كيف يعمل قاطع الليزر؟

.لماذا تُستخدم أشعة الليزر في القطع؟?

يُستخدم الليزر، وهو اختصار لعبارة "تضخيم الضوء بواسطة الانبعاث المحفز للإشعاع"، على نطاق واسع في مختلف المجالات. عند تطبيق الليزر على آلة القطع، نحصل على آلة قطع عالية السرعة، منخفضة التلوث، قليلة الاستهلاك، وذات منطقة تأثر حراري صغيرة. في الوقت نفسه، يمكن أن يصل معدل التحويل الكهروضوئي لآلة القطع بالليزر إلى ضعف معدل آلة القطع بثاني أكسيد الكربون، ويبلغ طول شعاع ليزر الألياف 1070 نانومتر، مما يمنحه معدل امتصاص أعلى، وهو ما يُعدّ ميزةً إضافية عند قطع الصفائح المعدنية الرقيقة. هذه المزايا تجعل من القطع بالليزر التقنية الرائدة في مجال قطع المعادن، والتي تُستخدم على نطاق واسع في صناعات التشغيل والتصنيع، ومن أبرز استخداماتها قطع الصفائح المعدنية، والقطع في صناعة السيارات، وغيرها.

كيف يعمل قاطع الليزر؟

أولاً: مبدأ المعالجة بالليزر

يُركّز شعاع الليزر في بقعة ضوئية صغيرة جدًا (قد يقل قطرها عن 0.1 مم). في رأس القطع بالليزر، يمر هذا الشعاع عالي الطاقة عبر عدسة خاصة أو مرآة منحنية، ويرتد في اتجاهات مختلفة، ثم يتجمع في النهاية على الجسم المعدني المراد قطعه. عند موضع القطع، ينصهر المعدن بسرعة، أو يتبخر، أو يُزال بالحرارة، أو يصل إلى نقطة اشتعال. يتبخر المعدن مُشكّلاً ثقوبًا، ثم يُرش تيار هواء عالي السرعة عبر فوهة محورية مع الشعاع. وبضغط هذا الغاز القوي، يُزال المعدن السائل، مُشكّلاً شقوقًا.

تستخدم آلات القطع بالليزر البصريات والتحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC) لتوجيه الشعاع أو المادة، وعادةً ما تستخدم هذه الخطوة نظام تحكم في الحركة لتتبع رمز CNC أو G للنمط المراد قطعه على المادة، وذلك لتحقيق قطع أنماط مختلفة.

ثانيًا: الطرق الرئيسية للمعالجة بالليزر

1) القطع بالليزر

تعتمد عملية القطع بالصهر الليزري على استخدام طاقة شعاع الليزر لتسخين وصهر المادة المعدنية، ثم رش غاز مضغوط غير مؤكسد (N2، هواء، إلخ) من خلال فوهة محورية مع الشعاع، وإزالة المعدن السائل بمساعدة ضغط الغاز القوي لتشكيل خط القطع.

تُستخدم تقنية القطع بالصهر الليزري بشكل أساسي لقطع المواد غير المؤكسدة أو المعادن التفاعلية مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والألومنيوم وسبائكها.

2) قطع الأكسجين بالليزر

مبدأ القطع بالليزر والأكسجين مشابه لمبدأ القطع بالأوكسي أسيتيلين. يستخدم الليزر كمصدر للتسخين المسبق، وغازًا نشطًا كالأكسجين كغاز للقطع. من جهة، يتفاعل الغاز المنبعث مع المعدن، مُولِّدًا كمية كبيرة من حرارة الأكسدة، تكفي لصهر المعدن. ومن جهة أخرى، تُقذف الأكاسيد المنصهرة والمعادن المنصهرة خارج منطقة التفاعل، مُحدثةً شقوقًا في المعدن.

يُستخدم القطع بالليزر والأكسجين بشكل أساسي للمواد المعدنية سريعة التأكسد مثل الفولاذ الكربوني. كما يُمكن استخدامه لمعالجة الفولاذ المقاوم للصدأ ومواد أخرى، إلا أن السطح الناتج يكون أسود وخشنًا، وتكلفته أقل من تكلفة القطع بالغاز الخامل.