في مجال قطع الليزر، خاصة لمعالجة المعادن عالية الانعكاس مثل النحاس والنحاس الأصفر وسبائكها، يعد اختيار فوهة القطع أمرًا حيويًا. من بينها، الرش الفردي والرش المزدوج هما الشكلان الهيكليان الرئيسيان، واللذان يختلفان اختلافًا جوهريًا في التصميم ومبدأ العمل وسيناريوهات التطبيق.
1. اختلافات التصميم الهيكلي
فوهة واحدة
تتكون الهيكل من قناة غاز واحدة. في الداخل، يتكون عادةً من مخروط (حلقة دوامية) وجسم الفوهة، مما يشكل مسار تدفق غاز دائري.
يتم طرد الغاز المساعد عالي الضغط (عادةً النيتروجين أو الهواء المضغوط الخالي من الأكسجين) من قناة التدفق الحلقية هذه، مما يشكل تدفق غاز متقارب ومتوازي.
فوهة مزدوجة
يتكون الهيكل من قناتين غاز مستقلتين ومتحدة المحور. الطبقة الداخلية هي قناة غاز القطع الرئيسية، والتي يشبه هيكلها هيكل الفوهة المفردة. الطبقة الخارجية هي قناة غاز حلقية إضافية ومستقلة.
يتيح الهيكل ذو الحقن المزدوج تشغيل غازين (أو نفس الغاز ولكن بضغوط مختلفة) في وقت واحد من خلال القنوات الداخلية والخارجية.
ثانيًا. آلية العمل والوظائف الأساسية
آلية عمل الفوهة المفردة
تتمثل وظيفتها الأساسية في توليد نفاثة غاز عالية السرعة ومستقرة. لتدفق الغاز هذا ثلاثة تأثيرات رئيسية:
تشكيل الحماية: تفجير المعدن المنصهر عند حافة القطع لإكمال القطع.
حماية العدسة: منع تناثر المعدن المتولد أثناء عملية القطع من تلويث وتلف عدسة التركيز الموجودة أسفلها.
التبريد المساعد: لتبريد المكونات الداخلية لرأس القطع.
عند قطع المواد عالية الانعكاس، يمكن لتصميم تدفق الهواء ذو الفوهة المفردة، خاصة عند دمجه مع مسار الغاز الدوامي، أن يشتت ويضعف بشكل فعال طاقة الليزر المنعكسة في الجزء الداخلي من الفوهة، وبالتالي تقليل خطر تلف الفوهة نفسها بسبب الضوء المنعكس.
آلية عمل الفوهة المزدوجة
تعتمد آلية عملها على مبدأ حماية الستارة الهوائية. تعمل تدفقات الهواء الداخلية والخارجية معًا:
تدفق الهواء الداخلي: يتوافق مع وظيفة الفوهة المفردة، وهو مسؤول عن مهمة القطع الرئيسية، أي اختراق المادة وتفجير الخبث.
تدفق الهواء الخارجي: يشكل "ستارة هوائية" تحيط بتدفق الهواء الرئيسي الداخلي. الوظيفة الرئيسية لهذه الستارة الهوائية هي:
تعزيز مضاد للانعكاس: يمكن لتدفق الهواء الخارجي أن يبرد وينظف بشكل أكثر فعالية الوجه النهائي للفوهة، ويمنع و يشتت بشكل أكبر طاقة الليزر المنعكسة من سطح قطعة العمل، مما يوفر مستوى أعلى من الحماية للفوهة ورأس القطع.
تحسين استقرار القطع: يساعد تدفق الهواء الخارجي على استقرار تدفق الهواء الرئيسي الداخلي، مما يقلل من الاضطراب داخل حافة القطع، وبالتالي قد يحقق سطح قطع أكثر سلاسة.
ثالثًا. مقارنة معايير الأداء وسيناريوهات التطبيق
يكمن الاختلاف الأساسي بين فوهات قطع النحاس ذات الفوهة المفردة والمزدوجة في تصميم والتحكم في مجال تدفق الغاز. تحقق الفوهة المفردة القطع والحماية الأساسية من خلال تدفق غاز واحد محسن، يتميز بخصائص اقتصادية وعملية. الفوهة المزدوجة، من خلال تآزر تدفق غاز مزدوج الطبقات داخلي وخارجي، تنشئ نظام حماية ستارة غاز أكثر قوة، مما يوفر نافذة عملية أعلى وسلامة المعدات عند التعامل مع مخاطر الانعكاس الشديدة. يعتمد اختيار الفوهة التي سيتم استخدامها على مادة المعالجة المحددة (النقاء، السُمك)، ومتطلبات العملية (جودة المقطع، السرعة)، واعتبارات التكلفة الإجمالية.