القطع بالليزر تُعدّ عملية القطع بالليزر عملية تصنيع دقيقة وفعّالة تُستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات لقطع وتشكيل المواد. وتعتمد هذه العملية على استخدام شعاع ليزر مركّز لصهر أو حرق أو تبخير المواد، مما يُنتج قطعًا نظيفة ودقيقة. تُقدّم هذه الطريقة مزايا عديدة مقارنةً بتقنيات القطع التقليدية، بما في ذلك الدقة العالية والسرعة والقدرة على قطع الأشكال المعقدة. في هذه المقالة، سنتناول مبدأ القطع بالليزر، وأنواعه المختلفة، وخصائصه الرئيسية، وتطبيقاته في مجال المعادن.
مبدأ القطع بالليزر
تستخدم عملية القطع بالليزر شعاع ليزر عالي الكثافة وعالي الطاقة لمسح سطح قطعة العمل، مما يؤدي إلى تسخين المادة موضعيًا إلى درجات حرارة تتراوح بين عدة آلاف وعشرات الآلاف من الدرجات المئوية في وقت قصير جدًا، بحيث تنصهر المادة المُشعَّعة أو تتبخر أو تُزال أو تصل إلى نقطة الاشتعال بسرعة. وفي الوقت نفسه، يُستخدم تيار هواء عالي السرعة متحد المحور مع الشعاع لإزالة المادة المنصهرة وقطع قطعة العمل لتحقيق الغرض من القطع. إذا نتج عن الغاز المنبعث والمادة المقطوعة تفاعل حراري، فإن هذا التفاعل سيوفر الطاقة الإضافية اللازمة للقطع؛ كما أن لتدفق الهواء وظيفة تبريد سطح القطع، مما يقلل من المنطقة المتأثرة بالحرارة ويضمن عدم تلوث مرآة التركيز. القطع بالليزر هو عملية قطع حرارية.
سواءً استخدمنا ليزر ثاني أكسيد الكربون أو ليزر Nd:YAG للقطع، فإن المبدأ واحدٌ في الأساس. في التطبيقات العملية، تُركّب عدسة في رأس القطع بالليزر لتركيز الليزر على نقطة بؤرية صغيرة جدًا (بقعة)، حيث تكون كثافة الطاقة عالية للغاية، ويتم ضبط التركيز على سطح قطعة العمل لصهر أو تبخير المادة المراد قطعها.
تحدث عملية القطع بالليزر على السطح عند نهاية القطع، والتي تُسمى جبهة الاستئصال. يدخل الليزر وتيار الهواء إلى القطع عند هذه النقطة، حيث تمتص جبهة الاستئصال جزءًا من طاقة الليزر، بينما يمر جزء آخر عبر القطع أو ينعكس إلى منطقة القطع من خلالها. تُسخّن جبهة الاستئصال أو تُصهر أو تُبخر بفعل الليزر الممتص والتفاعل الطارد للحرارة أثناء عملية القطع، ثم يُطردها تيار الهواء. ينتقل جزء من الحرارة إلى المادة الأساسية عبر التوصيل الحراري، أو يُنقل بعيدًا بواسطة تيار الهواء عبر فقدان الإشعاع وانتقال الحرارة بالحمل.
يُعد امتصاص شعاع الليزر الساقط عند جبهة الاستئصال لقطعة العمل المقطوعة عاملاً هاماً في عملية القطع بالليزر، وهو أساس القطع الفعال. ويتحدد امتصاص الليزر من خلال استقطابه ونمطه وزاوية تقاربه، بالإضافة إلى شكل جبهة الاستئصال وميلها، وخصائص المادة، ودرجة أكسدتها.
تستخدم عملية القطع بالليزر أشعة ليزر عالية الطاقة لصهر أو تبخير المادة في موضع القطع، وتستخدم تيار هواء مساعد عالي السرعة لإزالتها وإتمام عملية القطع. تصل كثافة طاقة القطع بالليزر إلى 10⁴ إلى 10⁵ واط/سم². يستخدم مصدر الليزر عادةً شعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون بقدرة تشغيلية تتراوح بين 500 و2500 واط. هذا المستوى من الطاقة أقل من الطاقة التي تتطلبها العديد من السخانات الكهربائية المنزلية، ولكن يتم تركيز الليزر على مساحة صغيرة جدًا من خلال العدسات والعاكسات. يُمكّن التركيز العالي للطاقة من تسخين المادة بسرعة موضعيًا وتبخيرها.
بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لتركيز الطاقة العالي، لا تنتقل سوى كمية ضئيلة من الحرارة إلى أجزاء أخرى من المادة، مما يُسبب تشوهًا طفيفًا أو معدومًا. يُمكن قطع الأشكال المعقدة بدقة متناهية باستخدام الليزر، ولا تحتاج المادة المقطوعة إلى أي معالجة إضافية. مع أن ليزر ثاني أكسيد الكربون عالي الطاقة قادر على قطع ألواح الفولاذ الكربوني بسماكة 25 مم، إلا أنه للحصول على قطع عالي الجودة، يُنصح عمومًا بألا تتجاوز سماكة اللوح 10 مم.
تصنيف القطع بالليزر
يمكن استخدام غاز مساعد في عملية القطع بالليزر لإزالة المواد المنصهرة أو المتبخرة، أو يمكن إجراؤها بدون غاز مساعد. وبناءً على نوع الغاز المساعد المستخدم، يمكن تقسيم القطع بالليزر إلى أربع فئات: القطع بالتبخير، والقطع بالصهر، والقطع بالتدفق المؤكسد، والقطع بالكسر المتحكم به.
(1) قطع التبخير
تُسخّن قطعة العمل بواسطة شعاع ليزر عالي الكثافة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة سطح المادة بسرعة فائقة لتصل إلى نقطة غليانها في وقت قصير جدًا، وهو ما يكفي لتجنب الانصهار الناتج عن التوصيل الحراري. تبدأ المادة بالتبخر، ويتحول جزء منها إلى بخار ويختفي. يُقذف البخار بسرعة كبيرة. في الوقت نفسه، يُقذف جزء من المادة بعيدًا عن قاع القطع بفعل تدفق الغاز المساعد، مُشكّلاً شقًا في المادة. خلال عملية القطع بالتبخير، يحمل البخار الجزيئات المنصهرة ويغسل الحطام، مُشكّلاً ثقوبًا.
أثناء عملية التبخير، يتبخر حوالي 40% من المادة، بينما يُزال 60% منها بواسطة تيار الهواء على شكل قطرات منصهرة. تكون حرارة تبخير المادة عالية جدًا، لذا يتطلب القطع بالتبخير الليزري طاقة عالية وكثافة طاقة كبيرة. تُستخدم هذه الطريقة لقطع وتشكيل بعض المواد التي لا يمكن صهرها، مثل الخشب والمواد الكربونية وبعض أنواع البلاستيك. يُستخدم القطع بالتبخير الليزري بشكل أساسي لقطع المواد المعدنية الرقيقة جدًا والمواد غير المعدنية (مثل الورق والقماش والخشب والبلاستيك والمطاط، وغيرها).
(2) الصهر والتقطيع
يُصهر المعدن بتسخينه بشعاع ليزر. عندما تتجاوز كثافة طاقة شعاع الليزر الساقط قيمة معينة، يبدأ المعدن داخل الشعاع بالتبخر مُشكلاً ثقبًا. بمجرد تكوّن هذا الثقب الصغير، يمتص طاقة الشعاع الساقط بالكامل كجسم أسود. يُحاط الثقب الصغير بجدار من المعدن المنصهر، ثم يُرش غاز غير مؤكسد (مثل الأرجون أو الهيليوم أو النيتروجين) عبر فوهة محورية مع الشعاع. يُستخدم الضغط العالي للغاز لتفريغ المعدن السائل حول الثقب.
مع تحرك قطعة العمل، يتحرك الثقب الصغير بشكل متزامن في اتجاه القطع لتشكيل شق. يستمر شعاع الليزر في الإشعاع على طول الحافة الأمامية للشق، ويتم دفع المادة المنصهرة بعيدًا عن الشق بشكل مستمر أو نابض. لا يتطلب القطع بالصهر الليزري تبخير المعدن بالكامل، والطاقة المطلوبة لا تتجاوز عُشر الطاقة اللازمة للقطع بالتبخير. يُستخدم القطع بالصهر الليزري بشكل أساسي لقطع بعض المواد التي يصعب أكسدتها أو المعادن النشطة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والألومنيوم وسبائكه.
(3) قطع التدفق المؤكسد
يشبه مبدأ هذه التقنية مبدأ القطع بالأوكسي أسيتيلين. إذ تستخدم الليزر كمصدر حرارة للتسخين المسبق، والأكسجين أو غازات نشطة أخرى كغاز للقطع. من جهة، يتفاعل الغاز المنبعث مع المعدن المراد قطعه مُطلقًا كمية كبيرة من حرارة الأكسدة؛ ومن جهة أخرى، يدفع الأكسيد المنصهر والمعدن المنصهر خارج منطقة التفاعل مُشكلاً شقًا في المعدن. ولأن تفاعل الأكسدة أثناء عملية القطع يُولّد كمية كبيرة من الحرارة، فإن الطاقة اللازمة للقطع بالأكسجين الليزري لا تتجاوز نصف الطاقة اللازمة للقطع بالصهر، كما أن سرعة القطع أعلى بكثير من سرعة القطع بالتبخير الليزري والقطع بالصهر.
المبادئ الأساسية للقطع باستخدام التدفق المؤكسد هي كما يلي:
① استخدم الأكسجين أو غازات نشطة أخرى. يتم تسخين سطح المادة بسرعة إلى درجة حرارة الاشتعال تحت تأثير شعاع الليزر، ويحدث تفاعل احتراق عنيف مع الأكسجين، مُطلقًا كمية كبيرة من الحرارة. بفعل هذه الحرارة، تتشكل ثقوب صغيرة مملوءة بالبخار داخل المادة، وتُحاط هذه الثقوب بجدران من المعدن المنصهر.
٢- يتم تحويل مادة الاحتراق إلى خبث للتحكم في معدل احتراق الأكسجين والمعدن. كلما زاد معدل تدفق الأكسجين، تسارع التفاعل الكيميائي للاحتراق وإزالة الخبث. كلما زاد معدل تدفق الأكسجين، كان ذلك أفضل، لأن التدفق السريع جدًا سيؤدي إلى تبريد سريع لمنتجات التفاعل (أي أكاسيد المعادن) عند مخرج الشق، مما يؤثر سلبًا على جودة القطع.
③ يوجد مصدران للحرارة في عملية القطع باستخدام تدفق الأكسدة، وهما: طاقة إشعاع الليزر والطاقة الحرارية الناتجة عن التفاعل الكيميائي بين الأكسجين والمعدن. عند قطع الفولاذ، تُشكّل الحرارة المنبعثة من تفاعل الأكسدة حوالي 60% من إجمالي الطاقة اللازمة للقطع. بالمقارنة مع الغاز الخامل، يُمكن استخدام الأكسجين كغاز مساعد لتحقيق سرعة قطع أعلى.
④ في عملية القطع باستخدام تدفق الأكسدة ومصدرين للحرارة، إذا كانت سرعة احتراق الأكسجين أعلى من سرعة حركة شعاع الليزر، يكون الشق الناتج عريضًا وخشنًا؛ أما إذا كانت سرعة حركة شعاع الليزر أعلى من سرعة احتراق الأكسجين، فيكون الشق الناتج ضيقًا وناعمًا. يُستخدم القطع باستخدام تدفق الأكسدة بالليزر بشكل أساسي لقطع الفولاذ، وهو من أكثر طرق القطع شيوعًا.
(4) قطع التكسير المتحكم به
بالنسبة للمواد الهشة التي تتلف بسهولة بفعل الحرارة، يُستخدم شعاع ليزر عالي الكثافة لمسح سطح المادة الهشة، مما يؤدي إلى تبخير أخدود صغير عند تسخينها. بعد ذلك، يُطبَّق ضغط معين لتسخين المادة، ويُستخدم شعاع الليزر لقطعها بسرعة عالية وبشكل قابل للتحكم. ستتشقق المادة الهشة على طول الأخدود الصغير. يكمن مبدأ هذه العملية في أن شعاع الليزر يُسخِّن منطقة محددة من المادة الهشة، مما يُحدث تدرجًا حراريًا كبيرًا وتشوهًا ميكانيكيًا شديدًا في تلك المنطقة، مُؤديًا إلى تشققات في المادة. طالما بقي التدرج الحراري متوازنًا، يُمكن لشعاع الليزر توجيه الشق للتكوّن والتوسع في أي اتجاه مطلوب.
تعتمد تقنية الكسر المُتحكم به على استخدام التوزيع الحراري الحاد الناتج عن التخديد بالليزر لتوليد إجهاد حراري موضعي في المادة الهشة، مما يؤدي إلى انكسارها على طول الأخدود الصغير. تجدر الإشارة إلى أن هذه التقنية غير مناسبة لقطع الزوايا الحادة والشقوق الركنية، كما يصعب معها قطع الأشكال المغلقة الكبيرة جدًا بنجاح. تتميز هذه التقنية بسرعة قطع عالية ولا تتطلب طاقة عالية جدًا، وإلا فقد يؤدي ذلك إلى انصهار سطح قطعة العمل وتلف حافة الشق. وتتمثل معايير التحكم الرئيسية في طاقة الليزر وحجم البقعة.
خصائص القطع بالليزر
تتميز تقنية القطع بالليزر بمزايا واضحة مقارنةً بأساليب القطع الحراري الأخرى. وتتمثل خصائصها العامة في سرعة القطع العالية والجودة المتميزة. ويمكن تلخيص خصائصها المحددة فيما يلي:
(1) جودة قطع جيدة
بفضل بقعة الليزر الصغيرة، وكثافة الطاقة العالية، وسرعة القطع الفائقة، يُمكن تحقيق جودة قطع ممتازة باستخدام تقنية القطع بالليزر. يتميز القطع بالليزر بضيق الشق، وتصل دقة أبعاد الأجزاء المقطوعة إلى ±0.05 مم. سطح القطع ناعم وجميل، حيث لا تتجاوز خشونة السطح بضعة عشرات من الميكرونات (عادةً Ra تتراوح بين 12.5 و25 ميكرومتر). يُمكن استخدام القطع بالليزر كخطوة أخيرة في عملية التصنيع. لا يحتاج خط القطع عادةً إلى معالجة إضافية قبل اللحام، ويمكن استخدام الأجزاء مباشرةً. بعد القطع بالليزر، يكون عرض المنطقة المتأثرة بالحرارة ضئيلاً للغاية، ولا تتأثر خصائص المادة المجاورة للقطع تقريبًا. إضافةً إلى ذلك، يكون تشوه قطعة العمل ضئيلاً، ودقة القطع عالية، والشكل الهندسي لخط القطع جيد، ويتميز المقطع العرضي لخط القطع بشكل مستطيل منتظم نسبيًا.
(2) كفاءة قطع عالية
نظراً لخصائص نقل الليزر، تُجهز آلات القطع بالليزر عادةً بطاولات عمل متعددة تعمل بنظام التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC)، ويمكن التحكم بعملية القطع بالكامل بواسطة هذا النظام. أثناء التشغيل، يكفي تغيير برنامج التحكم الرقمي الحاسوبي لتطبيقه على قطع أجزاء ذات أشكال مختلفة، ويمكن إجراء عمليات القطع ثنائية وثلاثية الأبعاد.
(3) سرعة قطع عالية
عند قطع صفيحة من الفولاذ منخفض الكربون بسماكة 2 مم باستخدام ليزر بقدرة 1.2 كيلوواط، تصل سرعة القطع إلى 600 سم/دقيقة؛ وعند قطع صفيحة من راتنج البولي بروبيلين بسماكة 5 مم، تصل سرعة القطع إلى 1200 سم/دقيقة. أما عند قطع صفيحة من الفولاذ الكربوني بسماكة 8 مم باستخدام ليزر بقدرة 2 كيلوواط، فتكون سرعة القطع 1.6 متر/دقيقة، وعند قطع صفيحة من الفولاذ المقاوم للصدأ بسماكة 2 مم، تكون سرعة القطع 3.5 متر/دقيقة. تتميز هذه التقنية بصغر منطقة التأثير الحراري وانخفاض التشوه بشكل ملحوظ. كما أنها لا تتطلب تثبيت المادة أثناء القطع بالليزر، مما يوفر الوقت والجهد المبذولين في عمليات التحميل والتفريغ.
(4) نظيفة وآمنة وخالية من التلوث
أثناء القطع بالليزر، لا يلامس شعاع القطع قطعة العمل، وبالتالي لا يحدث أي تآكل للأداة. لمعالجة قطع بأشكال مختلفة، لا حاجة لتغيير الأداة، بل يكفي تغيير معايير خرج الليزر. تتميز عملية القطع بالليزر بانخفاض مستوى الضوضاء والاهتزاز، وانعدام التلوث، مما يُحسّن ظروف عمل المشغلين بشكل كبير.
(5) مجموعة واسعة من مواد القطع
بالمقارنة مع القطع بالأوكسي أسيتيلين والقطع بالبلازما، يُمكن للقطع بالليزر قطع مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المعادن، واللافلزات، والمواد المركبة المعدنية وغير المعدنية، والجلود، والخشب، والألياف. وتختلف قابلية المواد المختلفة للقطع بالليزر تبعًا لخصائصها الحرارية الفيزيائية ومعدلات امتصاصها المختلفة لأشعة الليزر.
من عيوب القطع بالليزر أنه يقتصر على قطع الصفائح والأنابيب متوسطة وصغيرة السماكة فقط، وذلك بسبب محدودية طاقة الليزر وحجم الجهاز، كما تنخفض سرعة القطع بشكل ملحوظ مع ازدياد سماكة قطعة العمل. وتُعدّ معدات القطع بالليزر باهظة الثمن وتتطلب استثمارًا أوليًا كبيرًا.
من حيث دقة القطع وخشونة سطح القطع، لا يتفوق القطع بالليزر ثاني أكسيد الكربون على القطع الكهربائي؛ أما من حيث سُمك القطع، فمن الصعب الوصول إلى مستوى القطع باللهب والبلازما. ومع ذلك، فإن المزايا الهامة المذكورة أعلاه كافية لإثبات أن القطع بالليزر ثاني أكسيد الكربون قد حلّ محل بعض طرق القطع التقليدية، لا سيما قطع مختلف المواد غير المعدنية. إنها طريقة معالجة متطورة تتطور بسرعة وتنتشر على نطاق واسع.
نطاق تطبيق القطع بالليزر
في الإنتاج الصناعي، تعد تقنية القطع بالليزر واحدة من أكثر طرق المعالجة استخدامًا في معالجة الليزر، حيث تمثل حوالي 60% من إجمالي تطبيقات معالجة المواد بالليزر.
تُتحكم معظم آلات القطع بالليزر بواسطة برامج التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) أو تُدمج في روبوتات القطع. وباعتبارها طريقة معالجة دقيقة، يُمكن للقطع بالليزر قطع جميع المواد تقريبًا، بما في ذلك القطع ثنائي وثلاثي الأبعاد للصفائح المعدنية الرقيقة. يُستخدم القطع بالليزر على نطاق واسع في الصناعات الكهربائية، وآلات النقل، والبتروكيماويات، وصناعة السيارات، والآلات الهندسية، والمعدات الطبية، والديكور، والتغليف، وغيرها. في مجال صناعة السيارات، تُستخدم تقنية القطع بالليزر على نطاق واسع لقطع المنحنيات الفراغية مثل نوافذ سقف السيارة. تستخدم شركة فولكس فاجن الألمانية ليزرًا بقوة 500 واط لقطع ألواح الهيكل المعقدة والأجزاء المنحنية المختلفة.
في مجال صناعة الطيران، تُستخدم تقنية القطع بالليزر بشكل أساسي لقطع مواد الطيران الخاصة، مثل سبائك التيتانيوم، وسبائك الألومنيوم، وسبائك النيكل، وسبائك الكروم، والفولاذ المقاوم للصدأ، وأكسيد البريليوم، والمواد المركبة، والبلاستيك، والسيراميك، والكوارتز. وتشمل أجزاء الطيران المصنعة بتقنية القطع بالليزر أنابيب اللهب في المحركات، وأغلفة سبائك التيتانيوم ذات الجدران الرقيقة، وهياكل الطائرات، وألواح سبائك التيتانيوم، وأطوال الأجنحة، وألواح ذيل الجناح، والمراوح الرئيسية للمروحيات، وبلاطات العزل الخزفية لمكوك الفضاء، وغيرها.
تُستخدم تقنية القطع بالليزر على نطاق واسع في مجال المواد غير المعدنية. وتتطلب هذه التقنية طاقة منخفضة نسبيًا، حيث يكفي عادةً استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون المستمر بقدرة أقل من 1 كيلوواط لقطع القطع الرقيقة. ولا يقتصر استخدامها على قطع المواد عالية الصلابة والهشاشة، مثل نتريد السيليكون والسيراميك والكوارتز، بل يشمل أيضًا قطع المواد المرنة كالقماش والورق والصفائح البلاستيكية والمطاط والجلود. فعلى سبيل المثال، يُمكن استخدام الليزر في قطع الملابس لتوفير ما بين 10% و12% من مواد الخياطة، وتحسين الكفاءة بأكثر من ثلاثة أضعاف.
كثافة طاقة شعاع الليزر أقل قليلاً من كثافة طاقة شعاع الإلكترون، وتتشابه قدرات القطع لكلا الشعاعين تقريبًا. بالمقارنة مع القطع بشعاع الإلكترون، يمكن للقطع بالليزر قطع المعادن حتى سمك 25 مم في الغلاف الجوي، وبسرعة عالية جدًا باستخدام معدات القطع الآلية. يتميز القطع بضيقه الشديد وزاوية القطع شبه العمودية وجودة القطع الممتازة.
بالإضافة إلى التطبيقات المذكورة أعلاه،, القطع بالليزر كما أنها توسع باستمرار مجالات تطبيقها، على النحو التالي:
① استخدم نظام القطع بالليزر ثلاثي الأبعاد أو قم بتكوين روبوت صناعي لقطع المنحنيات الفضائية، وقم بتطوير برامج قطع ثلاثية الأبعاد متنوعة لتسريع العملية من الرسم إلى قطع الأجزاء.
٢- بهدف تحسين كفاءة الإنتاج، يجري دراسة وتطوير أنظمة قطع خاصة متنوعة، وأنظمة نقل المواد، وأنظمة محركات خطية، وغيرها. وقد تجاوزت سرعة القطع في نظام القطع حاليًا ١٠٠ متر/دقيقة.
③ من أجل توسيع نطاق تطبيق الآلات الهندسية وصناعة بناء السفن وما إلى ذلك، تجاوز سمك قطع ألواح الصلب منخفض الكربون 30 مم، وتتم دراسة تقنية عملية قطع ألواح الصلب منخفض الكربون باستخدام النيتروجين بشكل خاص لتحسين جودة قطع الألواح السميكة.
لا يزال توسيع مجال تطبيق قطع الليزر بثاني أكسيد الكربون وحل بعض المشكلات التقنية في التطبيقات الجديدة من المواضيع المهمة للمهندسين والفنيين.
قطع المواد المعدنية المختلفة بالليزر
(1) قطع المعادن بالليزر: على الرغم من أن معظم المعادن تتمتع بانعكاسية عالية لطاقة الأشعة تحت الحمراء عند درجة حرارة الغرفة، إلا أن ليزر ثاني أكسيد الكربون الذي يُصدر أشعة في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة (10.6 ميكرومتر) يُستخدم بنجاح في قطع العديد من المعادن بالليزر. تتميز المعادن بضعف امتصاصها لأشعة الليزر ذات الطول الموجي 10.6 ميكرومتر، حيث يتراوح معدل امتصاصها الأولي بين 0.5% و10%. يرتفع معدل امتصاص معظم المعادن في الحالة المنصهرة بشكل حاد، ليصل عمومًا إلى ما بين 60% و80%.
① الفولاذ الكربوني. يمكن أن يصل سمك ألواح الفولاذ الكربوني المقطوعة بالليزر إلى 25 مم. ويمكن التحكم في عرض شق ألواح الفولاذ الكربوني المقطوعة بواسطة آلات القطع بالتدفق المؤكسد ضمن نطاق عرض مُرضٍ، ويمكن أن يصل عرض شق الألواح الرقيقة إلى حوالي 0.1 مم.
٢- الفولاذ السبائكي. يمكن لمعظم أنواع الفولاذ الإنشائي السبائكي وفولاذ الأدوات السبائكي تحقيق جودة جيدة لحواف القطع باستخدام القطع بالليزر. عند استخدام الأكسجين كغاز معالجة، ستتأكسد حافة القطع قليلاً. بالنسبة للألواح التي يصل سمكها إلى ٤ مم، يمكن استخدام النيتروجين كغاز معالجة للقطع عالي الضغط. في هذه الحالة، لن تتأكسد حافة القطع. بالنسبة للألواح التي يزيد سمكها عن ١٠ مم، يمكن تحقيق نتائج أفضل باستخدام ألواح خاصة في الليزر وتطبيق الزيت على سطح قطعة العمل أثناء المعالجة. بالنسبة للفولاذ عالي المقاومة، طالما يتم التحكم في معايير العملية بشكل صحيح، يمكن أيضًا الحصول على حواف قطع مستقيمة وخالية من الخبث. ومع ذلك، بالنسبة لفولاذ الأدوات عالي السرعة وفولاذ قوالب التشكيل الساخن الذي يحتوي على التنجستن، فإن الانصهار وتكوّن الخبث أمر وارد الحدوث أثناء القطع بالليزر.
③ الفولاذ المقاوم للصدأ. يُعدّ القطع بالليزر طريقة معالجة فعّالة في الصناعات التحويلية، وخاصةً في إنتاج الصفائح الرقيقة من الفولاذ المقاوم للصدأ. وبفضل التحكم الدقيق في كمية الحرارة المُدخلة في عملية القطع بالليزر، يُمكن الحدّ من عرض المنطقة المتأثرة بالحرارة عند حافة القطع، مما يضمن مقاومة عالية للتآكل. يُمكن استخدام الأكسجين عندما لا يُمثّل تأكسد الحافة مشكلة، بينما يُمكن استخدام النيتروجين للحصول على حافة خالية من التأكسد والنتوءات، دون الحاجة إلى أي معالجة إضافية. كما يُحسّن وضع طبقة رقيقة من الزيت على سطح الصفيحة من فعالية التثقيب دون التأثير على جودة المعالجة.
④ الألومنيوم وسبائكه. يعتمد قطع الألومنيوم وسبائكه بالليزر على آلية القطع بالصهر. يُستخدم الغاز المساعد بشكل أساسي لإزالة المنتج المنصهر من منطقة القطع، وعادةً ما تُحقق جودة قطع جيدة. بالنسبة لبعض سبائك الألومنيوم، يجب توخي الحذر لمنع تكوّن تشققات دقيقة بين الحبيبات على سطح القطع. على الرغم من أن سبائك الألومنيوم تتميز بانعكاسية عالية وموصلية حرارية جيدة، إلا أنه لا يزال بالإمكان استخدام القطع بالليزر لقطع مواد الألومنيوم بسماكة أقل من 6 مم، وذلك حسب نوع السبيكة وقوة الليزر. عند استخدام الأكسجين، يكون سطح القطع خشنًا وصلبًا؛ بينما عند استخدام النيتروجين، يكون سطح القطع أملسًا. يُعدّ قطع الألومنيوم النقي صعبًا للغاية، ولا يمكن قطعه إلا عند تركيب جهاز "امتصاص الانعكاس" على النظام، وإلا فإن الانعكاس سيتلف المكونات البصرية.
⑤ النحاس وسبائكه. لا يمكن قطع النحاس النقي (النحاس الأحمر) باستخدام شعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون نظرًا لانعكاسيته العالية. أما النحاس الأصفر (سبيكة نحاسية) فيُقطع باستخدام طاقة ليزر أعلى. يُستخدم الهواء أو الأكسجين كغاز مساعد، ويمكن قطع الصفائح الرقيقة. يتميز كل من النحاس النقي والنحاس الأصفر بانعكاسية عالية وموصلية حرارية ممتازة. يمكن قطع صفائح النحاس الأصفر التي يقل سمكها عن 1 مم باستخدام النيتروجين؛ بينما يمكن قطع صفائح النحاس التي يقل سمكها عن 2 مم، ويجب استخدام الأكسجين كغاز معالجة. لا يمكن قطع النحاس النقي والنحاس الأصفر إلا عند تركيب جهاز "امتصاص الانعكاس" على النظام، وإلا فإن الانعكاس سيتلف المكونات البصرية.
⑥ التيتانيوم وسبائكه. يتميز التيتانيوم النقي بقدرته العالية على امتصاص الطاقة الحرارية الناتجة عن شعاع الليزر المركز. عند استخدام الأكسجين كغاز مساعد، يكون التفاعل الكيميائي عنيفًا وسرعة القطع عالية، ولكن من السهل تكوّن طبقة أكسيد على حافة القطع، مما قد يؤدي إلى احتراق زائد. يضمن استخدام الهواء كغاز مساعد جودة القطع. تتميز سبائك التيتانيوم المستخدمة في صناعة الطائرات بجودة قطع ليزر جيدة. على الرغم من وجود بعض الخبث اللزج في أسفل القطع، إلا أنه يسهل إزالته. تُقطع ألواح التيتانيوم باستخدام غازي الزينون والنيتروجين.
⑦ سبائك النيكل. تُعرف أيضًا باسم سبائك درجات الحرارة العالية، وهناك أنواع عديدة منها، ويمكن أكسدة معظمها بالليزر وقطعها باستخدام التدفق.
جودة القطع جيدة. يمكن لمعدات القطع بالليزر قطع ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ التي يقل سمكها عن 4 مم، وبإضافة الأكسجين إلى شعاع الليزر يمكن قطع ألواح الفولاذ الكربوني التي يصل سمكها إلى 25 مم، ولكن ستتكون طبقة رقيقة من الأكسيد على سطح القطع بعد القطع بالأكسجين. يصل أقصى سمك للقطع بالليزر إلى 30 مم، ولكن هامش الخطأ في أبعاد الأجزاء المقطوعة كبير.
يلعب معدل امتصاص المادة لشعاع الليزر دورًا هامًا في المرحلة الأولية للتسخين. بمجرد تكوّن الثقب الصغير داخل قطعة العمل، يؤدي تأثير الجسم الأسود لهذا الثقب إلى امتصاص المادة للشعاع بنسبة تقارب 100%. في تطبيقات القطع بالليزر، يمكن الاستفادة من تأثير حالة سطح المادة على معدل امتصاص الشعاع لتحسين أداء القطع. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي طلاء سطح الألومنيوم بطبقة من مادة ماصة إلى زيادة سرعة القطع بشكل ملحوظ.
