راهنمای جامع آموزش کار با دستگاه برش لیزر فلزات (از صفر تا صد)

دستگاه های برش لیزر فلزات، به ویژه ماشین آلات مجهز به تکنولوژی فایبر، به دلیل سرعت بالا، دقت میکرومتری و کیفیت بی نظیر لبه های برش، تحول عظیمی در صنعت فلزکاری و ورق کاری ایجاد کرده اند. کار با این دستگاه های پیشرفته نیازمند دانش فنی، دقت عمل بالا و رعایت دقیق اصول ایمنی است. در این مقاله آموزشی جامع، تمام مراحل از شناخت قطعات سخت افزاری تا تنظیمات نرم افزاری، کالیبراسیون و عیب یابی را به تفصیل و گام به گام بررسی خواهیم کرد تا بتوانید به عنوان یک اپراتور حرفه ای و مسلط با این ماشین آلات صنعتی کار کنید.

آشنایی با دستگاه برش لیزر فلزات

پیش از آنکه دکمه استارت دستگاه را بزنید و عملیات برش را آغاز کنید، باید به خوبی بدانید که با چه سیستمی روبه رو هستید. درک نحوه عملکرد دستگاه های پیشرفته ای مانند ماشین آلات آراز لیزر به شما در تنظیم درست پارامترها و جلوگیری از خرابی های پرهزینه کمک شایانی می کند. لیزر فایبر با استفاده از دیودهای پمپ کننده، نور را تولید کرده و آن را از طریق کابل های فیبر نوری که به عناصر خاکی کمیاب مانند اربیوم یا نئودیمیوم آغشته شده اند، تقویت می کند. این پرتو نوری بسیار متمرکز و قدرتمند، از طریق لنزهای موجود در هد دستگاه دقیقاً روی سطح فلز تابانده می شود. انرژی حرارتی فوق العاده بالای این پرتو، فلز را در کسری از ثانیه ذوب یا تبخیر می کند و همزمان یک جریان پرفشار از گاز کمکی مانند اکسیژن یا نیتروژن، فلز مذاب را از شیار برش به بیرون می راند تا یک برش تمیز شکل بگیرد.

اجزای اصلی دستگاه برش لیزر

برای اپراتوری موفق، شناخت دقیق بخش های مختلف دستگاه الزامی است. قلب تپنده این سیستم، سورس لیزر است که وظیفه تولید پرتو را بر عهده دارد و برندهای معروفی مانند آی پی جی (IPG)، ریکاس (Raycus) و مکس (MAX) تولیدکننده آن هستند. این پرتو تولید شده به هد برش منتقل می شود؛ قطعه ای حیاتی که روی محورها حرکت کرده و شامل لنزهای فوکوس، شیشه محافظ و نازل است. در کنار این موارد، چیلر یا سیستم خنک کننده آبی قرار دارد که با گردش مداوم آب مقطر، از داغ شدن بیش از حد سورس لیزر و هد برش جلوگیری می کند. سیستم حرکتی شامل سروو موتورهای دقیق و ریل های راهنما نیز وظیفه جابجایی بدون لرزش هد برش روی محورهای طول، عرض و ارتفاع را بر عهده دارند. در نهایت، گازهای کمکی شامل مخازن اکسیژن، نیتروژن یا هوای فشرده به عنوان تکمیل کننده این مجموعه، نقش حیاتی در کیفیت لبه های قطعه کار ایفا می کنند.

ایمنی در کار با دستگاه برش لیزر فلزات

ایمنی باید اولین و مهم ترین اولویت هر اپراتور لیزر باشد. پرتو لیزر فایبر معمولاً نامرئی است و در صورت بی احتیاطی می تواند صدمات جبران ناپذیری به چشم و پوست اپراتور یا افراد حاضر در کارگاه وارد کند. استفاده از تجهیزات حفاظت فردی در کار با لیزر فایبر یک ضرورت غیرقابل انکار است. از آنجا که طول موج لیزر فایبر معمولاً در محدوده نامرئی ۱۰۶۴ نانومتر قرار دارد، استفاده از عینک ایمنی مخصوص که دقیقاً برای فیلتر کردن این طول موج خاص طراحی شده باشد، حیاتی است و هرگز نباید در زمان روشن بودن پرتو، بدون این عینک به هد دستگاه نگاه کرد. علاوه بر محافظت از چشم، پوشش مناسب بدن نیز اهمیت دارد. ورق های فلزی پس از اتمام برش دارای لبه های بسیار برنده و دمای فوق العاده بالایی هستند، بنابراین پوشیدن دستکش های چرمی ضخیم و لباس کار مقاوم در برابر حرارت برای جلوگیری از سوختگی و بریدگی دست ها و بدن اپراتور کاملاً الزامی است.

تهویه و محیط کار

هنگام برخورد پرتو لیزر با فلز و ذوب شدن آن، گازها، بخارات سمی و ذرات معلق خطرناکی تولید می شود. به همین دلیل دستگاه برش لیزر باید حتماً به یک سیستم مکنده قوی و فیلتراسیون مجهز باشد تا دود حاصل از سوختن فلزات و روغن های روی ورق را به سرعت به بیرون از محیط کارگاه منتقل کند. استنشاق طولانی مدت این ذرات فلزی می تواند در درازمدت منجر به بیماری های حاد تنفسی برای اپراتور شود، لذا بررسی روزانه عملکرد فن های مکنده جزو وظایف اصلی شماست.

مراحل آماده سازی پیش از برش (نرم افزار و سخت افزار)

بخش عمده ای از کار یک اپراتور حرفه ای لیزر، مربوط به تنظیمات دقیق پیش از شروع برش است. یک تنظیم نرم افزاری صحیح می تواند کیفیت کار را تضمین کرده و میزان پرتی (ضایعات) ورق گران قیمت فلزی را به حداقل برساند.

مرحله اول کار با دستگاه در فضای نرم افزاری شکل می گیرد. ابتدا نقشه قطعه مورد نظر باید در نرم افزارهای طراحی مهندسی مانند اتوکد یا سالیدورکس با ابعاد دقیق کشیده شده و با فرمت های استاندارد مانند DXF خروجی گرفته شود. سپس این فایل طراحی شده وارد نرم افزار رابط دستگاه که در اکثر ماشین آلات رایج نرم افزار سیپ کات (CypCut) است، می شود. در محیط این نرم افزار، عمل چیدمان یا نستینگ انجام می پذیرد؛ به این معنا که نرم افزار با الگوریتم های هوشمند خود، قطعات را به گونه ای روی ابعاد ورق مجازی می چیند که کمترین فضای خالی و ضایعات باقی بماند و از تمام ظرفیت ورق استفاده شود.

پرتو لیزر در لحظه اولیه سوراخ کردن فلز که به آن پیرسینگ (Piercing) می گویند، ممکن است باعث ایجاد پاشش مذاب، سوختگی یا ناهمواری در همان نقطه شود. به همین دلیل، نقطه شروع برش هرگز نباید دقیقاً روی خط اصلی قطعه نهایی قرار گیرد. با تنظیم خطوط ورود در نرم افزار، پرتو لیزر ابتدا یک یا دو میلی متر بیرون از مرز قطعه را سوراخ کرده و سپس به آرامی و با ظرافت وارد خط برش اصلی می شود. تنظیم همین پارامتر ساده باعث می شود لبه های قطعه نهایی شما کاملاً صاف، یکدست و بدون هیچ گونه سوختگی اولیه باقی بماند.

راه اندازی دستگاه و کالیبراسیون

برای شروع کار با دستگاه، ابتدا باید کلید اصلی برق کارگاه را وصل کرده و سپس چیلر دستگاه را روشن کنید تا دمای آب به حد نصاب لازم (معمولاً بین ۲۲ تا ۲۵ درجه در تابستان) برسد. پس از رسیدن دما به شرایط ایده آل، کامپیوتر صنعتی دستگاه را روشن کرده و نرم افزار رابط کاربری را باز کنید. در این مرحله بسیار مهم است که دستگاه را به نقطه صفر بفرستید تا تمام محورهای حرکتی به درستی کالیبره شوند. پس از کالیبراسیون حرکتی، شیرهای گاز کمکی را باز کرده و فشار گاز را از روی گیج ها بررسی نمایید. در ادامه، وضعیت تمیزی لنزها و سلامت فیزیکی نازل را چک کنید و در صورت نیاز، نازل را تعویض کرده و عملیات سنتر کردن را انجام دهید تا پرتو دقیقاً از مرکز سوراخ نازل خارج شود. در نهایت، انجام کالیبراسیون ارتفاع یا کالیبره بی سی اس (BCS Calibration) ضروری است تا سنسورهای خازنی بتوانند فاصله دقیق هد تا ورق را تشخیص داده و ناهمواری های احتمالی سطح فلز را در طول عملیات برش به صورت خودکار جبران کنند.

انتخاب گاز کمکی مناسب

انتخاب نوع گاز کمکی یکی از مهم ترین تصمیمات فنی یک اپراتور است که تأثیر مستقیمی بر کیفیت نهایی و هزینه تمام شده کار دارد. گاز اکسیژن معمولاً برای برش آهن یا همان فولاد کربنی استفاده می شود؛ زیرا با آهن واکنش گرمازا داده و به سوختن و برش سریع تر ضخامت های بالا کمک شایانی می کند. در مقابل، گاز نیتروژن برای برش فلزاتی مانند استیل، آلومینیوم و ورق های گالوانیزه کاربرد دارد؛ این گاز هیچ گونه واکنش شیمیایی با فلز نمی دهد و به عنوان یک گاز خنثی عمل می کند که همین امر باعث می شود لبه های برش سیاه نشده و کاملاً صیقلی، براق و تمیز باقی بمانند. روش سوم استفاده از هوای فشرده است که مقرون به صرفه ترین حالت به شمار می رود، اما به دلیل وجود رطوبت و ناخالصی در هوا، نیازمند استفاده از یک کمپرسور بسیار قوی و درایرهای فوق دقیق است تا از ورود هرگونه آب و روغن به داخل هد برش و آسیب رسیدن به لنزهای گران قیمت جلوگیری شود.

جدول تنظیمات پارامترهای برش لیزر فلزات

یکی از چالش های اصلی و همیشگی اپراتورها، پیدا کردن سرعت، ارتفاع و فشار گاز مناسب برای ضخامت ها و جنس های مختلف ورق است. در جدول زیر، یک راهنمای کاربردی و جدید برای پارامترهای پایه یک دستگاه لیزر فایبر با توان متوسط (حدود 2000 وات) آورده شده است. دقت داشته باشید که این اعداد تقریبی و بر اساس شرایط استاندارد هستند و بسته به برند سورس دستگاه، کیفیت لنزها و میزان خلوص گاز ورق، باید توسط اپراتور کمی تغییر داده شده و کالیبره شوند.

تست برش و شروع عملیات

یک قانون طلایی در کار با لیزر وجود دارد و آن این است که هیچ گاه بدون گرفتن تست، عملیات برش را برای کل ورق آغاز نکنید. همیشه ابتدا یک قطعه بسیار کوچک مانند یک مربع دو در دو سانتی متر را در گوشه ای از ورق برش بزنید. پس از اتمام برش، لبه های قطعه را با دستکش به دقت بررسی کنید تا از کیفیت کار مطمئن شوید. اگر لبه ها دارای پلیسه بود یا شیارهای عمیق داشت، باید سرعت پیشروی، نقطه فوکوس یا فشار گاز را مجدداً اصلاح کنید. تنها پس از رسیدن به کیفیت مطلوب در قطعه تستی، می توانید دکمه استارت را برای کل ورق فشار دهید. فراموش نکنید که در تمام طول زمان برش، باید در کنار دستگاه حضور داشته باشید تا در صورت بروز هرگونه مشکل مانند بلند شدن قطعات و برخورد شدید با هد دستگاه، سریعاً کلید توقف اضطراری را فشار دهید.

نگهداری و سرویس دوره ای دستگاه لیزر

طول عمر، استهلاک پایین و دقت پایدار دستگاه برش لیزر فلزات، وابستگی شدیدی به نحوه نگهداری و دلسوزی اپراتور دارد. ماشین آلات سی ان سی لیزر به دلیل وجود قطعات اپتیکی، به گرد و غبار، روغن و کثیفی به شدت حساس هستند.

• شیشه محافظ (Protective Window): پایین ترین قطعه اپتیکی در هد دستگاه است که از ورود جرقه ها و غبار فلز به داخل لنز اصلی جلوگیری می کند. این شیشه باید هر روز قبل از شروع کار چک شود. در صورت وجود لکه یا سوختگی، ابتدا با ایزوپروپیل الکل و دستمال بدون پرز آن را تمیز کنید و اگر پاک نشد، حتماً آن را تعویض نمایید تا هد داغ نکند.
• نازل ها (Nozzles): در صورت برخورد هد با ورق در حین کار، دهانه ظریف نازل تغییر شکل می دهد. دهانه نازل باید همواره کاملاً گرد و بدون کوچکترین زدگی باشد تا گاز به صورت عمودی خارج شود.
• حلقه سرامیکی (Ceramic Ring): این قطعه حساس بین نازل و سنسور هد قرار دارد و اطلاعات فاصله تا ورق را به سیستم منتقل می کند. در صورت ضربه خوردن هد، این حلقه به راحتی می شکند و دستگاه بلافاصله ارور خازنی یا Capacitance می دهد که نیازمند تعویض قطعه است.

چک کردن چیلر و ریل ها

بررسی منظم سیستم های جانبی مانند چیلر و مکانیزم های حرکتی دستگاه نقش بسزایی در افزایش طول عمر قطعات دارد. برای سیستم خنک کننده، حتماً باید از آب مقطر یا آب دیونیزه استفاده کنید و به خاطر داشته باشید که آب سیستم باید هر چند ماه یکبار به طور کامل تخلیه و تعویض شود تا از ایجاد جلبک، رسوب و گرفتگی در مسیر خنک کننده سورس لیزر جلوگیری گردد. در بخش مکانیکی نیز، ریل های راهنما، واگن ها و چرخ دنده ها باید به صورت مرتب با روغن مخصوص چرب و روان کاری شوند تا حرکت هد روی محورها روان، سریع و کاملاً بدون لرزش باشد. هرچند اکثر دستگاه های مدرن امروزی دارای سیستم پمپ روغن کاری خودکار هستند، اما وظیفه شما به عنوان اپراتور این است که همواره سطح روغن مخزن را بررسی کرده و پیش از خالی شدن، آن را پر نگه دارید.

وجود پلیسه (Dross) زیر لبه های قطعه کار

پلیسه به قطرات ذوب شده فلز گفته می شود که به جای جدا شدن و افتادن از شیار برش، در زیر لبه های قطعه کار منجمد می شوند و کیفیت کار را به شدت کاهش می دهند. در برش آهن با اکسیژن، اگر پلیسه ها به صورت گلوله های سفت و سخت ظاهر شوند، معمولاً نشان دهنده این است که سرعت برش بسیار پایین تنظیم شده، فشار اکسیژن بیش از حد مجاز است و یا نقطه فوکوس در ارتفاع بالاتری نسبت به استاندارد قرار دارد. اما در برش استیل با گاز نیتروژن، وجود پلیسه های نرم و کشیده در لبه پایینی کار عموماً به معنای پایین بودن سرعت پیشروی دستگاه یا ناکافی بودن فشار گاز نیتروژن است که قدرت لازم برای بیرون راندن کامل فلز مذاب از داخل شیار را نداشته است.

خطوط و شیارهای درشت روی لبه برش (Striation)

ایجاد حالت دندانه دندانه و شیارهای عمیق و خشن روی لبه برش که به آن استرایشن می گویند، یکی دیگر از مشکلات رایج و آزاردهنده است. این پدیده معمولاً زمانی رخ می دهد که سرعت برش شما نسبت به ضخامت ورق فلزی بسیار زیاد و غیرمنطقی تنظیم شده باشد و پرتو فرصت کافی برای ذوب یکدست فلز را نداشته باشد. علاوه بر سرعت بالا، کاهش قدرت سورس لیزر به دلیل کثیف شدن شیشه محافظ نیز می تواند عامل ایجاد این شیارهای عمیق باشد. همچنین عدم تنظیم صحیح نقطه فوکوس دستگاه به سمت بالا یا پایین، باعث می شود پرتو لیزر نتواند انرژی حرارتی خود را به درستی در کل ضخامت ورق توزیع کند و در نتیجه لبه های برش کیفیت و صافی خود را از دست می دهند.

قطع شدن ناگهانی پرتو یا ارور سنسور

توقف ناگهانی دستگاه، قطع شدن پرتو لیزر و نمایش پیغام خطا روی مانیتور در حین کار، نیازمند بررسی سریع، خونسردی و اقدام دقیق است. در گام نخست باید هد دستگاه را متوقف کرده و بررسی کنید که آیا کابل سنسور هد دچار قطعی یا آسیب فیزیکی شده است یا خیر، زیرا این سنسور وظیفه حیاتی تشخیص فاصله تا ورق را دارد. اگر خطای نمایش داده شده مربوط به دمای بالای سیستم باشد، باید فوراً وضعیت چیلر و دمای آب را بررسی کرده و مطمئن شوید که مسیرهای انتقال آب دچار خمیدگی یا گرفتگی نشده اند. در صورتی که سیستم ارور افت فشار گاز را نشان داد، بلافاصله باید به سراغ فشارسنج کپسول ها یا مخزن گاز بروید، زیرا این خطا غالباً به معنای خالی شدن کپسول گاز کمکی یا افت فشار در مسیر انتقال لوله های گاز به هد دستگاه است.

سوالات متداول درباره کار با دستگاه برش لیزر فلزات

1.آیا دستگاه لیزر فایبر می تواند فلزات رنگین مثل مس و برنج را برش دهد؟
بله این امکان وجود دارد، اما باید توجه داشت که این فلزات به شدت بازتابنده هستند. پرتو لیزر ممکن است از سطح صیقلی ورق مس منعکس شده و با برگشت به داخل هد، به سورس لیزر آسیب جدی برساند. برای برش مس و برنج حتماً باید از دستگاه هایی با تکنولوژی محافظت از بازتاب استفاده کرد و در تنظیمات نرم افزاری، سرعت سوراخ کاری اولیه را بسیار با دقت و به صورت مرحله ای تنظیم نمود تا خطر بازتاب به حداقل برسد.

2.طول عمر سورس لیزر فایبر چقدر است؟
سورس های لیزر فایبر به دلیل ساختار حالت جامد خود بسیار بادوام و کم استهلاک هستند. طول عمر دیودهای به کار رفته در آن ها معمولاً بین ۵۰ هزار تا ۱۰۰ هزار ساعت کار مفید برآورد می شود. با یک محاسبه ساده و فرض ۸ ساعت کار مداوم در روز، یک سورس باکیفیت می تواند بیش از ۱۵ تا ۲۰ سال بدون افت توان جدی برای شما کار کند، البته به این شرط مهم که سیستم خنک کننده چیلر و قطعات اپتیکی همواره به خوبی نگهداری شوند.

3.تفاوت استفاده از هوای فشرده (کمپرسور) به جای نیتروژن چیست؟
هوای فشرده ترکیبی از حدود ۷۸ درصد نیتروژن و ۲۱ درصد اکسیژن است. برش با هوا بسیار ارزان تر از خرید مداوم کپسول ها یا مخازن کرایوژنیک نیتروژن تمام می شود. با این حال، وجود اکسیژن در هوا باعث می شود لبه های برش، به خصوص در فلز حساس استیل، کمی زرد یا اکسیده شوند. اگر کیفیت لبه و رنگ روشن آن بدون نیاز به پرداخت ثانویه برای مشتری مهم است، باید حتماً از نیتروژن خالص استفاده کنید، ضمن اینکه استفاده از هوا نیازمند تجهیزات رطوبت گیر بسیار قدرتمندی است.

4.چرا در حین برش ضخامت های بالای آهن دستگاه ورق را کامل نمی برد؟
این مشکل دردسرساز که به اصطلاح گم کردن برش نامیده می شود، دلایل متعددی دارد. کثیف شدن شیشه محافظ هد و افت توان خروجی پرتو یکی از اصلی ترین عوامل این اتفاق است. همچنین عدم تنظیم صحیح نقطه فوکوس به سمت اعداد مثبت برای ضخامت های بالا می تواند مانع از نفوذ کامل پرتو لیزر تا انتهای ورق شود. از سوی دیگر، وجود زنگ زدگی، چربی یا آلودگی شدید روی سطح ورق آهن در واکنش شیمیایی اکسیژن اختلال ایجاد کرده و فرآیند برش را در میانه راه متوقف می کند. در نهایت، گشاد شدن سوراخ نازل بر اثر استهلاک یا خارج شدن لیزر از مرکز نازل نیز از دلایل شایع این پدیده به شمار می روند.

5.آیا می توان روی ورق های روکش دار دارای مشما برش انجام داد؟
بله، ورق های استیل و آلومینیوم معمولاً دارای یک لایه فیلم پلاستیکی ضخیم هستند تا در هنگام جابجایی خط و خش نیفتند. برای برش موفق این ورق ها، در نرم افزار رابط دستگاه باید قابلیت پیش برش یا برش فیلم را فعال کنید. با انجام این تنظیمات، لیزر ابتدا یک بار با توان بسیار پایین از روی خطوط طراحی شده عبور می کند تا فقط پلاستیک را تبخیر کند، و سپس در دور دوم با توان کامل فلز اصلی را برش می دهد. اگر این تکنیک را پیاده نکنید، پلاستیک ذوب شده به داخل شیار برش نفوذ کرده و کیفیت لبه کار را به طور کامل از بین می برد.