تنقسم عملية القطع الخفيف إلى:
1. القطع بالتبخير:
تحت تسخين شعاع ليزر عالي الطاقة والكثافة، ترتفع درجة حرارة سطح المادة بسرعة إلى درجة الغليان، وهي درجة كافية لتجنب الانصهار الناتج عن التوصيل الحراري. ونتيجةً لذلك، يتبخر بعض المادة ويختفي، بينما يُقذف بعضها الآخر بعيدًا على شكل نفثات من أسفل خط القطع بفعل تدفق غاز مساعد.
2. قطع الذوبان:
عندما تتجاوز كثافة طاقة شعاع الليزر الساقط قيمةً معينة، تبدأ المادة داخل نقطة تشعيع الشعاع بالتبخر، مُشكّلةً ثقوبًا. بمجرد تشكّل هذه الثقوب الصغيرة، تعمل كجسم أسود يمتص طاقة الشعاع الساقط بالكامل. تُحاط هذه الثقوب الصغيرة بجدار معدني منصهر، ثم يحمل تيار هواء مساعد متحد المحور مع الشعاع المادة المنصهرة حول الثقوب. أثناء حركة قطعة العمل، تتحرك الثقوب الصغيرة أفقيًا بشكل متزامن في اتجاه القطع لتكوين خط التماس. يستمر شعاع الليزر في التألق على طول الحافة الأمامية لهذا الخط، وتُدفع المادة المنصهرة بعيدًا عن داخل الخط بشكل مستمر أو نابض.
3. قطع الصهر المؤكسد:
يستخدم القطع بالصهر عادةً غازات خاملة. إذا استُخدم الأكسجين أو غازات نشطة أخرى بدلاً منه، تُشعل المادة تحت إشعاع شعاع ليزر، ويحدث تفاعل كيميائي عنيف مع الأكسجين لإنتاج مصدر حرارة آخر، وهو ما يُسمى القطع بالصهر المؤكسد. وفيما يلي وصفه الدقيق:
(1) يُسخَّن سطح المادة بسرعة إلى درجة حرارة الاشتعال تحت إشعاع شعاع الليزر، ثم يخضع لتفاعلات احتراق مكثفة مع الأكسجين، مُطلِقًا كمية كبيرة من الحرارة. وبفعل هذه الحرارة، تتشكل ثقوب صغيرة مملوءة بالبخار داخل المادة، محاطة بجدران معدنية منصهرة.
(2) يتحكم انتقال مواد الاحتراق إلى الخبث في معدل احتراق الأكسجين والمعدن، كما أن سرعة انتشار الأكسجين عبر الخبث للوصول إلى جبهة الاشتعال تؤثر بشكل كبير على معدل الاحتراق. كلما ارتفع معدل تدفق الأكسجين، زادت سرعة تفاعل الاحتراق الكيميائي ومعدل إزالة الخبث. وبطبيعة الحال، كلما ارتفع معدل تدفق الأكسجين، كان ذلك أفضل، لأن التدفق السريع جدًا قد يؤدي إلى تبريد سريع لنواتج التفاعل، أي أكاسيد المعادن، عند مخرج خط القطع، مما يؤثر سلبًا على جودة القطع.
(3) من الواضح وجود مصدرين للحرارة في عملية القطع بالصهر المؤكسد، وهما طاقة إشعاع الليزر والطاقة الحرارية الناتجة عن التفاعل الكيميائي بين الأكسجين والمعدن. وتشير التقديرات إلى أن الحرارة المنبعثة من تفاعل الأكسدة أثناء قطع الفولاذ تُمثل حوالي 60% من إجمالي الطاقة اللازمة للقطع. ومن الواضح أن استخدام الأكسجين كغاز مساعد يُمكن أن يحقق سرعات قطع أعلى مقارنةً بالغازات الخاملة.
(4) في عملية القطع بالصهر المؤكسد باستخدام مصدرين للحرارة، إذا كانت سرعة احتراق الأكسجين أعلى من سرعة حركة شعاع الليزر، فإن خط القطع يبدو عريضًا وخشنًا. إذا كانت سرعة حركة شعاع الليزر أعلى من سرعة احتراق الأكسجين، فإن الشق الناتج سيكون ضيقًا وناعمًا. [1]
4. التحكم في قطع الكسر:
بالنسبة للمواد الهشة المعرضة للتلف الحراري، يُطلق على القطع عالي السرعة والقابل للتحكم من خلال تسخين شعاع الليزر اسم "قطع الكسر المُتحكم به". يتمثل المحتوى الرئيسي لعملية القطع هذه في تسخين مساحة صغيرة من المادة الهشة بشعاع ليزر، مما يُسبب تدرجًا حراريًا كبيرًا وتشوهًا ميكانيكيًا شديدًا في تلك المنطقة، مما يؤدي إلى تكوّن شقوق في المادة. مع الحفاظ على تدرج تسخين متوازن، يُمكن لشعاع الليزر توجيه الشقوق إلى أي اتجاه مطلوب.
وقت النشر: 9 سبتمبر 2025