Nozzle and Gas Pressure
البزّاز (nozzle) هو طرف مخروطي الشكل به قناة لتوجيه شعاع الليزر. ويعتمد قطر فتحة البزّاز على سُمك وكثافة السطح المُعالج.
يُغلق تماس مستشعر التتبع (السعوي) مباشرةً على البزّاز (غالبًا عبر عازل سيراميكي). ويُولّد المستشعر الإشارات التي تحافظ على المسافة المحدّدة (standoff) بين البزّاز وسطح القطعة أثناء التشغيل.
مواد تصنيع البزّازات
تُصنع البزّازات من النحاس، الذي يُبدّد الحرارة جيّدًا ويحتفظ بخصائصه السعوية في درجات الحرارة العالية. وكثيرًا ما يُطلى البزّاز بطبقة كروم تمنع التصاق قطرات المعدن الملتهبة — التي تُنفخ خارج منطقة القطع — بسطحه. فعند الالتصاق تتعطّل المسافة المثلى بين البزّاز وسطح المادة، لذا تُستبدل البزّازات غير المطلية بالكروم بوتيرة أعلى.
أنواع تصاميم البزّازات
- البزّازات الأحادية (طبقة واحدة) تُستخدم لإمداد النيتروجين والغازات الخاملة عند قطع الفولاذ المقاوم للصدأ وسائر الفولاذ عالي السبائكية والألمنيوم والتيتانيوم والزنك والنحاس الأصفر.
- البزّازات المزدوجة (طبقتان) تُستخدم في القطع بالأكسجين للفولاذ منخفض السبائكية. وداخل البزّاز يوجد إدخال يُمرّر غازين مختلفين؛ التيار الداخلي أكسجين نقي (99,999 %)، والتيار الخارجي يحمي تيار الأكسجين من هواء الجو. والحماية ضرورية لأن شوائب الهواء تُغيّر معايير الاحتراق وبالتالي خصائص أداء الماكينة.
اختيار قطر فتحة المرور
تُختار البزّازات بتناسب عكسي مع ضغط الغاز المُستخدم.
يُختار قطر فتحة الخروج تبعًا لسُمك المعدن المُقطّع. ومع زيادة سُمك المادة يزداد قطر فتحة البزّاز.
كما يؤثر قطر فتحة الخروج على مساحة مقطع تدفّق الغاز وعلى سرعته وشكله. كلما زاد القطر ارتفعت هذه المؤشرات، وكان طرد المُذاب أكثر كفاءة، وحدث القطع بشكل أسرع.
لا فائدة من ذكر أرقام محدّدة (قطر البزّاز)، لأن القيم تختلف في كل حالة وتُحدَّد بالقدرة والمسافة البؤرية ومسافة الـ standoff ومعايير أخرى.
أدنى تسرّب لهواء الجو أو غازات أخرى يُغيّر معايير الاحتراق وخصائص الماكينة بناءً عليه. لذلك تعمل طبقة الغاز الخارجية بمثابة "غلاف" واقٍ للعمود الغازي الداخلي.
وظائف البزّاز
عند مَركَزة فتحة الخروج بصورة صحيحة بالنسبة لشعاع الليزر، يؤدّي البزّاز الوظائف التالية:
- يحمي العدسات من الغبار والرذاذ والشوائب الأخرى، ويوجّه شعاع الليزر إلى منطقة القطع المحدّدة بدقة.
- يُمرّر غازات التشغيل إلى منطقة القطع بتدفّق مُتحكَّم به. فيرتفع جودة الحواف وتُتفادى نشأة النتوءات.
- يضمن تطابق محور تيار الغاز مع محور شعاع الليزر (التماثل المحوري).
- يطرد من منطقة القطع المُذاب الذي يتشكّل عند تسخين المعدن بشعاع الليزر إلى درجة الانصهار.
- يدخل الأكسجين في تفاعل أكسدة مع المعدن المُسخّن بالليزر، فيُطلق حرارة ترفع درجة حرارة منطقة القطع. وهذا يسمح بزيادة سرعة القطع وسُمك اللوح المُقطّع.
- يَطرد النيتروجين والغازات الخاملة (أرغون، هيليوم) هواء الجو الحاوي على أكسجين من منطقة القطع، فيُتفادى أكسدة المادة المُقطّعة. وتبقى حواف القطع نظيفة وملساء، فيُغني ذلك عن إزالة القشور ميكانيكيًا.
- يُبرّد حواف القطع، فيمنع التشوّهات الحرارية للمادة.
تتميّز بعض النسخ بطلاء كرومي، الهدف منه استبعاد احتمال التصاق قطرات المُذاب المنفوخة من منطقة القطع.
البزّاز من العناصر الاستهلاكية في ماكينة الليزر. ويُستخدم ضمن منظومة رأس الليزر لاستبعاد الأكسدة المفاجئة أو احتراق السطوح الساخنة.
الغاز المُساعد
يُرش الغاز المُساعد بشكل محوري مع شعاع الليزر لحماية العدسة من التلوّث وارتطام الرذاذ المُتوهّج، وفي بعض الحالات — إن كان أكسجينًا — للدخول في تفاعل مع المعدن ودفع الخبث المُنصهر إلى أسفل منطقة القطع؛ أما في حالة الفولاذ المقاوم للصدأ، فلتبريد المعدن ودفعه إلى الخارج.
ضغط الغاز
يؤثّر ضغط الغاز المُساعد على فعالية نفخ الخبث، ومن ثَمّ يؤثّر على جودة القطع بالليزر النهائية.
تتطلّب كل مادة معدنية ضغط غاز أمثل مختلف. فإن كان ضغط الغاز منخفضًا جدًا، تعذّر طرد المادة المنصهرة في الوقت المناسب، فتلتصق بالوجه الخلفي لحافة القطع.
وإن كان ضغط الغاز مرتفعًا جدًا، أضعف ذلك قدرة شعاع الليزر على القطع وجعل الشَّق (kerf) أوسع وأخشن.
تأثير الغاز المُساعد على الثقب (perforation/piercing)
- عند انخفاض ضغط الغاز، يصعب إجراء الثقب ويزداد زمن العمل.
- عند ارتفاع ضغط الغاز ارتفاعًا مفرطًا، تذوب نقطة الاختراق بإفراط وتتكوّن بقعة انصهار كبيرة.
ولذلك يكون ضغط الغاز عند ثقب اللوح الرقيق أعلى منه عند اللوح السميك.
هندسة البزّاز
من العوامل البالغة الأهمية في القطع بالليزر ضغط الغاز والمسافة بين المعدن والبزّاز (standoff)؛ فهذه المعايير تؤثر على جودة القطع.
يُؤثّر تذبذب تدرّج الضغط والقوة العرضية على جبهة المعالجة تأثيرًا ضارًا على قدرة تيار الغاز على إزالة الخبث، ما يؤدّي إلى تدهور جودة القطع.
افحص هندسة البزّاز مرّتين يوميًا؛ وعند حدوث تشوّه، استبدل البزّاز فورًا. تذكير: البزّاز قطعة استهلاكية.
أنواع البزّازات
- النوع A «التنّورة». بزّاز قياسي بمخروط مبتور. سُمّي بذلك لتشابهه البصري مع التنورة. غير مناسب لقطع الكنتورات المتقاربة (يصعد على الحافة المجاورة). من مزاياه أن للمستشعر زمنًا أكبر بكثير لمنع الاصطدام المحتمل للبزّاز بحافة قطع القطعة.
- النوع B «السومبريرو». سُمّي بذلك لتشابهه البصري مع قبعة المكسيك. الجزء المخروطي أعلى وزواياه الجانبية أصغر. مثالي لقطع الكنتورات المتقاربة (لا يصعد على الحافة المجاورة). من عيوبه أن المستشعر يحظى بزمن أقل بكثير لتفادي الاصطدام بحافة القطع، وقد يؤدّي ذلك إلى تلف الطلاء أو الحلقة السيراميكية.
- النوع C «سومبريرو-قطع مكافئ» (نصف سومبريرو)، فائق السرعة. سومبريرو بجدران مكافئة (parabolic) — تعديل لشكل السومبريرو، تسمح خصائصه الإنشائية بـ«انسياب» سلس حول العوائق وتجنّب الاصطدام بحافة القطع. والبزّازات فائقة السرعة خيار وسط بين البزّازات الكلاسيكية والسومبريرو. وبفضل الشكل المكافئ يتوفّر للمستشعر السعوي زمن استجابة أكبر. ومثل السومبريرو، تتيح هذه البزّازات قطع قطع ذات كنتورات متقاربة، لكنها تكون أقل أداءً مقارنةً بالسومبريرو في هذا الجانب.
- النوع D «سومبريرو-سهم». بزّاز ذو قمة مدوّرة، مناسب لقطع بسماكات تصل إلى 0,3 مم. لا يجرّ هذا النوع من البزّاز اللوح المعدني معه خلال الميلليمترات الأولى بعد ابتعاد الرأس، خلافًا للنوع المسطّح الرأس، وتبقى دقة القطع كما هي. ويسمح هذا الشكل بتفادي «التصاق» اللوح بالبزّاز أثناء رفع رأس الليزر.
تُستخدم بزّازات نوع السومبريرو أساسًا في الماكينات بقدرات تتجاوز 4 كيلوواط. غير أن دينامية توفير المادة تدفع إلى استخدام هذا النوع في الماكينات بقدرات تتجاوز 1 كيلوواط.
وجه تثبيت البزّاز
في جميع أنواع البزّازات المذكورة قد يكون وجه التثبيت في مقطعه سداسيًا أو دائريًا. ويمكن استخدام الموديلات السداسية على الماكينات المزوّدة بتغيير آلي للبزّازات. وفي غياب الأتمتة، يصلح كلا الشكلين.
من المهم استيعاب أن لكل شكل عيوبه ومزاياه.
استخدام البزّاز بالشكل الصحيح يُتيح تجنّب الإضرار بالسيراميك، وانزياح اللوح المعدني، وتقليص كفاءة القطع، وانخفاض جودة القطع.
العلامات التجارية الشائعة
- WSX — نظير صيني لقطعة الغيار من المصنّع الألماني Precitec (Light Cutter). متوافق مع معظم موديلات رؤوس القطع. مادة البزّاز نحاس عالي الجودة. متوفر بنسخ أحادية وثنائية الطبقة.
- Raytools. بزّازات عالية المتانة. تُنتَج بأحجام مختلفة تبعًا للمهام. غير متوافقة مع رؤوس IPG Precitec.
- Unimach. بزّازات من مصنّع روسي. مصمّمة لضغط غاز عالٍ. مادة الصنع سبيكة نحاس مع طلاء كرومي. ميزة النفخ الهوائي تُؤمّن التبريد.
- Tag. بزّازات نحاسية بشكل أسطواني. الغرض: القطع اليدوي بالليزر للفولاذ الأسود والمقاوم للصدأ والألمنيوم.
- IPG Photonic — قطعة مخروطية نحاسية بطلاء كرومي ورأس حادّ. دقة عالية. مصمّمة للقطع القياسي والقطع الدقيق (microcutting). متوافقة مع رؤوس Precitec وWSX وغيرها.
- Bodor. بزّازات أحادية وثنائية الطبقة، بطلاء كرومي أو بدونه. دقة عالية لليزر وللغاز المُنطلق. عمر تشغيلي طويل.