تطبيق غاز ليزر الإكسيمر

يختلف الغاز المساعد المستخدم في آلة القطع بالليزر باختلاف المواد المستخدمة. كما يختلف سمك القطع، وضغط الغاز المساعد، ومتطلباته. من حيث التكلفة، يُعدّ قطع الفولاذ الكربوني بالأكسجين أقل تكلفة نسبيًا، بينما يتطلب قطع الفولاذ الكربوني بكمية كبيرة من النيتروجين. أما عند قطع الفولاذ المقاوم للصدأ، فترتفع التكلفة نسبيًا مع زيادة سمكه وارتفاع نسبة النيتروجين ونقائه.

يُستخدم الغاز المساعد لماكينة القطع بالليزر بشكل أساسي في:

1. غاز الليزر (الغاز المستخدم لإنتاج الليزر في مولد الليزر)

2. الهواء المضغوط (يستخدم بشكل عام لحماية مسار الضوء، ويستخدمه بعض المصنعين أيضًا كغاز واقٍ)

3. الغاز المساعد (الغاز الذي يتم رشه من فوهة القطع الخاصة بآلة القطع)

يتطلب قطع الفولاذ الكربوني بالأكسجين نقاءً بنسبة 99.5% أو أعلى. وتتمثل وظيفته الأساسية في المساعدة على إشعال النار وإزالة الخبث الناتج عن القطع. يختلف ضغط ومعدل تدفق الأكسجين بين كل مصنّع لماكينات القطع بالليزر، وهو أمرٌ مرتبطٌ بشكلٍ وثيقٍ بحجم فوهة القطع وسُمك لوح المادة المراد قطعها. عمومًا، يتراوح الضغط المطلوب بين 0.3 و0.8 ميجا باسكال، بينما يتراوح ضغط فوهة القطع بين 0.02 و0.05 ميجا باسكال. أما معدل التدفق، فيصعب تحديده بدقة، فعلى سبيل المثال، عند قطع فولاذ كربوني بسُمك 22 مم، يصل معدل التدفق لدى بعض المصنّعين إلى 10 أمتار مكعبة في الساعة (مع استخدام حماية مزدوجة الطبقات لفوهة القطع بالأكسجين).

يُستخدم النيتروجين في قطع الفولاذ المقاوم للصدأ. وظيفته منع تفاعل الأكسدة وإزالة الخبث. يتطلب النيتروجين نقاءً عالياً (خاصةً مع الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يزيد سمكه عن 8 مم، حيث يُشترط عادةً أن يكون نقاوته 99.999%). كما يتطلب ضغطاً عالياً نسبياً، يتجاوز عادةً 1 ميجا باسكال، فعلى سبيل المثال، عند قطع الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يزيد سمكه عن 12 مم أو يصل إلى 25 مم، يكون الضغط المطلوب أعلى، أي أكثر من 2 ميجا باسكال. يختلف معدل التدفق حسب نوع فوهة القطع، ولكنه يكون مرتفعاً جداً، فمثلاً، يصل معدل التدفق لدى بعض المصنّعين إلى 150 متر مكعب/ساعة لقطع الفولاذ المقاوم للصدأ بسمك 12 مم، بينما لا يتجاوز 50 متر مكعب/ساعة لقطع الفولاذ بسمك 3 مم.

تستخدم آلة اللحام بالليزر غازًا واقيًا في عملية اللحام، حيث يُضخ هذا الغاز عبر الفوهة ليصل إلى سطح قطعة العمل بضغط معين، ولكن الكثيرين لا يعرفون سبب استخدام هذا الغاز. فيما يلي شرح من فنيي شركة Shengyujia للغازات حول سبب استخدام آلة اللحام بالليزر للغاز الواقي:

السبب الأول:يمكن أن يحمي عدسة التركيز من تلوث بخار المعادن وتناثر قطرات السائل

يمكن للغاز الواقي أن يحمي عدسة التركيز لآلة اللحام بالليزر من تلوث بخار المعدن وتناثر قطرات السائل، خاصة في اللحام عالي الطاقة، لأن المقذوفات تصبح قوية للغاية، وفي هذا الوقت تكون حماية العدسة أكثر ضرورة.

السبب الثاني: الغاز الواقي فعال للغاية في تشتيت درع البلازما الناتج عن لحام الليزر عالي الطاقة

يمتص بخار المعدن شعاع الليزر ليتأين مكونًا سحابة بلازما، ويتأين الغاز الواقي المحيط به بفعل الحرارة. في حال وجود كمية كبيرة من البلازما، يُستهلك جزء من شعاع الليزر فيها. تتواجد البلازما، كمصدر طاقة ثانٍ، على سطح العمل، مما يقلل عمق اللحام ويوسع مساحة حوض اللحام. يزداد معدل إعادة تركيب الإلكترونات بزيادة تصادماتها الثلاثية مع الأيونات والذرات المتعادلة، مما يقلل كثافة الإلكترونات في البلازما. كلما كانت الذرة المتعادلة أخف وزنًا، زاد معدل التصادم وبالتالي معدل إعادة التركيب. من جهة أخرى، لا تزيد الغازات الواقية ذات طاقة التأين العالية من كثافة الإلكترونات بسبب تأين الغاز نفسه.

السبب الثالث: يمكن للغاز الواقي أن يمنع قطعة العمل من التأكسد أثناء عملية اللحام.

يجب أن تستخدم ماكينة اللحام بالليزر غازًا واقيًا، وينبغي ضبط البرنامج بحيث يبدأ بتشغيل الغاز الواقي أولًا ثم الليزر، وذلك لمنع ظاهرة أكسدة نبضات الليزر أثناء المعالجة المستمرة. يحمي الغاز الخامل حوض اللحام المنصهر، ولكن في بعض المواد التي لا تُراعى فيها أكسدة السطح، لا يُنصح باستخدام الحماية. مع ذلك، في معظم التطبيقات، يُستخدم الهيليوم والأرجون والنيتروجين وغيرها من الغازات لحماية قطعة العمل من الأكسدة أثناء عملية اللحام.

هذه هي الأسباب التي تجعل الغازات الواقية تُستخدم في ماكينات اللحام بالليزر. يُستخدم الهيليوم عادةً كغاز واقٍ، فهو يُثبّط البلازما إلى أقصى حد، مما يزيد من عمق الاختراق ويُحسّن سرعة اللحام. كما أنه خفيف الوزن، فلا يُسبّب المسامية بسهولة. وبالطبع، من واقع خبرتنا في اللحام، فإنّ فعالية غاز الأرجون الواقي جيدة أيضاً.