يعتمد فعالية قطع الليزر بشكل كبير على كيفية امتصاص المواد المختلفة للطاقة وانتشارها. خذ المعادن على سبيل المثال، الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم يتصرفان بشكل مختلف للغاية بسبب اختلاف خصائصهما الحرارية. فالفولاذ المقاوم للصدأ لا يوصل الحرارة بشكل جيد، حوالي 15 واط/متر·كلفن، مما يعني أن الحرارة تميل للتراكم في نقطة واحدة. أما الألمنيوم فله قصة مختلفة، حيث أن توصيليته الحرارية أعلى بكثير، حوالي 205 واط/متر·كلفن، وبالتالي فإن الحرارة تنتشر بسرعة مما يجعل من الصعب الحصول على انصهار متسق. أما النحاس فهو كائن مختلف تمامًا. عند طول موجي ميكرون واحد، يعكس النحاس ما يقرب من كل الضوء - 95% بالتحديد. تتطلب هذه المشكلة في الانعكاس تعديلات جادة في شعاع الليزر إذا أردنا قطعًا مستقرًا. نظرًا إلى ليزرات الألياف الحديثة، فهي قادرة على امتصاص ما يقرب من كامل الطاقة من الفولاذ، حوالي 99%، لكنها تواجه صعوبة كبيرة مع النحاس حيث ينخفض الامتصاص إلى 60-70% فقط. لهذا السبب غالبًا ما تحتاج ورش العمل التي تتعامل مع النحاس إلى تقنيات ومعدات خاصة لجعل الأمور تعمل بشكل صحيح.
من حيث قص الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ اللين، فإن الليزرات الليفية تتفوق بشكل واضح على أنظمة الليزر CO2، وخاصة عند العمل على الأنابيب ذات الجدران الرقيقة حيث يمكنها القص بسرعة تزيد بنسبة تصل إلى 30%. والسبب في ذلك هو أن الليزرات الليفية تعمل بطول موجي أقصر بكثير يبلغ حوالي 1.08 ميكرون، والذي يُمتص بشكل أفضل بواسطة المعادن مثل الفولاذ، وبالتالي يقلل من الطاقة المهدورة ويقلل من زمن الدورة الإجمالي. من ناحية أخرى، فإن الليزرات CO2 تمتلك أطوال موجية أطول تصل إلى 10.6 ميكرون، والتي تكون أكثر فعالية في بعض المهام بالفعل. فهي لا تنعكس بنفس القدر عند قص المعادن غير الحديدية مثل النحاس، ولذلك ما زال المصنعون يعتمدون عليها في المهام التي يكون الاستقرار فيها هو العامل الأهم. وباستنادًا إلى الأرقام الأخيرة من قطاع الطيران والفضاء لعام 2023، فإن الشركات التي استخدمت الليزرات الليفية شهدت انخفاضًا في تكاليف قص الفولاذ المقاوم للصدأ بمقدار 18.50 دولار لكل متر مقارنةً بالإعدادات التقليدية لليزر CO2. جاء معظم هذا التوفير من الحاجة إلى كمية أقل من الغاز المساعد أثناء التشغيل وكفاءة كهربائية أفضل بشكل عام.
تؤثر ثلاثة متغيرات بشكل حاسم على جودة القطع:
للفولاذ الكربوني، من الضروري الحفاظ على ضغط الغاز بين 1.2–1.5 بار لتجنب تشكيل الرواسب والتأكد من ثبات جودة القطع.
تمثل الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ اللين أكثر من 65% من تطبيقات قص الأنابيب بالليزر في الصناعة (IMTS 2023)، ويُقدّر استخدامها لموازنتها بين القوة والقابلية للحام والاستجابة للطاقة الليزرية. يمكن معالجة هذه المواد بسماكات تتراوح بين 0.5 مم إلى 25 مم مع مناطق متأثرة بالحرارة محدودة للغاية، مما يجعلها مثالية للتصنيع عالي الدقة.
تُستخدم الفولاذات المقاومة للصدأ مثل 304 و316 من العائلة الأوستنيتية بشكلٍ واسع لأنها تحتوي على حوالي 18 إلى 20 بالمائة كروم، وهو ما يمنحها مقاومة ممتازة ضد الصدأ والتلف الكيميائي. أما بالنسبة لقطع هذه المواد، فإن تقنية الليزر بالألياف المستخدمة حاليًا تسمح بإجراء قطوعات دقيقة للغاية، مع عرض شق يصل إلى 0.1 ملم فقط، ودقة أبعاد تصل إلى زائد أو ناقص 0.05 ملم حتى على الأنابيب ذات السمك 15 ملم. يحتاج مصنّعو المعدات الطبية وأولئك الذين ينتجون الأنابيب لمعالجة الأغذية إلى هذا النوع من الدقة بشكل كبير. فمنتجاتهم تتطلب أسطحًا ناعمة تمامًا وخالية من الحواف الخشنة أو الشوائب، وهو ما يمكن فقط لنظم الليزر المتقدمة أن تحققه بشكل متسق عبر دفعات الإنتاج.
للحصول على قطع خالية من الأكسدة، يُوصى باستخدام غاز النيتروجين كغاز مساعد بضغط 12–16 بار لقطع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ بسماكة 3–8 مم. وللأقسام الأسمك (10–15 مم)، فإن استخدام ليزر أليفي بقوة 4 كيلوواط يعمل بسرعة 0.8–1.2 م/دقيقة يضمن نتائج خالية من البقايا مع تقليل التشويه الحراري. تدعم هذه المعايير التكرار العالي في بيئات الإنتاج الآلي.
يعني المحتوى المنخفض نسبيًا من الكربون في الفولاذ اللين (أقل من 0.3%) أنه يتبخر بسرعة عندما تسخّن إلى حوالي 1500 درجة مئوية. تجعل هذه الخاصية الفولاذ اللين مناسبًا بشكل خاص لتطبيقات قص الألياف بالليزر. مع نظام ليزر قياسي بقوة 6 كيلوواط، يمكن للمشغلين قص أنابيب فولاذية لينة بسماكة 20 مم بسرعات مذهلة تصل إلى حوالي 2.5 متر في الدقيقة. تنتج هذه الشقوق حوافاً شبه عمودية مع انحراف زاوي ضئيل (حوالي نصف درجة موجبًا أو سالبًا)، وهو خبر جيد للعاملين في اللحام ولا يحتاجون إلى قضاء وقت إضافي في أعمال التشطيب بعد القص. من ناحية التكلفة، فإن هذه أنظمة الليزر توفر أيضًا وفورات كبيرة. تشير بيانات صادرة عن FMA 2023 إلى أن تكاليف التشغيل تنخفض بنسبة تقارب 23% عند الانتقال من طرق القص بالبلازما التقليدية.
بالنسبة للأنابيب الفولاذية الكربونية التي يزيد سمكها عن 25 مم، تساعد أوضاع الليزر النبضية (1–2 كيلوهرتز) في التحكم في إدخال الحرارة ومنع التشويه. استخدام خلطات الغاز المساعد القائمة على الأكسجين يحسن طرد الخبث، ويقلل من بقاياه بنسبة 40٪ في المقاطع ذات السمك 30 مم. مما يضمن الدقة الأبعادية للمكونات الإنشائية المستخدمة في قطاعات البناء والماكينات الثقيلة.
قامت شركة تصنيع من الدرجة الأولى في صناعة السيارات بتطبيق تقنية القطع بالليزر ثلاثي الأبعاد لإنتاج 5000 أنبوب حقن الوقود يوميًا بدقة أبعادية تصل إلى 99.7%. وحقق نفس النظام تكرارًا بقيمة 0.12 مم على دعامات الطائرات الهيدروليكية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (SS304)، مما قلل من وقت التشغيل التالي بنسبة 62% مقارنة بالطرق التقليدية.
في الواقع، الألومنيوم يعكس الضوء بشكل جيد للغاية، حوالي 90٪ عند تلك الأطوال الموجية للليزر التي نتعامل معها عادة، كما أنه يفقد الحرارة بسرعة نسبياً أيضاً. تجعل هذه الخصائص من الصعب الحصول على امتصاص ثابت للطاقة من قبل الليزر أثناء المعالجة. ماذا يحدث بعد ذلك؟ حسناً، تصبح بركة الانصهار غير منتظمة ويظهر شق غير متساوٍ، خاصة عند التعامل مع الأنابيب ذات الجدران الرقيقة التي توجد بشكل شائع في التصنيع. التوصيل الحراري يمثل تحدياً آخر هنا، حيث أن الألومنيوم يوصل الحرارة بحوالي خمس مرات أفضل من الفولاذ المقاوم للصدأ. ولذلك، يحتاج المشغلون إلى ضبط المعايير بدقة كبيرة إذا أرادوا قطعات نظيفة دون تراكم تلك الرواسب المزعجة التي لا يرغب أحد في التعامل معها لاحقاً.
يقلل استخدام النيتروجين كغاز مساعد من عملية الأكسدة بنسبة تصل إلى 70٪ مقارنة بالأكسجين. وعند دمج ذلك مع أوضاع الليزر ذات النبضات عالية التردد (≥2000 هرتز) والمسافات المحسّنة للفوهة (0.8–1.2 مم)، فإن ذلك يحسّن نعومة الحافة بنسبة 25٪. هذه التعديلات ضرورية لتحقيق أسطح نظيفة وجاهزة للحام في التطبيقات ذات القيمة العالية.
أجرى مصنع اختبارات في 2023 تمكّن خلالها من تحقيق دقة تصل إلى زائد أو ناقص 0.05 ملليمتر تقريبًا عند تصنيع أحواض بطاريات السيارات الكهربائية باستخدام نظام الليزر الليفي بقوة 6 كيلوواط. كما لاحظوا شيئًا مثيرًا للاهتمام عند قطع أنابيب الألومنيوم من السلسلة 6xxx، حيث تمكنوا من تقليل الهدر في المواد بشكل كبير من خلال مراقبة التغيرات في درجة الحرارة أثناء العمل، إذ انخفض الناتج من المواد الناتجة عن القطع من نحو 12 بالمئة إلى أقل بقليل من 3 بالمئة. وبحسب دراسات حديثة نُشرت في أماكن مثل مجلة تقنيات معالجة المواد، فإن هناك تحولًا واضحًا نحو استخدام المزيد من الألومنيوم في صناعة السيارات لتخفيف وزنها. وبدأ مصنعو السيارات الكهربائية باستبدال ما يقارب 40 بالمئة من القطع التي كانت تُصنع سابقًا من الصلب بقطع من الألومنيوم مقطعة بدقة.
تسيطر الليزرات الليفية الآن على قطع الأنابيب المصنوعة من الألومنيوم، حيث تمثل 68٪ من التركيبات على مستوى العالم. توفر الطول الموجي البالغ 1.08 ميكرومتر امتصاصًا أفضل من الليزرات الغازية مثل الليزر CO₂، مما يسمح بسرعات قطع تتراوح بين 1.2 و1.8 متر/دقيقة على الألومنيوم بسمك 8 مم دون تشكيل رواسب. تدفع هذه الأداء إلى اعتماد هذه التقنية في قطاعات التدفئة وتكييف الهواء والنقل والطاقة المتجددة.
عند العمل مع مواد النحاس والبرونز، فإنها تميل إلى إعادة الانعكاس بنسبة تصل إلى 95٪ من طاقة الليزر عند تلك الأطوال الموجية تحت الحمراء وفقًا لبعض الأبحاث الحديثة من معهد المعالجة بالليزر في عام 2023. هذا الانعكاس يخلق مشاكل حقيقية للأجزاء البصرية ويجعل الحفاظ على ظروف معالجة مستقرة تحديًا كبيرًا. يضيف البرونز مستوى إضافيًا من الصعوبة لأنه عند قطعه، يميل مكون الزنك إلى التبخر، مما يؤدي إلى قطع غير متسقة مع حواف غير منتظمة وأحيانًا تتشكل ثقوب صغيرة في المادة. للتغلب على هذه المشكلات، يعتمد معظم المحترفين على إعدادات الليزر النبضي المدمجة مع دعم غاز النيتروجين. تساعد النبضات في التحكم بشكل أفضل في عملية الذوبان، في حين أن النيتروجين يمنع الأكسدة، مما يجعل عملية القطع بأكملها أكثر تنبؤًا وموثوقية للمصنعين الذين يتعاملون مع هذه المعادن الصعبة.
تستطيع الليزرات الليفية في الوقت الحالي قص صفائح نحاسية خالصة بسماكة تصل إلى 3 مم عندما تعمل بقوة 1 كيلوواط أو أكثر، حيث تحقق دقة تبلغ حوالي 0.1 مم بفضل تكنولوجيا التحكم المحسن في الحزمة. ولكن هناك نقطة مهمة يجب الإشارة إليها هنا: هذه القطع تستغرق وقتًا أطول بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة مقارنةً بالعمل مع المواد الفولاذية، وذلك بسبب التوصيل الحراري الفعال للغاية للنحاس. ما يجعل هذا ممكنًا هو الطول الموجي البالغ 1.08 ميكرومتر للليزر، والذي يمتصه النحاس بنسبة تبلغ حوالي 22 بالمئة، مما يجعله أفضل بثلاث مرات تقريبًا من الليزرات التقليدية من نوع CO₂. وقد فتح هذا التحسن أبوابًا لتصنيع مكونات دقيقة مثل المواسير الكهربائية ذات الجدران الرقيقة وأنظمة تبادل الحرارة المتخصصة حيث تكون الدقة هي العامل الأهم.
هناك ثلاثة طرق مثبتة تعزز معالجة النحاس والبرونز:
تقلل هذه الطرق من تشكّل الرواسب بنسبة 62٪ وتحافظ على سرعات القطع حتى 20 متر/دقيقة على أنابيب النحاس بسمك 2 مم
ارتفع الطلب على أجزاء دقيقة من النحاس بنسبة تقارب النصف وفقًا لأحدث مسح قطع الليزر الصناعي العالمي لعام 2023، ولكن لا تزال هناك بعض التحديات التقنية الكبيرة التي يجب تجاوزها. لا يمكن تحقيق التحملات الضيقة للغاية التي تقل عن 0.2 مم والمطلوبة في أشياء مثل الزخرفة التكميمية، والأجهزة البحرية، والمعدات الطبية بسهولة باستخدام أنظمة القطع العادية. بالفعل يمكن لليزر الليفي بقدرة 6 كيلوواط التعامل مع النحاس بسمك 8 مم بدقة تبلغ حوالي 0.25 درجة، ولكن تكلفة تشغيل هذه الآلات حوالي 180 دولارًا في الساعة. هذا النوع من التكلفة يعني أن معظم الشركات تستخدمها فقط عند الضرورة القصوى، وعادة ما تُخصص لتطبيقات الطيران والفضاء باهظة الثمن أو للأدوات الخاصة حيث تكون هذه الدقة العالية ضرورية فعلاً.
توفر آلات القطع بالليزر الحديثة أداءً متفاوتًا عبر المواد الرئيسية:
| المادة | السماكة القصوى (الليزر الليفي) | جودة القطع | الاعتبارات الرئيسية |
|---|---|---|---|
| الفولاذ المقاوم للصدأ | 25 ملم | ممتاز | يتطلب غاز مساعد من النيتروجين |
| الفولاذ الطري | 30 مم | دقة عالية | مثالي مع أكسجين مساعد |
| والألمنيوم | 15 ملم | جيد | يُوصى بطبقات مضادة للانعكاس |
| النحاس | 6 MM | معتدلة | أجهزة الليزر عالية القدرة (> 6 كيلوواط) هي المفضلة |
| نحاس | 12 مم | ثابت | التعديلات في تردد النبض ضرورية |
يظل الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ اللين الأكثر توافقًا مع الليزر، حيث يحققان دائمًا تحملات تحت ±0.1 مم. يحتاج الألومنيوم إلى سرعات قطع أسرع بنسبة 30٪ من الفولاذ لتجنب تشكل الرواسب، في حين أن انعكاسية النحاس تحد من النجاح — فقط 42٪ من الشركات المصنعة تبلغ عن نتائج موثوقة مع النحاس الخالص، وفقًا لمسوحات التصنيع لعام 2023.
تستخدم قطاعات الطيران والطب بشكل متزايد ليزرات الألياف لقطع أنابيب التيتانيوم بسماكة تصل إلى 10 مم. يتطلب المعالجة الفعالة ما يلي:
تُظهر السبائك الفائقة القائمة على النيكل مثل Inconel نموًا سنويًا بنسبة 19٪ في اعتماد قطع الليزر، وخاصةً للمكونات العادمة ذات درجات الحرارة العالية التي تتطلب مقاومة تصل إلى 1200°م.
يتم تحديد إعدادات الليزر المثلى بعوامل أربعة:
يجب على المشغلين إجراء قطع تجريبي عند التعامل مع سبائك جديدة، إذ يمكن أن تُغيّر حتى نسبة تفاوت تبلغ 0.5% في التركيب سرعة القطع بنسبة تتراوح بين 12 و15%.
يعتمد قطع الليزر على طريقة امتصاص المواد ونقل الطاقة. تمتلك المعادن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم خصائص حرارية مختلفة تؤثر على تفاعلها مع قطع الليزر.
توفر الليزرات الليفية سرعة وكفاءة أفضل مقارنةً بليزرات CO2، خاصةً في الأنابيب ذات الجدران الرقيقة، وذلك بفضل طول موجتها الأقصر وامتصاص الطاقة الأفضل.
يمكن لليرزات الليفية قطع النحاس والبرونز مع بعض التعديلات مثل إعدادات الليزر النابض، لكنها تتطلب طاقة ووقتًا أكثر مقارنةً بالمعادن الأكثر ليونة.
تُستخدم غازات مساعدة مثل النيتروجين والأكسجين لتحسين جودة القطع، ومنع الأكسدة، وتعزيز الكفاءة اعتمادًا على نوع المادة.
نعم، يُستخدم الليزر الليفي بشكل متزايد في قطع الألومنيوم نظرًا لكفاءته، على الرغم من الحاجة إلى إجراء تعديلات بسبب انعكاسية الألومنيوم وموصله الحرارية.
أخبار ساخنة2025-09-11
2025-08-25
2025-08-04
RT Laser هي شركة وطنية متخصصة في البحث والتطوير والإنتاج وبيع معدات الليزر، وهي شركة ذات تكنولوجيا عالية. وتشمل منتجاتنا الأساسية آلات القطع بالليزر الليفي وآلات اللحام بالليزر المحمولة وآلات الانحناء.
رقم 6-8، حديقة بينهي الصناعية، منطقة جيانغyang، مدينة جينان، مقاطعة شاندونغ، الصين.
حقوق النشر © 2025 ملكاً لشركة RAYTU LASER Technology Co.,Ltd. سياسة الخصوصية
EN
