هل يمكن تقسيم تكنولوجيا القطع بالليزر إلى أربع فئات مختلفة؟

تكنولوجيا القطع بالليزريمكن تصنيفها إلى أربع فئات مختلفة: القطع بالتبخير بالليزر، والقطع بالذوبان بالليزر، وقطع الأكسجين بالليزر، والنقش بالليزر، والتحكم في الكسور. يرمز PVD إلى عملية الترسيب الفيزيائي والبخار. يتم إنشاء طلاءات PVD في ظل ظروف درجات حرارة منخفضة نسبيًا.

1. في عملية القطع بالتبخير بالليزر، يتم استخدام شعاع ليزر عالي الكثافة من الطاقة لتسخين قطعة العمل، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة بسرعة ووصولها إلى نقطة غليان المادة في وقت قصير جدًا، مما يتسبب في بدء تشغيل المادة ليتبخر ويتحول إلى بخار. عندما يتجاوز ضغط البخار الحد الأقصى لضغط الضغط الذي يمكن أن تتحمله المادة، تحدث الشقوق والتمزقات. يتم إخراج البخار بسرعة عالية جدًا ويقطع المادة أثناء عملية الطرد. عندما يمتزج البخار بالهواء، فإنه يولد ضغطًا وحرارة هائلين. نظرًا لأن حرارة تبخر المادة تكون عالية عادةً، فإن عملية القطع بالتبخير بالليزر تتطلب الكثير من الطاقة وكثافة الطاقة. ونظرًا لأن الليزر يولد حرارة شديدة، فيمكن قطع المعادن بسرعة باستخدام طاقة قليلة جدًا. تُستخدم تقنية القطع بالتبخير بالليزر بشكل أساسي لقطع المواد المعدنية وغير المعدنية الرقيقة جدًا، مثل الورق والقماش والخشب والبلاستيك والمطاط. تعمل تقنية التبخير بالليزر على تركيز الطاقة في منطقة صغيرة جدًا وتبريدها بسرعة، وبالتالي تحقيق معالجة سطحية جزئية أو كاملة لقطعة العمل.

2. استخدام الليزر في عمليات الصهر والقطع. وبما أن الليزر ينتج تأثيرًا حراريًا قويًا في البركة المنصهرة، فيمكن تحويل المادة المنصهرة بسرعة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية. أثناء عملية الصهر والقطع بالليزر، سيتم تسخين المادة المعدنية بواسطة الليزر إلى حالة منصهرة، ومن ثم سيتم إطلاق الغازات غير المؤكسدة مثل الأرجون والهيليوم والنيتروجين. تحت إشعاع شعاع الليزر، يتولد عدد كبير من طبقات الانتشار الذري على سطح المعدن المنصهر، مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارته بسرعة وتوقف الارتفاع بعد الوصول إلى ارتفاع معين. باستخدام فوهة متحدة المحور مع الشعاع للحقن، يمكن طرد المعدن السائل تحت ضغط الغاز القوي، وبالتالي تشكيل شق. في ظل ظروف قوة الليزر الثابتة، فإن خشونة سطح قطعة العمل تنخفض تدريجياً مع زيادة مسافة العمل. لا تتطلب تقنية الصهر والقطع بالليزر تبخرًا كاملاً للمعدن، والطاقة المطلوبة لا تتجاوز عُشر الطاقة اللازمة للقطع بالتبخر.تكنولوجيا الصهر والقطع بالليزريستخدم بشكل أساسي لقطع المواد المعدنية التي ليس من السهل أكسدتها أو النشطة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والألومنيوم وسبائكها.

3. مبدأ العمل لقطع الأكسجين بالليزر يشبه مبدأ قطع الأوكسي أسيتيلين. عند اللحام في الهواء، يتم استخدام الأكسجين لتسخين سطح قطعة العمل المراد لحامها، بحيث تذوب وتتبخر لتشكل بركة منصهرة، ثم يتم نفخ البركة المنصهرة من خلال الفوهة. تستخدم المعدات الليزر كمصدر حرارة للتسخين المسبق، وتختار الأكسجين والغازات النشطة الأخرى كغازات قطع. أثناء عملية القطع، يتم تبخير مسحوق المعدن عن طريق تطبيق ضغط معين على سطح قطعة العمل. من ناحية، يتفاعل الغاز المحقون كيميائيًا مع المعدن المقطوع، مما يؤدي إلى الأكسدة وإطلاق كمية كبيرة من حرارة الأكسدة؛ وفي الوقت نفسه، يتم تبخير المادة المنصهرة عن طريق تسخين المجمع المنصهر وإدخالها إلى منطقة القطع، وبالتالي تحقيق التبريد السريع للمعدن. ومن ناحية أخرى، يتم نفخ الأكسيد المنصهر والمذاب خارج منطقة التفاعل، مما يؤدي إلى حدوث فجوات داخل المعدن. لذلك، يمكن أن يؤدي قطع الأكسجين بالليزر إلى الحصول على سطح قطعة عمل بجودة سطح عالية. بما أن تفاعل الأكسدة يولد الكثير من الحرارة أثناء عملية القطع، فإن الطاقة المطلوبة لقطع الأكسجين بالليزر هي فقط نصف تلك اللازمة لقطع الذوبان، مما يجعل سرعة القطع تتجاوز بكثير سرعة القطع بالتبخير بالليزر والقطع المصهور. ولذلك، عند استخدام آلة قطع الأكسجين بالليزر لمعالجة المعادن، فإنها لا تقلل من استهلاك الطاقة فحسب، بل يمكنها أيضًا تحسين الإنتاجية. تُستخدم تقنية قطع الأكسجين بالليزر بشكل أساسي على المواد المعدنية المؤكسدة بسهولة مثل الفولاذ الكربوني وفولاذ التيتانيوم والفولاذ المعالج بالحرارة.

4. الكتابة بالليزر والتحكم في الكسر تستخدم تقنية الكتابة بالليزر أشعة ليزر عالية الكثافة لمسح سطح المواد الهشة، وتبخير هذه المواد لتشكيل أخاديد دقيقة، وجعل المواد الهشة تتشقق على طول هذه الأخاديد تحت تطبيق ضغط محدد. يمكن إجراء الكتابة بالليزر في وضع الموجة النبضية أو المستمرة، أو باستخدام ليزر ذو عرض نبضي ضيق. يعد الليزر المعدل وأشعة ثاني أكسيد الكربون من الأنواع الشائعة من أجهزة الليزر المستخدمة في الكتابة بالليزر. نظرًا لصلابة الكسر المنخفضة للمواد الهشة، فإنعملية القطع بالليزريحتاج إلى تحسين لتحسين جودة المعالجة. يهدف الكسر المتحكم فيه إلى توليد إجهاد حراري محلي في المادة الهشة من خلال الاستفادة من توزيع درجة الحرارة الحادة المتولدة أثناء عملية الحز بالليزر، بحيث تتكسر المادة على طول الأخاديد الصغيرة.