قطع الأنابيب بالليزر – ما يجب أن تعرفه

قطع الأنابيب بالليزر هي طريقة متعددة الاستخدامات وفعالة تستخدم في العديد من الصناعات لقطع ومعالجة مكونات الأنابيب المعدنية بدقة. إليك ما تحتاج إلى معرفته حول قطع الأنابيب بالليزر:

الألياف مقابل ثاني أكسيد الكربون₂ أشعة الليزر

بعض الأشياء ملحوظة تمامًا. "مولد" الليزر على ليزر الألياف أصغر كثيرًا عند مقارنته بجهاز CO التقليدي₂ في الواقع، يتم إنشاء ليزر الألياف من خلال مجموعات من الثنائيات التي يتم تجميعها معًا في وحدة بحجم حقيبة العمل يمكن أن تتراوح قوتها من 600 إلى 1500 واط. يتم توصيل وحدات متعددة معًا لإنشاء الرنان النهائي المزود بالطاقة، والذي يكون عادةً بحجم خزانة ملفات صغيرة. يتم توجيه الضوء الناتج وتضخيمه من خلال كابل الألياف الضوئية. عندما يخرج الضوء من كابل الألياف الضوئية، يكون هو نفسه الذي تم توليده دون فقدان الطاقة أو الجودة. ثم يتم ضبطه وتركيزه على نوع المادة المراد قطعها.

ال CO₂ إن الرنان أكبر بكثير ويتطلب طاقة أكبر، حيث يتم إدخال الكهرباء إلى مجموعة من الغازات لإنتاج شعاع الليزر. تساعد المرايا الضوء على اكتساب الكثافة، مما يجعله جاهزًا للخروج من الرنان. بعد الخروج من الرنان، يجب أن يسافر الشعاع عبر مسار يتألف من عدة مرايا مبردة حتى يصل إلى العدسة. يتسبب هذا السفر في فقدان الطاقة والجودة في شعاع الليزر.

نظرًا لكمية الطاقة المطلوبة لإنشاء CO₂ الليزر، فهو أقل كفاءة وله كفاءة توصيل حائط أقل بكثير عند مقارنته بالليزر الليفي. ويترتب على ذلك أن المبردات الكبيرة المطلوبة لثاني أكسيد الكربون₂ تحتاج أجهزة الليزر أيضًا إلى طاقة إجمالية أكبر. ونظرًا لكفاءة مقبس الحائط لجهاز الرنان بالليزر الليفي التي تزيد عن 40 بالمائة، فإنك لا تستخدم طاقة أقل فحسب، بل تستخدم أيضًا مساحة أقل من المساحة التي تحتاج إليها بشدة.

بعض الأشياء لا تكون واضحة تمامًا حتى تلقي نظرة فاحصة على ليزر الألياف أثناء التشغيل. نظرًا لأن قطر شعاعه غالبًا ما يكون ثلث حجم ليزر ثاني أكسيد الكربون،₂ الشعاع، ليزر الألياف لديه كثافة طاقة أكبر من ليزر ثاني أكسيد الكربون₂ شعاع الليزر. لا يسمح هذا للألياف بالقطع بشكل أسرع فحسب، بل يسمح لها أيضًا بالاختراق بشكل أسرع. يمنح حجم الشعاع الأصغر أيضًا الألياف القدرة على قطع الأشكال المعقدة وترك حواف حادة. تخيل قطع شعار شركة من أنبوب عندما تكون المسافة بين أحرف الشعار 0.035 بوصة؛ يمكن للألياف إجراء هذا القطع، بينما يمكن لألياف ثاني أكسيد الكربون أن تقطع بشكل أسرع.₂ لا يستطيع الليزر ذلك.

يبلغ طول موجة الليزر الليفي 1.06 ميكرون، وهو أصغر بنسبة 10 في المائة من طول موجة ليزر ثاني أكسيد الكربون.₂ شعاع الليزر. بفضل طوله الموجي الأصغر كثيرًا، ينتج ليزر الألياف شعاعًا يتم امتصاصه بسهولة أكبر بواسطة المادة العاكسة؛₂ من المرجح أن ينعكس الليزر عن سطح هذه المواد. وبسبب هذا، يمكن لآلات القطع بالليزر الليفي قطع النحاس والنحاس الأصفر وغيرها من المواد العاكسة. تجدر الإشارة إلى أن ثاني أكسيد الكربون₂ إن شعاع الليزر الذي ينعكس عن المادة لا يمكن أن يتلف عدسة القطع الخاصة بالماكينة فحسب، بل أيضًا مسار الشعاع بالكامل. إن استخدام كابل الألياف الضوئية لمسار الشعاع يزيل هذا الخطر.

بالطبع، لا يحتاج ليزر الألياف إلى الكثير من الاهتمام من حيث الصيانة. فهو لا يتطلب تنظيف المرآة وفحوصات المنفاخ التي تتطلبها عملية إزالة ثاني أكسيد الكربون.₂ تحتاج آلة القطع بالليزر إلى مياه تبريد نظيفة، وطالما يتم استبدال مرشحات الهواء بشكل روتيني، فإن ليزر الألياف نفسه لا يحتاج إلى صيانة وقائية.

هناك اعتبار آخر يتعلق بوحدات الليزر الليفي بحجم حقيبة اليد، فهي تسمح بالتكرار. إذا واجهت إحدى الوحدات مشكلة، فإن الرنان لا يتوقف عن العمل تمامًا. إن الليزر الليفي زائد عن الحاجة بطريقة تجعل الوحدات الأخرى قادرة على إنتاج المزيد من الطاقة مؤقتًا لدعم الوحدة المعطلة حتى يمكن إكمال الإصلاحات، والتي يمكن القيام بها بالمناسبة في الميدان. وفي أوقات أخرى، يمكن أن يستمر الرنان الليفي في إنتاج طاقة منخفضة حتى يمكن إجراء الإصلاحات. لسوء الحظ، إذا كان الرنان الليفي₂ الرنان لديه مشكلة، الرنان بأكمله معطل، وليس فقط في وضع الطاقة المنخفضة.

السميك والرفيع لقطع حوض الليزر

في وقت ما، اعتقد الكثيرون أن ليزر الألياف يمكن استخدامه فقط للمواد الرقيقة.₂ مع طوله الموجي الأكبر، أحدث الليزر الليفي شقًا كافيًا أثناء قطع المواد السميكة بحيث تم توفير مساحة كافية لإزالة المواد؛ ولم يتمكن الليزر الليفي من إنتاج نفس الشق أو النتائج مع المواد الأكثر سمكًا. ولكن تم معالجة ذلك في السنوات الأخيرة باستخدام تقنية التجميع التي يمكنها إنتاج شعاع أوسع من الليزر الليفي الذي يخلق فصلًا للمواد ومساحة لإزالة المواد في المواد السميكة. ونظرًا لأن عرض الشعاع قابل للتبديل، يمكن للآلة استخدام الشعاع الأضيق لمعالجة المواد الرقيقة، مما يسمح بمعالجة أسرع للمواد ذات الأحجام المختلفة على نفس آلة القطع بالليزر الليفي.

قطع الأنابيب بالليزر

تُباع آلات قطع الألواح بالليزر الآن بتقنية توليد الليزر القادرة على توصيل ما يصل إلى 12 كيلو وات من الطاقة. قطع أنبوب الليزر تبلغ القدرة القصوى للآلة عادة 5 كيلو وات لأن أي طاقة إضافية سوف تقطع في نفس الوقت الجانب الآخر من الأنبوب.

ربما لاحظت أننا لم نناقش سرعة القطع بعد. من الممكن قطع ما يصل إلى 500 بوصة في الدقيقة على أنبوب، لكن هذا ليس واقعيًا دائمًا. في قطع الأنبوب بالليزر، يجب أن يكون التركيز الحقيقي على المدة التي يستغرقها تحميل الأنبوب، وفهرسته بحيث يكون في الوضع الصحيح للقطع، وثقبه وقطعه، وتفريغ الجزء. يتعلق الأمر أكثر بوقت معالجة الجزء باستخدام آلات قطع الأنبوب بالليزر، وليس سرعة القطع.

مادة قطع الأنبوب بالليزر

يمكن لآلة القطع بالليزر التي تقطع الصفائح المعدنية أن تغير الصفائح في ثوانٍ. ويمكن القيام بنفس الشيء باستخدام آلة قطع الأنابيب بالليزر، لكن الأمر مختلف تمامًا فيما يتعلق بكيفية القيام بذلك.

لا توجد أبراج مواد قياسية مع آلة قطع الأنابيب بالليزر. تقوم أجهزة تحميل الحزم، وهي أكثر خيارات مناولة المواد الأنبوبية كفاءة، بتغذية أنبوب واحد في كل مرة من الحزمة إلى ليزر الأنبوب عبر نظام التفرد. لا يعمل هذا النوع من آلية التغذية مع المقاطع المفتوحة، مثل الزوايا أو القنوات، لأنها تتشابك أثناء وجودها في الحزمة ولا تتحرر بسهولة. بالنسبة للمقاطع المفتوحة، يتم استخدام أجهزة تحميل متدرجة، والتي تقوم بتسلسل قسم واحد في كل مرة داخل الآلة مع الحفاظ على الاتجاه الصحيح لذلك القسم.

هذه الأنابيب ليست صغيرة الحجم. في الولايات المتحدة، يبلغ الطول القياسي 24 قدمًا. وفي بعض المناطق على الساحل الغربي، تعمل الأنابيب عادةً بأطوال 20 قدمًا كأحجام قياسية.

التنوع هو واقع أي ورشة عمل، وينطبق نفس الشيء على أولئك الذين يستخدمون ليزر الأنبوب. ليس من غير المعتاد أن نرى أجزاء بأحجام مختلفة تأتي من أنبوب واحد. يجب أن تكون الآلة قادرة على تفريغ الأجزاء المقطوعة بالليزر والتي قد تكون صغيرة مثل 2 بوصة وطولها يصل إلى 15 قدمًا، واحدة تلو الأخرى. يجب أيضًا أن تكون قادرة على تفريغ هذه الأجزاء دون إتلافها، وهو ما قد يشكل تحديًا مع المعادن الأكثر ليونة مثل الألومنيوم.

إن طبيعة الأنبوب تمنع الحاجة إلى آلة مزودة بليزر عالي الطاقة للغاية. فبينما أصبحت آلات قطع الألواح المسطحة بالليزر متوفرة الآن بمولدات ليزر بقوة 12 كيلو وات، فإن آلات قطع الأنابيب بالليزر تتطلب عادةً حدًا أقصى للطاقة يبلغ 5 كيلو وات فقط. ومع الأنبوب، يتعين عليك دائمًا التفكير في الجانب الآخر من الأنبوب الذي تقوم بقطعه. أما الليزر الأقوى فسوف ينفث ببساطة عبر الجانب الآخر من الأنبوب أثناء القطع. (بالطبع، إذا كنت تقوم بمعالجة شعاع أو قناة على ليزر الأنبوب، فلا داعي للقلق بشأن الجانب الآخر).

هناك اعتبار آخر في قطع الأنابيب وهو اللحام. يتم تشكيل هذه المادة باللف ثم لحامها معًا. وهذا يثير نقطتين يجب تناولهما عادةً:

يجب أن يؤخذ وضع اللحام في الأنبوب في الاعتبار عند القطع بالليزر. يجب ألا يتداخل اللحام مع الدبابيس أو الثقوب، وللتطبيقات الجمالية، مثل الأثاث، يجب إخفاء اللحامات قدر الإمكان. في نظام قطع الأنبوب بالليزر التقليدي، يتم استخدام مستشعر بصري لمسح الأنبوب للبحث عن اللحام. غالبًا ما يكون الأنبوب مغطى بالزيت أو الصدأ، وقد يكون من الصعب التمييز بين اللحام والمناطق السطحية الأخرى المليئة بالملوثات. في الفولاذ المقاوم للصدأ أو المجلفن، قد يكون اللحام مرئيًا داخليًا فقط. وقد دفع هذا بعض الشركات المصنعة إلى دمج كاميرات في أنظمتها تسمح للآلات ليس فقط بمسح الجزء الخارجي من الأنبوب، ولكن أيضًا داخليًا أيضًا. يسمح هذا للآلة باكتشاف اللحام المخفي وتحديد موضع الأجزاء بشكل صحيح بالنسبة له.
تتكون طبقات اللحام أيضًا من تركيبات مختلفة وتُقطع بشكل مختلف عن بقية الأنبوب. تقليديًا، كان على المشغلين إبطاء أو زيادة الطاقة في جميع العمليات التي تتم على الأنبوب لمراعاة طبقات اللحام. اليوم، طورت بعض الشركات المصنعة للمعدات الأصلية تكنولوجيا التحكم والمعلمات الخاصة بها للسماح للآلة بتحديد طبقات اللحام وضبط تلك الأقسام فقط. يتيح هذا للآلة معالجة تلك الأجزاء بأسرع طريقة. يضبط التحكم تلقائيًا الطاقة والتردد ودورة العمل أثناء شق الليزر طريقه عبر الأنبوب وطبقات اللحام الخاصة به. لا يتعين على المشغل إنشاء معلمات مثالية؛ يمكنه التركيز على إدخال المواد وإخراجها من الآلة.

لا يوجد شيء مثالي مع قطع الأنابيب بالليزر

ضع في اعتبارك أنه لا يوجد شيء اسمه أنبوب مثالي. فهي تحتوي على أقواس. وقد تبرز طبقات اللحام ليس فقط على الجزء الخارجي ولكن أيضًا على الجزء الداخلي من الأنبوب. إنه لأمر صعب حقًا معالجة هذه المادة باستمرار وبسرعة عندما توجد مثل هذه التناقضات من منتج إلى آخر.

تخيل أنك مضطر إلى وضع ثقب في منتصف الأنبوب. يجب أن يكون الثقب متمركزًا على البعد الفعلي، وليس على أحد جوانب الأنبوب فقط. إذا كان الأنبوب منحنيًا، فسيؤدي ذلك إلى جعل الأمور أكثر صعوبة. هذه هي حياة تصنيع الأنابيب.

كيف يمكنك تعويض ذلك؟ تقليديًا، ستنزل وتلمس الوجه بمستشعر يحدد نقطة الاتصال. ثم يتم تدوير الأنبوب، ولمس الجانب الآخر من الأنبوب. يمنح هذا التحكم فكرة عن مدى انحناء الأنبوب. هذه الطريقة دقيقة ويمكنها ضمان عمل هذه الثقوب المارة للتطبيق. ولكن ضع في اعتبارك أنه في كل مرة يتم فيها تدوير الأنبوب، تقل القدرة على تقديم تحمُّلات عالية جدًا.

آلات قطع الأنابيب بالليزر

العامل الآخر الذي يجب وضعه في الاعتبار هو أن الطريقة التقليدية للتحقق من وجود انحناءات أو التواءات في الأنبوب قد تستغرق ما يصل إلى خمس أو سبع ثوانٍ قبل بدء القطع. مع الوسائل التقليدية لاستشعار اللمس، عليك أن تتخلى عن الإنتاجية من أجل الدقة. مرة أخرى، في عصر القطع بالليزر الليفي، قد يبدو هذا وكأنه عمر كامل، لكن العمل مع الأنبوب ليس بسيطًا مثل العمل مع الصفائح المعدنية.

لسد الفجوة الزمنية عندما يتعلق الأمر بفحص الأنابيب، يستخدم بعض مصنعي الآلات كاميرات لهذه الفحوصات. فهي تقلل من وقت فحص الجودة إلى حوالي نصف ثانية كما تقلل أيضًا من عدد الدورات المطلوبة. وهذا يسمح للآلة بالاحتفاظ بالإنتاجية وكذلك الدقة.

الحقيقة هي أن قسم المشتريات سوف يسعى دائمًا إلى الخيار الأقل تكلفة. وهذا يعني أن الأنابيب التي تأتي من المصنع في أحد الأسابيع من غير المرجح أن تكون هي نفسها في الأسبوع التالي. ويتعين على الشركة المصنعة أن تتعلم كيفية إدارة هذا التنوع.

التركيز على إنتاج الأجزاء النهائية

إن أجهزة الليزر الليفي لا تحتاج إلى صيانة تقريبًا، وتُظهِر كفاءة فائقة في توصيل الحائط عند مقارنتها بآلات القطع بالليزر ثاني أكسيد الكربون التقليدية، ويمكنها قطع المواد العاكسة، وتوفر قطعًا دقيقًا. كما أنها أسرع من آلات ثاني أكسيد الكربون عند قطع سماكات معدنية معينة. ومع ذلك، فإن السرعة نسبية عندما يتعلق الأمر بقطع الأنبوب. يأتي التوفير الحقيقي في الوقت من تسريع وقت معالجة الأنبوب وإنتاج الأجزاء النهائية.