كيفية اختيار فوهة القطع بالليزر المناسبة؟

التركيز على النقطة الأساسية — جوهر العملية الذي يتم تجاهله غالبًا

مشهد شائع في ورشة العمل: ينظر العامل بانزعاج إلى شاشة المعلمات — "ضغط الغاز، السرعة، القدرة — كلها لم تتغير. لماذا كان القطع مثاليًا بالأمس وخشنًا اليوم؟" غالبًا لا تكمن المشكلة في نظام التحكم المعقد، بل في ذلك المكون الصغير الذي لا يتعدى سعره بضع دولارات، ويُعامل غالبًا كـ"مستهلك" فقط — فوهة الليزر للقطع .

الفوهة هي العنصر الفاعل "الملليمتر الأخير" في عملية القطع بالليزر، حيث تحول معايير الغاز إلى قوة قطع فعلية. والفرق بين فوهة ممتازة وأخرى عادية يُحدد جودة القطع على المستوى المجهري. فهي تتحكم بدقة في شكل تدفق الغاز وضغطه واتجاهه. وأي تآكل بسيط أو اختيار غير سليم يؤدي مباشرة إلى ظهور خطوط غير منتظمة على السطح المقطوع، أو زيادة الرواسب (الشوائب)، أو انخفاض حاد في عمر العدسة (أو النوافذ الواقية). وإهمال اختيار الفوهة وصيانتها يشبه استخدام إطارات رديئة في سيارة سباق عالية الأداء—فلا يمكن لأي كمية من القوة أن تتحول إلى أداء متفوق.

فهم الفوهة—أكثر من مجرد "طرف نحاسي"

في الأساس، فوهة قطع الليزر يُعد الفوهة البوابة النهائية الدقيقة لغاز المساعدة. وتتمثل مهمتها الأساسية في ثلاث وظائف: طرد الصهارة المنصهرة بكفاءة، وحماية عدسة التركيز بشكل موثوق، وتحديد جودة وخصائص حافة القطع. وتتحقق هذه المهام من خلال التحكم الدقيق في سرعة تدفق الغاز وشكله وتوزيع ضغطه عند توجيهه إلى شق القطع. واختيار الفوهة المناسبة ليس مجرد مسألة توافق؛ بل هو اختيار "المشرط الغازي" الأمثل وفقًا للمادة المستخدمة ومتطلبات الجودة الخاصة بك.

1. فوهة طبقة واحدة قياسية: العمل الرئيسي من أجل الكفاءة

تتميز الفوهة ذات الطبقة الواحدة بتصميمها البسيط أحادي القناة، إما مخروطي أو أسطواني الشكل، وتعمل وفق مبدأ مباشر: يتم تسريع غاز عالي الضغط وإطلاقه عبر فتحة واحدة.

هندسة داخلية مخروطية للتطبيقات التي تتطلب ضغطًا عاليًا عند قطع المعادن غير الحديدية باستخدام النيتروجين أو الهواء أو الأرجون

هندسة داخلية أسطوانية للضغط المنخفض، وتطبيقات قطع الصلب المعتدل باستخدام الأكسجين.

إزالة الرماد: يولد تيارًا سريع السرعة ومتركزًا. يعمل هذا التيار بشكل فعال على قص ودفع المواد المنصهرة إلى أسفل من خلال الفتحة. بالنسبة للمواد مثل الصلب الكربوني التي يعتمد فيها القص على تفاعل طارد للحرارة (القص بالأكسجين)، فإن تدفق الغاز القوي هذا ممتاز لإزالة رماد أكسيد الحديد اللزج.

حماية العدسة: تعتمد آلية الحماية بشكل أساسي على الضغط الإيجابي والتدفق الاتجاهي. يُنشئ الغاز عالي السرعة الخارج من الفوهة منطقة ضغط تساعد في صد التناثرات لأعلى. ومع ذلك، وبما أن تدفق الغاز أكثر انتشارًا، تكون هذه الحواجز الوقائية أقل تركيزًا مقارنةً بفوهة ذات طبقتين.

التحكم في حافة القطع: يؤثر تدفق الغاز على حافة القطع من خلال تبريدها والتأثير على ديناميكية السائل في بركة الانصهار. وعادةً ما يُنتج قطعًا جيدًا ووظيفيًا. ولكن، بسبب انتشار الغاز الأكبر، فإن الحفاظ على بيئة ضغط عالي متسقة تمامًا في قاع شق عميق (في المواد السميكة) أو تحقيق تشطيب خالٍ من الأكسدة على الفولاذ المقاوم للصدأ يكون أكثر صعوبة.

الأكثر ملاءمة لـ: هذه الفوهة هي الخيار الاقتصادي والمتين لقطع الصلب الكربوني بالغازات المؤكسدة (خاصةً عند السماكات فوق 3 مم حيث يكون حجم الرماد مرتفعًا)، وكذلك لقطع غير المعادن أو المعادن الزخرفية الرقيقة باستخدام هواء مضغوط. وتتميز هذه الفوهة في التطبيقات التي يُعطى فيها الأولوية لسرعة القطع والتكلفة التشغيلية على حافة ناعمة تمامًا وخالية من الأكسدة.

2. فوهة عالية الدقة ذات طبقتين: حارس الجودة

الفوهة ذات الطبقتين هي حل هندسي للدقة، تتميز بتصميم قناتين متحدتي المحور. تقوم القناة الداخلية بتوصيل غاز القطع الأساسي عالي الضغط (مثل النيتروجين عالي النقاوة)، في حين تقوم القناة الخارجية بإطلاق غاز واقٍ ثانوي (غالبًا هواء أو نيتروجين) بضغط أقل.

إزالة الشوائب وجودة الحافة: المفتاح هنا هو تأثير "الستارة الغازية". يعمل الهالة الخارجية من الغاز كغطاء يُوجِّه ويُركّز تيار الغاز الداخلي العالي السرعة إلى جسم متدفق أكثر تماسكًا وطولًا واستقرارًا. وهذا يؤدي إلى ضغط ديناميكي مرتفع مستمر عند قاع مكان القطع، مما ينتج عنه طرد فائق للشوائب—خاصةً للمادة المنصهرة اللزجة في الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم—ويُمكّن من الحصول على حافة قطع نظيفة وخالية من الرواسب، وغالبًا ما تكون لامعة (خالية من الأكاسيد) وذات استقامة ممتازة.

حماية العدسة: هذا هو المجال الذي يبرز فيه التصميم ذو الطبقة المزدوجة. حيث تُشكّل الستارة الغازية الخارجية حائطًا حاجزًا مستقرًا ومتقاطعًا يعزل العدسة بفعالية عن التناثر والانبعاثات البلازمية. ويقلل بشكل كبير من كمية الملوثات التي تصل إلى النافذة الواقية، ما يطيل عمر العدسة بعدة أضعاف مقارنة بالفوهة ذات الطبقة الواحدة. وهذا أمر بالغ الأهمية عند قطع المواد شديدة الانعكاس (مثل النحاس أو البرونز)، حيث يمكن أن تتسبب الانعكاسات الشديدة في إتلاف المكونات.

استقرار العملية: يساعد الغاز الغمد أيضًا في استقرار عملية القطع من خلال عزل رأس الفوهة من التغذية الحرارية الشديدة الناتجة عن الشق، ومنع التسخين المبكر والتآكل.

ضروري لـ: هذه الفوهة ضرورية لقطع الأسطح اللامعة باستخدام النيتروجين للصلب المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم، حيث يُعد الحفاظ على بيئة خاملة ذات ضغط عالٍ داخل الشق أمراً لا غنى عنه. كما تُعد الخيار الموصى به بقوة لقطع المواد شديدة الانعكاسية وأي تطبيقات تتطلب أعلى مستويات النعومة والعمودية والاتساق في حافة القطع.

معلمتان حاسمتان لاختيار الفوهة

المعلمة الأولى: العيار —الأكبر ليس أفضل؛ المطابقة هي المفتاح .

يتمثل اختيار الفتحة في تحقيق توازن بين ديناميكية الغاز والديناميكا الحرارية للمادة. إن من أكثر المفاهيم الخاطئة انتشاراً هو أن القطر الكبير يمكنه "إتمام كل شيء". في الواقع، يؤدي استخدام فوهة قطرها Φ3.0 مم لقطع صفائح معدنية رقيقة بسمك 1 مم إلى انخفاض شديد في سرعة الغاز، مما يؤدي إلى توسيع الشق وتعرض الصفيحة للحرارة الزائدة أو التشوه.

مسافة التوقف — "الشريان الحيوي" الديناميكي .

تُعد مسافة توقف الفوهة (H) واحدة من أكثر المعايير العملية التي يتم تعديلها بشكل متكرر، وتؤثر مباشرةً على ضغط الغاز على سطح المادة واستقرار عملية القطع. ولكن هذا مجرد نقطة البداية. فخلال عملية القطع الفعلية، يلزم التعديل الديناميكي: يجب زيادة المسافة بشكل مناسب عند قطع الصفائح السميكة لتوفير مساحة لطرد الخبث؛ ويجب تقليل المسافة (إلى 0.5*D) عند تنفيذ قطع الأسطح اللامعة للصلب المقاوم للصدأ، للحفاظ على حماية الشق بغاز عالي الضغط.

الاختيار بناءً على مهمة القطع الخاصة بك

السيناريو الأول: قطع الصلب الكربوني بالأكسجين — السعي نحو الكفاءة القصوى سلسلة Raysoar HHS HHB

قطع سريع عالي الطاقة للأسطح اللامعة، لتحقيق قدرة كاملة فائقة سطح لامع قطع الصلب الكربوني باستخدام الأكسجين . HHB السلسلة مناسبة لقطع الليزر الليفي بقدرة 6-8 كيلوواط (رقم رايسور LHAN02).

HHS السلسلة أكثر ملاءمة لقطع الليزر الليفي بقدرة 12-15 كيلوواط (رقم رايسور LXLN02/08 LHAN08).

St السلسلة مناسبة لآلة قطع الليزر الليفي بأكثر من 20 كيلوواط (رقم رايسور LHAN07)

في هذا السيناريو، يكون الفوهة أحادية الطبقة ذات التكلفة الفعالة الخيار الأول. بالنسبة للقطع المستقر للألواح متوسطة السماكة (8-30 مم)، إذا كنت ترغب في تحسين سطح القطع وتقليل البقايا، ففكر في ترقية العملية: باستخدام مولد غاز مختلط من رايسور (مثل خليط النيتروجين والأكسجين). يُحسّن الغاز المختلط تفاعل الاحتراق، مما قد يحسن الجودة مع تحقيق توازن في التكاليف الإجمالية من خلال ضبط المعاملات بدقة. أثناء التشغيل، فإن مراقبة اتجاه رش الشرارات هي طريقة تشخيصية بسيطة وفعالة — ويجب أن ترش الشرارات بشكل عمودي إلى الأسفل.

السيناريو الثاني: قطع الفولاذ المقاوم للصدأ بغاز النيتروجين للحصول على سطح لامع — السعي نحو الجودة المثالية.  

إكيو  السلسلة قطع عالي السرعة واقتصادي من خلال ممرَّي هواء مزدوجين لتحقيق قطع سريع ومستقر واقتصادي للصلب المقاوم للصدأ باستخدام النيتروجين. (Raysoar رقم القطعة LHGN02)

هذا هو السيناريو الأكثر تطلبًا من حيث متطلبات العملية. أولاً، يُشترط استخدام فوهة ذات طبقتين، لأنها الأساس المادي للحصول على سطح لامع خالٍ من الأكسدة. ثانيًا، فإن استقرار مصدر الغاز ونقاوته تمثلان خط الحياة؛ إذ إن النقاوة التي تقل عن 99.99٪ أو التقلبات الكبيرة في الضغط ستؤدي مباشرة إلى اسوداد سطح القطع. ويوفِّر مولّد رايسور عالي النقاء للنيتروجين مصدر غاز مستمر ومستقر، ما يشكّل الركيزة الأساسية لضمان جودة ثابتة عبر آلاف عمليات القطع. في هذا السيناريو، ينبغي أن يكون ارتفاع الفوهة منخفضًا بدلًا من مرتفع، كما تتطلب آلة القطع استقرارًا جيدًا في المتابعة.

السيناريو الثالث: قطع الهواء المضغوط — التحكم في التكاليف الإجمالية  

BST السلسلة تتيح القطع الطبقي الواحد عالي السرعة وذو الطابع الاقتصادي قطع الفولاذ المقاوم للصدأ وسبيكة الألومنيوم بسرعة عالية واستقرار وتكلفة اقتصادية باستخدام النيتروجين. (رقم منتج Raysoar LCTN03)

لقطع المواد غير المعدنية أو المعادن الرقيقة الزخرفية، يُعد الفوهة القياسية ذات الطبقة الواحدة مع الهواء المضغوط حلاً للتحكم في التكلفة. ومع ذلك، فإن الخطر الأكبر يأتي من وجود الماء والزيت في الهواء المضغوط غير المعالج، والذي يمكن أن يلوث العدسات ويغير خصائص القطع ويؤدي إلى تلف الفوهة. لذلك، فإن الاستثمار في نظام ضغط هواء مخصص لقطع الليزر الاحترافي (مثل حل القطع بالهواء النقي Pure Air Cutting من Raysoar) لضمان توفير هواء جاف ونظيف هو استثمار ضروري لتجنب خسائر أكبر.

سيناريو أربعة :الفولاذ الكربوني يمزج -غاز القطع — السعي نحو الكفاءة والنوعية القصوى  

BST السلسلة تتيح القطع الطبقي الواحد عالي السرعة وذو الطابع الاقتصادي قطع الفولاذ المقاوم للصدأ وسبيكة الألومنيوم بسرعة عالية واستقرار وتكلفة اقتصادية باستخدام النيتروجين. (رقم منتج Raysoar LCTN03)

عند اختيار فوهات القطع بالغاز المختلط، يكون الهدف الرئيسي هو تعزيز تركيز تدفق الغاز، وزيادة سرعة القطع وجودة السطح المقطوع؛ وتقليل التصاق الفوهة بالخبث، وبالتالي إطالة العمر الافتراضي. ويُوصى باستخدام فوهات Raysoar HCP (مغلفة بالكروم الصلب).

ينبغي إعطاء الأولوية لاختيار الفوهات اللافلية لزيادة سرعة تدفق الهواء؛ والفوهات المقاومة للالتصاق والمطلية بطبقة حامية.

الاستخدام والصيانة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها

قائمة مراجعة الصيانة اليومية في ثلاث دقائق

يمكن للصيانة البسيطة المنتظمة أن تطيل عمر الفوهة بشكل كبير وتضمن استقرار عملية القطع:

1. فحص بصري ولمسّي قبل بدء العمل: تحقق مما إذا كان فتحة الفوهة مستديرة وناعمة؛ وامسح بيدك للتأكد من عدم وجود شوائب أو أضرار.

2. التنظيف العميق الأسبوعي: استخدم دائمًا دبوس تنظيف نحاسي مخصص للتنظيف بلطف. تجنب تمامًا استخدام أجسام صلبة مثل الأسلاك الحديدية أو الدبابيس الفولاذية التي يمكن أن تخدش الجدار الداخلي.

3. معايرة التركيز: استخدم أداة توسيط لمعايرة التمركز بين شعاع الليزر والفوهة. هذا أمر أساسي لضمان تجانس القطع.

دليل استكشاف الأخطاء الشائعة بدقة

عند مواجهة مشكلات في جودة القطع، اتبع هذا النهج المنطقي لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها:

سطح قطع خشن مع خطوط قطبية قطرية: قم أولاً بالتحقق مما إذا كانت فتحة الفوهة قد تآكلت واصبحت على شكل بيضاوي أو بها عيوب — فهذا هو السبب الأكثر شيوعًا. بعد ذلك، تحقق من مدى ملاءمة المسافة بين الفوهة والقطعة المراد قصها، وتأكد من التمركز الصحيح. وإذا استمرت المشكلة، ارجع إلى مصدر الغاز وتحقق من استقرار نقاوة الغاز وضغطه.

الخبث السفلي الشديد: أولاً، تأكد مما إذا كانت قراءة مقياس الضغط تفي بمتطلبات العملية وتحقق من وجود تسرب للهواء في خط الغاز. بعد ذلك، قم بتقييم ما إذا كان قطر فتحة الفوهة الحالية صغيرًا جدًا بالنسبة لسمك المادة، وجرب زيادة القطر بحجم واحد. وأخيرًا، فكر فيما إذا كانت المشكلة ناتجة عن عدم تطابق في إدخال الطاقة بسبب سرعة بطيئة جدًا أو قدرة غير كافية، وذلك بناءً على حالة القطع.

احتراق غير طبيعي للفوهة: إذا كنت تقوم بقطع مواد شديدة الانعكاسية، فتأكد أولًا مما إذا تم استخدام فوهة طبقة واحدة عن طريق الخطأ. بعد ذلك، تحقق مما إذا كان مركز الشعاع منحرفًا بشكل كبير، ثم أعد معايرة رأس القطع. وفي حالات القطع بالأكسجين، ابحث أيضًا عما إذا كانت نقاء الأكسجين منخفضًا جدًا، إذ إن الاحتراق غير الكامل يؤدي إلى انعكاس الحرارة لأعلى، ما يتسبب في تآكل الفوهة.

اختيار دقيق، نتائج فورية

باختصار، اختيار المثالي فوهة قطع الليزر هي عملية منهجية تهدف إلى مطابقة "واجهة هوائية" دقيقة للغاية مع تركيبتك الفريدة من المادة، والغاز المساعد، وقوة الليزر. ويتوقف النجاح على منطق اختيار واضح من ثلاث خطوات يتناول المتغيرات الأساسية:

النوع: القرار التأسيسي. اختيارك الأول والأهم هو بين فوهة بطبقة واحدة وفوهة بطبقتين. ويتحدد هذا القرار وفقًا لنوع المادة والهدف من حيث الجودة.

اختر فوهة بطبقة واحدة للحصول على معالجة اقتصادية وسريعة للفولاذ الكربوني باستخدام الأكسجين، أو للمواد غير المعدنية باستخدام الهواء، عندما تكون السرعة القصوى في القطع هي الأولوية.

الفوهة ذات الطبقتين ضرورية لتحقيق قطع خالٍ من الأكسدة ولامع على الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم باستخدام النيتروجين، وهي أساسية أيضًا لمعالجة المعادن شديدة الانعكاس مثل النحاس بشكل آمن وفعال. وتشكل حجر الزاوية في الدقة وحماية العدسة.

العيار : المفتاح للتركيز الطاقي. يتحكم المقياس في سرعة وحجم تدفق الغاز، مما يؤثر بشكل مباشر على كثافة الطاقة للقطع وقدرته على إزالة الخبث.

المقاييس الصغيرة (مثلًا: Φ1.0-1.5 مم) تركّز الطاقة لتقديم فواصل قطع ضيقة ونظيفة في الصفائح الرقيقة (<3 مم).

توفر المقاييس المتوسطة (مثلًا: Φ2.0-2.5 مم) أفضل توازن للحصول على قطع مستقر وعالي الجودة في السماكات المتوسطة (3-10 مم).

توفر المقاييس الكبيرة (مثلًا: Φ3.0-4.0 مم) تدفقًا عالي الحجم يلزم لإخراج الخبث بقوة من الصفائح السميكة (>10 مم).

مسافة الارتفاع: المحرك الدقيق الديناميكي. ليست هذه معلمة تضبط مرة وتُنسى. يجب إدارة المسافة بين الفوهة وقطعة العمل بشكل نشط للحفاظ على ضغط غاز مثالي عند نقطة القطع.

تتطلب هذه المسافة تعديلات ديناميكية بناءً على سماكة المادة ومرحلة القطع — تبدأ أعلى لأسباب تتعلق بالسلامة، ثم تُخفض لتحقيق جودة أفضل أثناء القطع، وتُعدَّل حسب نوع المواد المختلفة.

التحكم الدقيق هنا هو ما يحوّل القَطْع الجيّد إلى قَطْع مثالي، ويضمن حوافًا نظيفة ويمنع اصطدامات الفوهة.

إتقان هذه الركائز الثلاث — النوع والقطر والارتفاع — يمكنّك من حل مشكلات جودة القطع بشكل منهجي وتحقيق الإمكانات الكاملة لجهازك.

تعاون مع Raysoar: من الاختيار الدقيق إلى الأداء المضمون

اختيار فوهة قطع الليزر يتعلق أساسًا باختيار "واجهة هوائية" مناسبة لمادتك ونظام الغاز والطاقة الخاص بك. إن اتباع منطق اختيار واضح أمر بالغ الأهمية: أولاً، حدد النوع ذا الطبقة الواحدة أو المزدوجة بناءً على خصائص المادة ومتطلبات الجودة؛ ثم اختر قطر الفتحة الأمثل بناءً على سماكة المادة وأهداف القطع؛ وأخيرًا، قم بضبط المسافة الواقفة بدقة أثناء عملية القطع الديناميكية للعثور على التوازن بين الثبات والفعالية.

تفهم شركة شنغهاي رايساور للمعدات الكهروميكانيكية المحدودة (رايساور) جيدًا أن نتائج القطع الاستثنائية تنبع من استقرار تآزري في سلسلة العملية بأكملها، بدءًا من مصدر الغاز وصولاً إلى الفوهة. ولا نحن فقط نقدم منتجات فوهات عالية الجودة، بل نوفر أيضًا دعمًا احترافيًا يشمل حلول مصادر غاز مستقرة (النيتروجين عالي النقاء، الغازات المختلطة، الهواء الجاف النظيف) وتحسين العمليات الميدانية، مما يضمن أداء "المليمتر الأخير" من معداتك دائمًا عند ذروته.

دع خبرتنا تحمي كمال هذا "المليمتر الأخير" لك.
انتقل إلى https://www.raysoarlaser.com/للحصول على تشخيص عملية مخصص وخطة تحسين.