الليزر أم نفث الماء أم البلازما: أي عملية قطع لأي عمل

كيف تقطع كل عملية

يركّز الليزر شعاعًا على بقعة صغيرة بما يكفي لصهر المعدن تحتها، ويدفع غاز مساعد المصهور خارج الشق الذي يخلّفه، أي عرض القطع. يحافظ النيتروجين على حافة لامعة في الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألمنيوم؛ بينما يقطع الأكسجين الفولاذ الكربوني بسرعة أكبر ويترك حافة مؤكسدة. ويأتي المسار مباشرة من ملف CAD، فتطابق القطعة العاشرة الأولى ولا توجد أدوات قوالب تُستهلك تكلفتها، ولهذا تبدأ معظم أعمال الصفائح المعدنية المخصصة عند خدمة القطع بالليزر. ويدير ليزر المواسير المقطع تحت الشعاع نفسه، فتخرج الثقوب والفتحات الطولية والقطوع المائلة وقطوع السرج في مرور واحد.

يقطع نفث الماء على البارد. إذ يحمل تيار ماء بدقة الشعرة تحت ضغط عالٍ جدًا مادة كاشطة ناعمة عبر المادة، فيحتّها بدلًا من صهرها. لا يُسخَّن شيء، فلا حافة محترقة ولا تشوّه ولا تغيّر في بنية المعدن. وتقطع الفوهة نفسها الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم والنحاس الأصفر والنحاس والحجر والزجاج والمواد المركّبة، وهذا ما وُجدت له خدمة القطع بنفث الماء.

البلازما قوس كهربائي. يُدفع الغاز عبر فوهة ضيقة فيتأيّن إلى نفّاث ساخن بما يكفي لصهر أي معدن موصل، وتدفع سرعة النفّاث نفسها المصهور بعيدًا. وهي الأسرع بين الثلاث عبر الفولاذ الكربوني السميك. وتشغّلها هداية على محور أنبوب دوّار في القطع بالبلازما للأنابيب المستديرة، وعلى ذراع متعددة المحاور في القطع الروبوتي بالبلازما للعوارض والقنوات والزوايا والمواسير.

جودة الحافة والمنطقة المتأثرة بالحرارة

حافة الليزر على الصفيحة ضيقة وشبه عمودية ولا تحتاج عادةً إلى إعادة تشغيل. ومع ارتفاع السماكة تخشن الخطوط على وجه القطع، وقد تلتصق بالحافة السفلية حبة من المعدن المتصلّب من جديد، أي الخبث. والمنطقة المتأثرة بالحرارة ضيقة لكنها موجودة: تظهر على الفولاذ المقاوم للصدأ كشريط رقيق من التلوّن الحراري بجوار القطع، وعلى الفولاذ الكربوني القابل للتصليد كقشرة متصلّدة.

حافة البلازما أعرض، وتحمل ميلًا طفيفًا من شكل القوس، وتترك خبثًا يُزال قبل أن تنتقل القطعة إلى المرحلة التالية. وعلى قطع سرج في عارضة أو أنبوب سيُلحَم لا يهم شيء من ذلك. وعلى أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ يُزال التلوّن بـالتخليل أو الصقل حيث يهم التشطيب.

حافة نفث الماء مطفية متجانسة بملمس كالمعالج بالرمل، دون تلوّن حراري ولا نتوءات. وعلى المواد السميكة تُظهر الحافة السفلية ميلًا طفيفًا أو خطوطًا. ولا توجد منطقة متأثرة بالحرارة على الإطلاق، وهذا هو جوهر الحجة لصالح هذه العملية.

تصنّف ISO 9013 جودة الحواف المقطوعة حراريًا، ومنها الليزر والبلازما، بحسب العمودية وخشونة السطح؛ ويمكن للرسم أن يستدعي درجة منها بدلًا من كلمة «نظيفة».

النتيجة في السياق السعودي تقع على الفولاذ المقاوم للصدأ. فالحافة ذات التلوّن الحراري أكسيد فوق معدن تخلّى عن الكروم لتكوينه، وفي هواء جدة أو الدمام الرطب المحمّل بالكلوريد يكون ذلك الشريط هو حيث يبدأ جزء من 304 بالتبقّع والتنقّر. لذا يُقطع الفولاذ المقاوم للصدأ الساحلي المكشوف على البارد، أو تُخلَّل حوافه المقطوعة حراريًا وتُخمَّل قبل أن تغادر القطعة الورشة.

أي سماكة وأي مادة تناسب كل عملية

تفرز السماكة والمادة العمليات الثلاث أكثر من أي شيء آخر، بوصف ذلك ممارسة هندسية لا نطاق آلة بعينها.

يستأثر الليزر بالصفائح الرقيقة والمتوسطة من الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم والفولاذ الكربوني. فهو الأسرع هناك وحافته الأفضل هناك. ومع تزايد سماكة الألواح يتباطأ القطع ويظهر الخبث ويرتفع استهلاك النيتروجين على الفولاذ المقاوم للصدأ. ويعكس النحاس والنحاس الأصفر الشعاع، فيُقطعان رقيقين أو لا يُقطعان أصلًا، ولذلك تكون صفائح النحاس الأصفر C26000 والنحاس C11000 عادةً من أعمال نفث الماء.

لا تقطع البلازما إلا ما يوصل الكهرباء، وتتحسّن اقتصادياتها كلما زادت سماكة ألواح الفولاذ الكربوني ومقاطعه. وعملها الطبيعي هو ألواح ASTM A36 وS355 والعوارض والقنوات وجدران الأنابيب، حيث السرعة والحافة الجاهزة للحام هما ما يحتاجه المُصنِّع.

يقطع نفث الماء أي شيء يمكن تثبيته مسطحًا، عند سماكات تتجاوز ما تعطي عنده العمليات الحرارية حافة صالحة، وهو الخيار الوحيد للمواد غير المعدنية وللمعادن التي يجب ألا تتعرض للحرارة. وهو أبطأ على كل شيء، ولذلك يخسر أمام الليزر على الصفائح الرقيقة بالكميات.

عرض القطع والتفاوت المسموح وهندسة القطعة

عرض القطع هو المادة التي تزيلها العملية، ويزيح البرنامج مسار الأداة بنصفه حتى تخرج القطعة بمقاسها. ويحدد عرض القطع الضيق مدى دقة التفصيل الذي يمكن قطعه ومدى تراص القطع في التعشيق. وعرض قطع الليزر هو الأضيق، ولهذا يكون النمط المثقّب أو شاشة المشربية من أعمال الليزر؛ وتنطلق حاسبة نسبة المساحة المفتوحة للصفائح المثقّبة ومقالة اختيار حجم الثقب والمسافة بين مراكز الثقوب من الهندسة نفسها.

الثقوب الصغيرة تميّز بين العمليات. يقطع الليزر ثقبًا يقارب عرض قطعه. ويتعثّر قوس البلازما متى اقترب قطر الثقب من سماكة اللوح؛ فيترك ميلًا ونقرة دخول، ولهذا لا تُقطع ثقوب البراغي الإنشائية بالبلازما إلا حيث تسمح المواصفة وتُثقب بالمثقاب حيث لا تسمح. ويقطع نفث الماء ثقبًا صغيرًا بنظافة لكنه يخترق ببطء، فتكلّف القطعة ذات مئات الثقوب أكثر مما يوحي به محيطها.

الاستواء يتبع الحرارة. فقد تتقوّس قطعة طويلة ضيقة مقطوعة بالليزر من فولاذ مقاوم للصدأ رقيق حين تسخن إحدى حافتيها قبل الأخرى. ولا يُدخل نفث الماء أي حرارة، فتبقى القطعة الكبيرة الرقيقة مستوية، ولهذا تُقطع الألواح الزخرفية بتشطيب المرآة أو الصفائح المطلية بـPVD ووجهها إلى الأسفل تحت فيلم واقٍ على نفث الماء حين يجب أن يصل الوجه دون مساس، وهو المعيار نفسه الذي تضعه مقالة الحزّ على شكل V للطيّ.

ما يحرّك تكلفة كل عملية

تكلفة القطعة هي الوقت على الآلة، وما تستهلكه الآلة، وما يجب أن يحدث للقطعة بعد ذلك.

وقت الليزر قصير على الصفائح، والمستهلكات هي الغاز والبصريات. والنيتروجين هو ما يُحسب له حساب: فالحافة اللامعة في الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألمنيوم تُشترى بتدفق عالٍ منه، ويرتفع التدفق مع السماكة. ويرصّ التعشيق القطع عبر الصفيحة لتقليل الهدر، والصفيحة هي أكبر بند تكلفة في معظم أعمال الفولاذ المقاوم للصدأ؛ وتضع حاسبة وزن الصفائح والألواح رقمًا للفراغ قبل تقديم الاستفسار.

وقت نفث الماء طويل والمستهلك هو المادة الكاشطة، الغارنت في الغالب، إضافة إلى الطاقة اللازمة للحفاظ على الضغط. وكلما كان قطع المادة أبطأ استهلك كل متر من الحافة مادة كاشطة أكثر، فتتبع التكلفة السماكة والصلادة عن كثب. وفي المقابل لا يوجد «ما بعد»: لا خبث ولا تلوّن حراري ولا تخليل.

وقت البلازما هو الأقصر عبر الفولاذ الكربوني السميك، ومستهلكاتها، الأقطاب والفوهات، رخيصة مقارنة بالمعدن المُزال. وتكلفتها تقع فيما بعد: إزالة الخبث عن كل قطعة، والجلخ أو الشطف حيث تطلب المواصفة حافة معدّة، وعلى الفولاذ المقاوم للصدأ التخليل أو الصقل الذي يزيل التلوّن الحراري.

لا يحمل الليزر ولا نفث الماء أي أدوات قوالب، فتكلّف القطعة الأولى ما تكلّفه المئة، ويُسعَّر التشغيل القصير بمتر القطع وعدد الاختراقات لا برسم إعداد.

الاختيار بين الليزر ونفث الماء والبلازما

ما المادة؟ المواد غير المعدنية والنحاس والنحاس الأصفر والسبائك الحساسة للحرارة أو المصلّدة تذهب إلى نفث الماء. ومقاطع الفولاذ الكربوني وأنابيبه تذهب إلى البلازما. وصفائح 304 و316L والألمنيوم 5052 تذهب إلى الليزر ما لم ترسلها السماكة أو الحافة إلى مكان آخر.

ما السماكة؟ الصفائح والألواح الخفيفة من أعمال الليزر؛ والألواح السميكة من أعمال نفث الماء أو البلازما، ويفصل بينهما السؤال التالي. وتطرح مقارنة الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ للأعمال الإنشائية النقطة نفسها من جانب المادة: يُقطع الفولاذ الكربوني بالبلازما دون هواجس السطح التي يجلبها القطع الحراري إلى الفولاذ المقاوم للصدأ.

ماذا يحدث للحافة؟ الحافة التي ستُلحَم تتحمّل البلازما. والحافة التي ستُشغَّل آليًا أو تُصقل أو تُرى أو تتعرض للهواء الساحلي تريد الليزر على الصفائح ونفث الماء على الألواح. والحافة التي يجب ألا تُصلَّد أو تُليَّن تريد نفث الماء أيًا كانت السماكة.

كم العدد، وما مدى الدقة؟ التفاصيل الدقيقة والثقوب الصغيرة بالكميات من أعمال الليزر. وحفنة من الفراغات السميكة البسيطة من أعمال نفث الماء أو البلازما، والآلة المتاحة.

أين تقف هداية

تعمل هداية للصناعات المعدنية من ثلاث مدن وعشرة مواقع وثلاثة مصانع في المملكة العربية السعودية، بفروع في جدة والرياض والدمام؛ وبدأت المجموعة عام 1976. ويشغّل مركز الخدمة العمليات الثلاث جميعها: القطع بالليزر المسطّح والقطع بليزر المواسير في الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم والفولاذ الكربوني؛ والقطع بنفث الماء الكاشط للألواح والنحاس الأصفر والنحاس والمواد غير المعدنية؛ والبلازما على محور أنبوب دوّار وعلى خلية روبوتية للمقاطع الإنشائية. وتأتي المادة من مخزون هداية أو يورّدها العميل، رهنًا بالفحص عند الاستلام، ويمكن للقطعة المقطوعة أن تنتقل إلى الثني أو الحزّ على شكل V أو اللحام أو التخليل أو الصقل أو PVD في الطلب نفسه.