات القطع بالليزر الليفي وتحقيق جودة قطع متفوقة عبر مجموعة واسعة من المواد والتطبيقات.