لماذا تُشكّل الأنابيب المربعة تحديات مختلفة مقارنةً بالصفائح المسطحة

يقلّل معظم مصنّعي المكونات المعدنية من شأن الاختلاف الحقيقي في متطلبات البرمجة والتجهيز عند الانتقال من قطع الصفائح المسطحة إلى معالجة الأنابيب. فماكينة قطع الأنابيب بالليزر قادرة على معالجة الملامح الدائرية والمربعة والمستطيلة، لكن الأنابيب المربعة والمستطيلة تُحدث مجموعةً محددةً من التحديات: انتقالات هندسة الزوايا، والتغير في تسطّح السطوح المسطحة، والحاجة إلى أن يحافظ رأس القطع على مسافة بؤرية ثابتة أثناء تتبعه زاويةً قدرها ٩٠ درجة.

الفيزياء عند الزاوية تستحق الفهم. فعندما ينتقل رأس الليزر من الوجه المسطّح إلى نصف القطر الزاوي، يتغير عمق النقطة البؤرية بالنسبة لسطح المادة. وتقوم معظم أنظمة الليزر الأنبوبي الحديثة بتعويض هذا التغيّر تلقائيًّا عبر استشعار الارتفاع بالسعة الكهربائية، لكن زمن الاستجابة المتأخّر أثناء التغييرات السريعة في الاتجاه لا يزال يؤثّر على جودة القطع إذا لم تُعدّل سرعات التغذية عند نقاط الاقتراب من الزوايا.

التثبيت، وتكوين ماسك التغذية، وإعداد المادة

قبل إجراء أول قطع، يحدّد إعداد مناولة المادة الجزء الأكبر مما يلي ذلك. فعادةً ما تصل مقاطع الأنابيب المربعة مع وجود لفٍّ طفيف على طولها، وبخاصة في المقاطع ذات الجدران الرقيقة. وستنحرف أنبوبٌ يدخل الجهاز بلَفٍّ لا يتجاوز درجتين عن المحور أثناء دوران الماسك لإجراء عمليات القطع التشكيلية، ما يؤدي إلى خطأ زاوي في الميزات التي ينبغي أن تكون عموديةً على محور الأنبوب.

يُعد فحص الالتواء قبل التحميل ورفض المواد التي تتجاوز حد التحمل أسرع من محاولة التعويض عنها في مرحلة ما بعد المعالجة. ويحدد معظم موردي آلات قص الأنابيب بالليزر قيمةً قصوى للالتواء لكل متر للمواد التي يمكن للآلة التعامل معها بموثوقية.

كما أن ضغط قبضة الماسكات الأمامية والخلفية يكتسب أهمية أكبر عند قص الأنابيب المربعة مقارنةً بالأنابيب الدائرية. فالأنبوب الدائري يمركز نفسه تلقائيًا تحت ضغط قبضة متناظر، أما الأنبوب المربع فيتطلب أن تكون أسطح فكّي الماسكة مُحاذاةً مع الأسطح المسطحة للملف. وتؤدي الفكوك غير المحاذاة إلى دورانٍ دقيقٍ أثناء دورة التغذية، مما يظهر على شكل انحراف موضعي في الخصائص المتتالية.

نهج البرمجة لعمليات القص المتقاطعة والمفاصل المائلة

تُستخدم الأنابيب المربعة بكثرة في التصنيع الإنشائي، وهذا يعني أن جزءًا كبيرًا من أعمال القص يتضمن المفاصل المائلة وقص السرج وقطع التجويفات الطرفية لتوفير التوصيل المناسب للحام. ويتبع برمجة هذه العمليات على آلة قص الأنابيب بالليزر منطقًا مختلفًا عن ترتيب القطع على الصفائح المسطحة.

تتطلب برامج القطع بيانات دقيقة لمقاطع العرض العرضي للأنبوب، بما في ذلك نصف قطر الزاوية. وغالبًا ما يكون نصف قطر الزاوية لأنابيب المربع الباردة التشكيل بين ١٫٥ و٣ أضعاف سماكة الجدار. وإذا عامل البرنامج الزاوية على أنها زاوية قائمة حقيقية، فإن القطع الفعلي سيشذ عن المسار المُبرمَج عند كل انتقال زاوي، وسيظهر فجوة في تركيب الوصلات المائلة حتى لو بدت الأبعاد صحيحة على الرسم المطبوع.

اختيار الغاز وإعدادات الضغط لسماكات جدران مختلفة

يؤثر اختيار غاز المساعدة في قص الأنابيب بالليزر على جودة حافة القطع وسلوك الرواسب (Dross) على الجانب الداخلي للأنبوب. ففي حالة أنابيب الفولاذ الصلب الطري، يؤدي قص الأنبوب بمساعدة الأكسجين إلى سرعة قص أعلى وبطاقة أقل، لكنه يترك طبقة أكسيد على سطح القطع. أما قص الأنبوب بالنيتروجين فيُنتج حافة قطع أنظف وخالية من الأكاسيد، لكنه يتطلب ضغطًا وطاقة أعلى.

لأنابيب المربع رقيقة الجدار (أقل من ٣ مم)، يُنتج النيتروجين عند ضغط يتراوح بين ١٢ و١٦ بار عادةً أفضل نتيجة من حيث النظافة. أما بالنسبة لأقسام الجدران السميكة التي تزيد سماكتها عن ٦ مم، فإن استخدام الأكسجين كغاز مساعد يصبح أكثر عملية من حيث التكلفة والإنتاجية، خاصةً عندما تكون جودة الحافة ستُخفى لاحقًا بعمليات تشطيب اللحام.

واجه مشروع تصنيع لدى مورد مكونات هيكلية في جيانغسو مشكلة متكررة تتعلق بالرواسب الداخلية على أنبوب مربع من الصلب اللدن بسماكة جدار ٤ مم. وأدى التحول من استخدام الأكسجين عند ضغط ٦ بار إلى استخدام النيتروجين عند ضغط ١٤ بار إلى القضاء التام على مشكلة الرواسب الداخلية، رغم انخفاض سرعة القطع بنسبة تقارب ١٥٪. وكان هذا التنازل مقبولًا نظرًا لأن الأجزاء المُصنَّعة كانت ستُستخدم في تطبيق معماري ظاهري، حيث لا يُسمح بوجود آثار صقل على السطح.

موضع البؤرة وكثافة القدرة للأنابيب المربعة ذات الجدران السميكة

في حالة الأنابيب المربعة التي تزيد سماكة جدارها عن ٥ مم، يكون لموضع البؤرة بالنسبة لسطح المادة تأثير أكثر وضوحًا على جودة الحواف مقارنةً بالتطبيقات التي تستخدم صفائح رقيقة. فعند ضبط البؤرة عند السطح العلوي، تصل كثافة القدرة إلى أقصى حد عند نقطة الدخول، لكنها تترك شقًّا أوسع عند الوجه الخلفي (نقطة الخروج). أما عند ضبط البؤرة عند منتصف سمك الجدار، فإن ذلك يؤدي إلى هندسة أكثر انتظامًا للشق عبر كامل السمك.

تتيح أنظمة قطع الأنابيب بالليزر الليفية معظمها ضبط انحراف البؤرة ضمن مجموعة معايير وحدة التحكم العددي (CNC). ويستغرق إجراء عينات اختبار جودة القطع عند انحرافات بؤرية تبلغ ٠ مم و−١ مم و−٢ مم على مادة وسمك محددين حوالي ٢٠ دقيقة، لكنه يُحدِّد المجموعة المثلى من المعايير التي تظل ساريةً طوال دفعات الإنتاج.

معالجة الأنابيب بعد القطع وإزالة الحواف البارزة من الأطراف

تكون أطراف الأنابيب المربعة الناتجة عن المعالجة بالليزر عادةً أنظف من الأطراف الناتجة عن القص الميكانيكي بالمنشار، لكن تكون هناك مشكلة معروفة في تكوُّن الحواف البارزة (البروزات) في الزوايا الداخلية للملف، وبخاصة عند الزوايا التي يتغير فيها اتجاه مسار شعاع الليزر. كما أن الحواف البارزة في الزوايا الداخلية للأنابيب المربعة يصعب الوصول إليها باستخدام أدوات إزالة الحواف البارزة القياسية.

وتُعالَج هذه المشكلة بشكل أكثر فعالية باستخدام أداة مخصصة لإزالة الحواف البارزة من الأطراف للأنابيب المربعة والمستطيلة، مقارنةً بمجموعات إزالة الحواف البارزة المصممة للأنابيب الدائرية. أما في حالات الإنتاج عالي الحجم، فيتوفر من عدة شركات مورِّدة للأدوات مرفقات لإجراء إزالة الحواف البارزة على الخط، تعمل بالتكامل مع أنظمة التحميل الآلي للعبوات الخاصة بآلات قطع الأنابيب بالليزر.

تُكوَّن آلات قطع الأنابيب بالليزر من شركة RAYMAX لمعالجة كامل نطاق أحجام الملامح المربعة والمستطيلة، مع أنظمة تثبيت وحساسات ارتفاع مصممة للحفاظ على دقة القطع خلال التحولات الهندسية التي تجعل معالجة الأنابيب المربعة أكثر تعقيدًا من معالجة الصفائح المسطحة.