كيفية اختيار ضاغط هواء لولبي خاص لماكينة القطع بالليزر

2026-08-05

كيفية اختيار ضاغط هواء لولبي خاص لماكينة القطع بالليزر

تعتمد عملية القطع بالليزر على استخدام خصائص كثافة الطاقة العالية لشعاع الليزر، حيث يتقارب الليزر إلى بقعة صغيرة من الضوء، مما يؤدي إلى تسخين المادة بسرعة، بحيث تصل إلى نقطة الغليان بعد التبخر لتشكيل ثقب، ثم عن طريق تحريك شعاع الليزر على سطح المادة لإنشاء شق، وإكمال عملية قطع الجسم المراد معالجته.

يُعد القطع بالليزر أحد أساليب القطع الحراري، والتي يمكن تقسيمها إلى قطع التغويز بالليزر، وقطع الصهر بالليزر، وقطع الصهر بمساعدة الأكسجين بالليزر، وقطع الكسر المتحكم فيه.

مبدأ عمل القطع بالليزر

بالمقارنة مع طرق القطع الأخرى، يتميز القطع بالليزر بسرعة القطع العالية والجودة الفائقة. ويمكن تلخيص ذلك في الجوانب التالية:

(1) يكون شق القطع بالغاز الليزري ضيقًا، ويكون جانبا الشق متوازيين وعموديين بشكل جيد مع السطح.

(2) جودة قطع جيدة. نظرًا لصغر حجم بقعة الليزر، وارتفاع كثافة الطاقة، وسرعة القطع، فإن القطع بالليزر يحقق جودة قطع أفضل.

(3) سطح القطع ناعم وجميل، حتى كعملية معالجة نهائية، بدون معالجة ميكانيكية، يمكن استخدام الأجزاء مباشرة.

(4) سرعة القطع، على سبيل المثال: قطع ليزر 2500 واط للوحة فولاذية كربونية مدرفلة على البارد بسمك 1 مم، سرعة القطع تصل إلى 16-19 متر/دقيقة.

(5) القطع بدون تلامس، فوهة القطع بالليزر وقطعة العمل بدون تلامس، لا يوجد تآكل للأداة.

(6) بعد القطع بالليزر، يكون عرض المنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرًا جدًا، ولا تتأثر خصائص المادة بالقرب من الشق تقريبًا، ويكون تشوه قطعة العمل ضئيلًا، وتكون دقة القطع عالية. للاطلاع على مقارنة سرعة القطع بالليزر مع طرق القطع الأخرى، انظر الجدول أدناه، وذلك لقطع ألواح الفولاذ منخفض الكربون.

مقارنة سرعة القطع لعدة طرق قطع:

أولاً، للتقدم في اتجاه الطاقة العالية والدقة العالية والمساحة الكبيرة

شهدت تكنولوجيا آلات القطع بالليزر المحلية في السنوات الأخيرة تطوراً ملحوظاً، نحو إنتاج آلات ذات قدرة عالية ودقة فائقة وتغطية مساحات واسعة. وفي سياق التصنيع الذكي في الصين، أظهر القطاع الصناعي تحولاً من عمليات التصنيع التقليدية إلى التصنيع المتطور، ومن المتوقع أن يشهد سوق القطع بالليزر في الصين نمواً متسارعاً.

ثانياً، استحوذ سوق معدات القطع بالليزر على 39%

في عام 2019، ورغم نمو سوق الليزر، بدأ معدل النمو بالتباطؤ مقارنةً بالعامين السابقين. وبلغت إيرادات مبيعات معدات الليزر في جميع المجالات (بما في ذلك الواردات) 65.8 مليار يوان، بزيادة قدرها 8.8% على أساس سنوي. ونظرًا لتأثرها بعدم استقرار التوجهات الاقتصادية العالمية، يُتوقع أن تبلغ إيرادات مبيعات سوق معدات الليزر في الصين عام 2020 نحو 64.5 مليار يوان، مسجلةً بذلك أول انخفاض في النمو منذ ما يقرب من عقد، إلا أن آفاقها لا تزال واعدة، وقيمتها الإجمالية ليست ضئيلة.

في سوق معدات الليزر الصناعية، يعد قطع الليزر هو الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، حيث يمثل 39٪، ويأتي وضع العلامات واللحام في المرتبتين الثانية والثالثة، حيث يمثلان 19٪ و 12٪ على التوالي.

ثالثًا، الهواء المضغوط في مجال تطبيق القطع بالليزر

تستطيع آلة القطع بالليزر تلبية متطلبات قطع مختلف المواد والأشكال المعقدة، وبالإضافة إلى الحاجة إلى توفير ليزرات عالية الطاقة، يُعد الغاز المساعد عنصرًا أساسيًا لإتمام عملية القطع. يتكون الغاز المساعد المستخدم في القطع بالليزر بشكل رئيسي من الأكسجين (O2) والنيتروجين (N2) والهواء المضغوط. يُعد الهواء المضغوط أكثر توفرًا من الأكسجين والنيتروجين، كما أنه أرخص بكثير منهما، ولذا فإن استخدامه كغاز مساعد للقطع شائع جدًا.

تؤثر جودة الهواء المضغوط بشكل مباشر على جودة قطع المعادن بالليزر، حيث يؤثر حجم واستقرار ضغط الغاز على دقة القطع. عند اختيار ضاغط الهواء المساعد المناسب لماكينة قطع الليزر، يجب أن يعتمد ذلك بشكل أساسي على تصميم رأس القطع بالليزر المستخدم، وضغط الغاز المساعد، وحجم الفوهة، لضمان التوافق الأمثل بين ضاغط الهواء وماكينة قطع الليزر.

مقارنة بين القطع بالليزر باستخدام غازات مساعدة مختلفة

تعتمد عملية القطع بالليزر على اختيار غاز القطع المناسب، وذلك تبعاً لنوع مادة لوحة القطع. ويؤثر نوع غاز القطع وضغطه بشكل كبير على جودة القطع بالليزر.

تستخدم عملية القطع بالليزر عادةً غازات مساعدة مثل الأكسجين (O2) والنيتروجين (N2) والهواء المضغوط، وأحيانًا يُستخدم الأرجون (Ar). ويمكن تقسيم الغازات حسب ضغطها إلى غازات ذات ضغط عالٍ وغازات ذات ضغط منخفض.

تشمل وظائف الغاز المساعد المستخدم في القطع بالليزر بشكل أساسي: الاحتراق وتبديد الحرارة، والتخلص الفوري من بقايا القطع المنصهرة، ومنع ارتدادها إلى الفوهة، وحماية عدسة التركيز، وغيرها. ويختلف اختيار الغاز المساعد باختلاف المواد المراد قطعها، وقوة ماكينة القطع بالليزر، وعملية القطع. وفيما يلي خصائص واستخدامات ونطاق تطبيق أنواع مختلفة من الغازات المساعدة:

(1) يُستخدم الأكسجين (O2) بشكل أساسي لقطع الفولاذ الكربوني. تُعزز حرارة التفاعل الكيميائي بين الأكسجين والحديد انصهار المعدن الماص للحرارة، مما يُحسّن كفاءة القطع بشكل كبير، ويُمكّن من قطع مواد أكثر سمكًا، ويُحسّن بشكل ملحوظ قدرة معالجة آلة القطع بالليزر. ولكن في الوقت نفسه، وبسبب وجود الأكسجين، تتكون طبقة أكسيد واضحة على السطح النهائي للقطع، مما يُؤثر على صلابة المادة المحيطة بسطح القطع، ويُحسّن صلابة هذا الجزء من المادة، ويؤثر بشكل ما على المعالجة اللاحقة. يكون السطح النهائي للمادة المقطوعة بالأكسجين أسود أو أصفر داكن. تُستخدم عادةً تقنية القطع بالأكسجين لألواح الفولاذ الكربوني، والحفر، والقطع تحت ضغط منخفض.

(2) الأرجون (Ar): الأرجون غاز خامل، يمنع الأكسدة والنترجة في القطع بالليزر، ويمكن استخدامه أيضًا في عمليات الذوبان. إلا أن سعر غاز الأرجون أعلى من سعر النيتروجين، مما يجعل القطع بالليزر باستخدام الأرجون غير مجدٍ اقتصاديًا. يُستخدم القطع بالأرجون بشكل أساسي للتيتانيوم وسبائكه، وتكون نهايات القطع بيضاء.

(3) الهواء المضغوط: يمكن توفير الهواء المضغوط مباشرةً بواسطة ضواغط الهواء. بالمقارنة مع الأكسجين والنيتروجين، فهو سهل الحصول عليه ورخيص جدًا. على الرغم من أن الهواء يحتوي على حوالي 20% فقط من الأكسجين، إلا أن كفاءة القطع أقل بكثير من القطع بالأكسجين، ولكن قدرة القطع قريبة من قدرة القطع بالنيتروجين، بل إن كفاءة القطع بالهواء أعلى قليلاً من القطع بالنيتروجين. يكون لون السطح النهائي للقطع بالهواء أصفر. عندما لا يكون هناك شرط صارم بشأن لون سطح المادة المقطوعة، يُعد الهواء المضغوط الخيار الأكثر اقتصادية وعملية بدلاً من القطع بالنيتروجين.

(4) النيتروجين (N2): عند استخدام النيتروجين كغاز مساعد للقطع، فإنه يُشكّل غلافًا واقيًا حول المعدن المنصهر لمنع أكسدته، وتجنب تكوّن طبقة الأكسدة، وبالتالي تحقيق قطع خالٍ من الأكسدة. ولكن في الوقت نفسه، نظرًا لأن النيتروجين لا يتفاعل كيميائيًا مع المعدن، فلا توجد حرارة ناتجة عن التفاعل، وبالتالي فإن قدرة القطع ليست بجودة الأكسجين، كما أن استهلاك النيتروجين في القطع بالنيتروجين أكبر بعدة مرات من الأكسجين، مما يجعل تكلفة القطع أعلى. يتميز سطح القطع الخالي من الأكسدة بإمكانية الصهر المباشر، والتلميع، ومقاومة عالية للتآكل، وسطح القطع أبيض. يُستخدم النيتروجين عادةً في قطع الفولاذ المقاوم للصدأ، والصفائح المجلفنة، والألومنيوم، وألواح سبائك الألومنيوم، والنحاس الأصفر، وغيرها من المواد، مع ضغط منخفض للثقب، وضغط عالٍ للقطع. عند القطع بالنيتروجين، يؤثر تغير تدفق الغاز بشكل كبير على عملية القطع. ولضمان ضغط غاز القطع، من الضروري ضمان تدفق كافٍ للغاز.

يبلغ سعر النيتروجين السائل في السوق حاليًا حوالي 1400 يوان للطن، ويُستخدم النيتروجين السائل في عمليات القطع بالليزر في خزانات دوفا. يبلغ حجم الخزان الواحد عادةً 120 كيلوغرامًا، وسعر الكيلوغرام الواحد يزيد عن 3 يوانات، لذا يُحسب السعر بناءً على 1400 يوان للطن.

١٢٠ × ١٫٤ = ١٦٨ يوانًا، والكثافة النوعية للنيتروجين في الحالة القياسية هي ١٫٢٥ كجم/م³، لذا فإن الحد الأقصى لاستخدام النيتروجين السائل في خزان ديوار هو حوالي ١٢٠ / ١٫٢٥ = ٩٦ م³، وتكلفة النيتروجين لكل م³ هي ١٦٨ / ٩٦ = ١٫٧٥ يوانًا/م³

إذا تم استخدام ضاغط هواء محلي الصنع لتوفير 16 بار من الهواء المضغوط و 1.27 متر مكعب في الدقيقة، فإن طاقة الإدخال للحمل الكامل لهذا النوع من ضواغط الهواء هي 13.4 كيلو واط.

تُحسب تكلفة الكهرباء الصناعية بسعر 1.0 يوان/درجة، وبالتالي فإن تكلفة الهواء لكل متر مكعب هي: 13.4 × 1.0 / (1.27 × 60) = 0.176 يوان/م³. وبناءً على الاستهلاك الفعلي للغاز بمعدل 0.5 م³ في الدقيقة، تعمل آلة القطع بالليزر 8 ساعات يوميًا، فإن التكلفة اليومية الموفرة من القطع بالهواء مقارنةً بالقطع بالنيتروجين هي: (1.75 - 0.176) × 8 × 60 × 0.5 = 378 دولارًا. إذا عملت آلة القطع بالليزر 300 يومًا في السنة، فإن تكلفة الغاز التي يمكن توفيرها سنويًا تبلغ: 378 × 300 = 113,400 يوان. لذلك، يُعد استخدام الهواء المضغوط بدلًا من القطع بالنيتروجين اقتصاديًا وعمليًا للغاية.

شهدت تكنولوجيا آلات القطع بالليزر المحلية في السنوات الأخيرة تطوراً ملحوظاً، واتجهت نحو إنتاج آلات عالية الطاقة والدقة، وقادرة على تغطية مساحات واسعة. وفي ظلّ توجه التصنيع الذكي في الصين، أظهر القطاع الصناعي تحولاً من عمليات التصنيع التقليدية إلى التصنيع عالي التقنية. ومن المتوقع أن يشهد سوق القطع بالليزر في الصين نمواً متسارعاً، مما سيوفر فرصاً كبيرة لنمو سوق ضواغط الهواء الليزرية.