في تقنية القطع بالليزر، يعد وضع إخراج الليزر أحد العوامل الرئيسية التي تحدد آلية المعالجة وأداء القطع. وفقًا للتوزيع الزمني لإخراج طاقة الليزر، يتم تصنيف الليزرات بشكل أساسي إلى ليزرات مستمرة وليزرات نابضة. تُظهر هذان النوعان من الليزر خصائص اقتران طاقة مختلفة، وسلوكيات تفاعل حراري، وقدرة على التكيف مع المعالجة في تطبيقات القطع.
أولاً: خصائص الليزرات المستمرة في تطبيقات القطع
يشير الليزر المستمر إلى الليزر الذي يخرج شعاع ليزر ثابتًا بقدرة ثابتة أثناء التشغيل. يتم توزيع طاقة الليزر بشكل مستمر بمرور الوقت، وتظل المادة تحت حمل حراري ثابت طوال عملية القطع.
أثناء القطع، يقوم الليزر المستمر بتسخين سطح المادة باستمرار، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة بسرعة. عندما تصل درجة الحرارة إلى نقطة الانصهار أو نقطة التبخر، تتشكل بركة منصهرة مستقرة. بمساعدة الغاز المساعد، يتم طرد المادة المنصهرة بشكل فعال من الشق، مما يتيح فصل المواد بشكل مستمر.
نظرًا لإدخال الطاقة المستقر، يوفر القطع بالليزر المستمر استقرارًا جيدًا للبركة المنصهرة واستمرارية للشق، مما يجعله مناسبًا لمسارات القطع الطويلة ومعالجة المخططات المعقدة. ومع ذلك، فإن إدخال الحرارة المستمر يتسبب أيضًا في انتشار حراري داخل المادة، مما يؤدي إلى منطقة متأثرة بالحرارة كبيرة نسبيًا. قد تشهد مناطق الحواف تشوهات حرارية أو تغيرات في البنية الدقيقة.
يستخدم القطع بالليزر المستمر على نطاق واسع في معالجة الصفائح المعدنية متوسطة وسميكة، مثل القطع الصناعي للفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم. إنه مناسب بشكل خاص للتطبيقات ذات المتطلبات العالية لكفاءة القطع وإنتاجية الإنتاج.
ثانيًا: خصائص الليزرات النابضة في تطبيقات القطع
يخرج الليزر النابض نبضات ليزر عالية الطاقة قصيرة المدة بتردد تكرار معين. يتم توزيع طاقة الليزر بشكل متقطع بمرور الوقت. كل نبضة لها مدة قصيرة للغاية ولكنها طاقة ذروة عالية.
في تطبيقات القطع، تعمل الليزرات النابضة على سطح المادة من خلال كثافة طاقة عالية فورية، مما يتسبب في ذوبان أو تبخر المناطق الموضعية بسرعة. يتم تحقيق إزالة المواد تدريجيًا من خلال تراكب نبضة بنبضة، وتتجلى عملية القطع كتراكم مستمر لإزالة المواد على نطاق صغير.
نظرًا لأن وقت التفاعل لكل نبضة قصير جدًا، فإن الحرارة ليس لديها وقت كافٍ للانتشار في المناطق المحيطة. نتيجة لذلك، ينتج القطع بالليزر النابض منطقة متأثرة بالحرارة أصغر وله تأثير محدود على البنية الدقيقة للمادة وشكل الحافة. توفر هذه الخاصية مزايا واضحة في القطع الدقيق ومعالجة المواد الحساسة للحرارة.
تُستخدم الليزرات النابضة بشكل شائع للصفائح المعدنية الرقيقة والمكونات الدقيقة والثقوب الدقيقة ومعالجة الشقوق الضيقة. وهي مناسبة أيضًا للمواد عالية الانعكاس أو التطبيقات ذات المتطلبات الصارمة لجودة حافة القطع.
ثالثًا: تأثير وضع تفاعل الطاقة على أداء القطع
تنشأ الاختلافات في أداء القطع بين الليزرات المستمرة والنابضة بشكل أساسي من الاختلافات في التوزيع الزمني والمكاني لطاقة الليزر. تؤكد الليزرات المستمرة على إدخال الطاقة المستقر والانصهار المستمر، مما يجعلها أكثر ملاءمة للقطع الموجه نحو الكفاءة. تعتمد الليزرات النابضة على طاقة الذروة العالية لتحقيق إزالة دقيقة للمواد، مع التركيز بشكل أكبر على التحكم الحراري ودقة المعالجة.
في عمليات القطع العملية، تُظهر الليزرات المستمرة عادةً سرعات قطع أعلى وقدرة أقوى على معالجة الصفائح السميكة، بينما تُظهر الليزرات النابضة مزايا في قدرة الثقب والتحكم في جودة الحواف وقمع التأثيرات الحرارية.
رابعًا: اعتبارات عملية لاختيار عملية القطع
عند الاختيار بين الليزرات المستمرة والنابضة لتطبيقات القطع، يجب مراعاة عوامل مثل سمك المادة والتوصيل الحراري والانعكاس والدقة المطلوبة للمعالجة بشكل شامل. بالنسبة للصفائح الكبيرة وتفريغ الأجزاء الهيكلية، تتوافق الليزرات المستمرة بشكل أكبر مع متطلبات الإنتاج الصناعي. بالنسبة للمعالجة الدقيقة أو قطع المواد الرقيقة أو معالجة المواد الخاصة، توفر الليزرات النابضة قدرة أفضل على التكيف مع العملية.
في بعض التطبيقات، يمكن استخدام تعديل الطاقة لليزر المستمر لتحقيق سلوك معالجة شبه نابض، مما يسمح بتحقيق التوازن بين كفاءة القطع والتحكم في التأثير الحراري.
تلعب الليزرات المستمرة والليزرات النابضة أدوارًا مختلفة في العملية في تطبيقات القطع. إنها تُظهر اختلافات جوهرية في خصائص إخراج الطاقة وآليات تفاعل المواد ونطاقات القطع القابلة للتطبيق. يعد الفهم الواضح لمبادئ عمل كلا النوعين من الليزر، جنبًا إلى جنب مع متطلبات المعالجة المحددة، أمرًا ضروريًا لتحقيق جودة قطع مستقرة وتحسين كفاءة المعالجة الإجمالية.