×
يعتبر الانتقال من طرق اللحام اليدوية إلى أنظمة التحكم العددي بالحاسوب (CNC) خطوة كبيرة إلى الأمام في أعمال اللحام الدقيقة. عندما تُطبق الورش هذه الأنظمة الآلية، فإنها تلاحظ عادةً تحسنًا في الدقة عند نقاط اللحام مع تقليل الأخطاء الصغيرة التي يُ prone لها البشر أثناء تنفيذ أعمال اللحام اليدوية. الجانب التلقائي في هذه العملية يعني أن اللحام يتم بدقة ثابتة في كل مرة، وهو أمر بالغ الأهمية للمصنّعين لضمان تحقيق معايير الجودة المطلوبة في الوقت الحالي. كما يسهم اللحام باستخدام أنظمة CNC في تسريع العملية بشكل ملحوظ مقارنة بالطرق التقليدية. وتشير التقارير الصادرة عن القطاع الصناعي إلى أن الورش التي تنتقل إلى تكنولوجيا CNC تحقق وقت إنتاج أسرع مع تحسن ملحوظ في الجودة العامة، حيث تكون كل عملية لحام شبه متطابقة عبر الدفعات الكبيرة. وفي القطاعات مثل صناعة الطيران والسيارات، حيث تُعد حتى أصغر التفاوتات أمراً بالغ الأهمية، فإن توفر هذا المستوى من التحكم يُحدث فرقاً كبيراً في إدارة خطوط الإنتاج الضخم بنجاح.
تُعدّ اللحامات باستخدام التحكم العددي الحاسوبي (CNC) مصدراً لمزايا حقيقية عندما يتعلق الأمر بالحفاظ على الاتساق خلال عمليات التصنيع. فعندما تحتاج الشركات إلى إنتاج آلاف القطع المتطابقة، فإن أنظمة CNC تقلل من تلك الاختلافات المزعجة بين اللحامات التي قد تحدث باستخدام الطرق اليدوية. خذ على سبيل المثال قطاعي السيارات والفضاء، حيث لا يمكن لهذه الصناعات تحمل أي تفاوت في الجودة نظراً لأهمية عوامل السلامة. يجب أن تعمل القطع بشكل دقيق كما تم تصميمها دون أي فشل. ودمج تكنولوجيا CNC في تدفقات العمل الخاصة باللحام يجعل الإنتاج أكثر سلاسة بشكل عام، في حين يضمن أن المنتجات النهائية تفي بالفعل بمعايير الجودة العالية المطلوبة من قبل الشركات المصنعة الحديثة التي تهتم بالتحكم في الجودة والكفاءة التشغيلية والحصول على نتائج دقيقة في كل مرة يتم فيها تشغيل دفعة إنتاجية.
أدى البحث في معهد فراونهوفر بألمانيا حول الجمع بين تقنيات اللحام بالليزر والقوس الكهربائي إلى ابتكار شيء مذهل للغاية يُعرف باسم عملية Collar. ما يميز هذه الطريقة هو دمجها لنهجين مختلفين - أحدهما يعتمد على الليزر الذي يستطيع قطع المعادن بعمق، والآخر يعتمد على القوس الكهربائي الذي يملأ الفراغات بين القطع. والنتيجة؟ تقليل زمن اللحام بسرعة دون التفريط في الجودة. أحد المزايا الرئيسية لعملية Collar هي تقليل التشويه الذي يحدث بشكل شائع عند استخدام معدات اللحام التقليدية. تميل الطرق التقليدية إلى تسخين أجزاء من المادة بشكل مفرط، مما يؤدي إلى انحنائها أو تشويهها بشكل غير متوقع. ومع سيطرة أفضل على توزيع الحرارة، يحصل المصنعون على وصلات لحام أقوى وأكثر دواماً. وهذا يهم كثيراً للشركات التي تعمل مع مكونات دقيقة أو مواد صناعية ثقيلة حيث تكون الدقة مهمة للغاية.
تُظهر الاختبارات الواقعية أن الأنظمة الهجينة توفر فوائد فعلية عبر قطاعات مختلفة. خذ على سبيل المثال تصنيع السيارات وبناء السفن، حيث أفادت الشركات بتحسن سرعة الإنتاج وجودة اللحام بشكل ملحوظ بعد التطبيق. والأرقام تروي القصة أيضًا، إذ تتراوح تخفيضات التكلفة بين 15% و30% حسب التطبيق، بينما تقل جداول الإنتاج بشكل كبير. هذا يتماشى مع ما يحدث على المستوى العالمي، حيث تتجه المصانع نحو الأتمتة ضمن مظلة الثورة الصناعية الرابعة. ما يجعل التكنولوجيا الهجينة جذابة في التصنيع الذكي؟ إنها تجمع بين طبيعة الليزر السريعة والدقيقة مع خصائص طرق اللحام القوسية التقليدية المرنة. وعلى الرغم من وجود تحديات تتعلق بتكاليف الدمج، يرى العديد من المصنعين أن هذه الأنظمة المُجمَّعة تُعدّ كتل بناء أساسية للمرافق الإنتاجية من الجيل التالي التي تحتاج إلى الدقة والمرونة في عملياتها.
ما الذي يجعل آلة اللحام بالليزر Magic Cube مميزة إلى هذا الحد؟ هناك ثلاثة أمور رئيسية تجعلها كذلك: السرعة والدقة والمزايا المذهلة في لحام الخزانات التي جعلتها ضرورية للشركات العاملة في مجالات النفط والغاز. دعونا نبدأ بالسرعة. تعني المعالجة الأسرع أن المصانع يمكنها إنتاج المنتجات بسرعة أكبر دون الحاجة إلى توظيف طاقم إضافي أو شراء معدات إضافية. لقد شهدنا كيف تمكنت بعض المنشآت من تقليص دورات إنتاجها بنسبة تصل إلى النصف بعد تبني هذه التكنولوجيا. أما من حيث الدقة، فإن آلة Magic Cube تتفوق بشكل كبير على تقنيات اللحام التقليدية. فاللحام الأفضل يعني أخطاءً أقل في المستقبل، مما يوفّر المال والوقت المبذول في إصلاح المشاكل لاحقًا. وهناك أيضًا هذا الجانب المتعلق بحام الخزانات. تتعامل الآلة مع تلك الصفائح المعدنية السميكة المستخدمة في خزانات تخزين النفط والحاويات الشحن بطريقة لا يُعلى عليها. يعتمد عليها العديد من مصنعي الهياكل المعدنية في الأعمال التي تكون فيها سلامة البنية هي الأهم. وتشير التعليقات الواردة من مديري المصانع إلى أن هذه الآلات لا تمثل تحسينات نظرية فحسب، بل إنها تغيّر الطريقة التي تعمل بها المصانع بشكل يومي، مما يؤدي إلى تحسينات شاملة في النتائج.
يُعد إضافة خاصية إنترنت الأشياء (IoT) إلى آلة اللحام بالليزر Magic Cube خطوة هامة نحو تشغيل المصانع بشكل أكثر ذكاءً، وخاصة من حيث الحفاظ على تشغيل المعدات بسلاسة. بفضل تدفق البيانات في الوقت الفعلي من أجهزة الاستشعار المدمجة مباشرةً في النظام، يمكن للموظفين الفنيين اكتشاف علامات التآكل أو الأعطال المحتملة قبل حدوثها بوقت طويل، مما يقلل من تلك التوقفات غير المخطط لها التي تسبب الإحباط. مقارنةً بالطرق التقليدية للصيانة حيث كانت تُفحص الآلات في فترات زمنية ثابتة بغض النظر عن حالتها الفعلية، فإن هذه الطريقة الجديدة توفر المال والجهد. تشير التقارير من المصانع التي اعتمدت هذا التحول إلى رؤية مكاسب حقيقية في الأداء اليومي لخطوط الإنتاج. تنخفض ميزانيات الصيانة بينما تظل الآلات قيد التشغيل لفترة أطول بين عمليات الإصلاح. ومع استمرار الشركات المصنعة في تبني هذه الحلول المتصلة، فمن المرجح أن نشهد مستويات أعلى من الأتمتة عبر المرافق بأكملها، وهو أمر يتماشى تمامًا مع رؤية الثورة الصناعية الرابعة (Industry 4.0) المتمثلة في تحويل التصنيع التقليدي من خلال الابتكار الرقمي.
يعتبر إتقان الأمور أمراً بالغ الأهمية في قطاعي السيارات والفضاء على حد سواء، ولذلك أصبح اللحام بالليزر مهمًا للغاية لتلبية متطلبات الأداء الصعبة. يرى مصنعو السيارات مكاسب حقيقية عندما يتحولون إلى اللحام بالليزر لأنه يجعل عمليات اللحام لديهم أسرع وأقوى بشكل عام. فعلى سبيل المثال، تساعد الليزرات خطوط إنتاج السيارات الحديثة في ربط المواد ذات الوزن الخفيف دون التفريط في الجودة، وهو أمر يؤثر بشكل مباشر على كمية الوقود التي تستهلكها السيارات أثناء التشغيل. وتشير التقارير الصناعية إلى أن الانتقال إلى تقنية الليزر يمكن أن يقلل من وقت الإنتاج بنسبة تصل إلى 30٪ في كثير من الحالات، مما يظهر مدى فعالية هذه الطريقة حقاً. وبالإضافة إلى ذلك، كان هناك تعاون كبير بين شركات السيارات ومعاهد الأبحاث المختلفة في الآونة الأخيرة. وقد أنجبت هذه الشراكات تطورات مدهشة مصممة خصيصًا لتلبية احتياجات تصنيع الطائرات، مما يضمن تحقيق الطائرات جميع معايير السلامة الصارمة فيما يتعلق بالقوة والمتانة على مر السنين.
أحدث التطورات في لحام الليزر تُغيّر طريقة تصنيع الأنابيب، مما يجعلها أكثر أمانًا وقوة لنقل الطاقة عبر مسافات طويلة. تعتمد شركات الطاقة الآن على هذه الطرق الجديدة في اللحام لإنشاء وصلات لا تتسرب، وهي مسألة بالغة الأهمية عند التعامل مع الأنظمة ذات الضغط العالي التي تنقل الوقود أو الكهرباء عبر شبكات التوزيع. خذ منصات النفط البحرية مثالاً آخرًا حيث أصبح لحام الليزر مُغيّرًا للقواعد. تتعرّض هذه المنشآت لظروف قاسية في البحر، لكن اللحامات تثبت متانتها بشكل ملحوظ أمام تآكل مياه البحر المالحة والحركة المستمرة من الأمواج. والأرقام أيضًا تروي القصة – يقضى اللحامون وقتًا أقل في كل وصلة، وتوفّر الشركات المال على تكاليف العمالة مع تحقيق نتائج أفضل. والوصلات الأقوى تعني مشاكل صيانة أقل على المدى الطويل. ومع استمرار المشغلين في اختبار الحدود في الحفر في المياه العميقة وغيرها من البيئات القاسية، يستمر لحام الليزر في فتح أبواب أمام إنجازات هندسية كانت مستحيلة من قبل في قطاع الطاقة.
النظر في إمكانية استخدام أنظمة اللحام بالليزر الآلية يعني التفكير في المبلغ المالي الذي يتم إنفاقه في البداية مقابل العوائد المستقبلية. بالتأكيد، البدء باستخدام هذه الأنظمة التقنية العالية يتطلب دفع مبلغ كبير مقدمًا، لكن معظم الشركات تجد أنها تستعيد أموالها مع الوقت. تشير بعض الدراسات إلى أن الشركات التي قامت بالتحويل شهدت تقلصًا في كميات النفايات وانخفاضًا في الرواتب المدفوعة نظرًا لحدوث أخطاء أقل. تقوم أجهزة الليزر بعمل دقيق للغاية لدرجة أن العمال لا يحتاجون إلى التدخل باستمرار لإصلاح المشاكل. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذه الآلات أن تعمل دون توقف لعدة أيام دون أن تتعرض لعطل مثل المعدات القديمة. هذا النوع من الموثوقية يُحدث فرقًا كبيرًا عند مراجعة أرقام الإنتاج الشهرية والمدخرات على صعيد الأرباح.
تقلل أتمتة اللحام بالليزر من تلك الخطوات الإضافية التي يحتاجها المصنعون عادةً بعد اللحام، وهي خطوات تستهلك وقتًا ومالًا إضافيًا من ميزانية الإنتاج. تلاحظ المصانع أن خطوط إنتاجها تتحرك بشكل أسرع عندما يتم القضاء على متطلبات ما بعد المعالجة هذه، كما يتحقق أيضًا توفير في تكاليف العمالة. الجانب الدقيق هو ميزة كبيرة أخرى، لأنه يعني هدرًا أقل للمواد بشكل عام. عندما تفي اللحامات بمعايير الجودة الصارمة منذ البداية، لا توجد حاجة لإعادة العمل أو التعديلات لاحقًا. لقد لاحظت العديد من الورش زيادة في كفاءة الإنتاج بعد الانتقال إلى تقنية اللحام بالليزر. على سبيل المثال، تنتقل بعض مصانع السيارات من استلام صفائح المعادن إلى شحن القطع الكاملة خلال ساعات بدلاً من الأيام، مع الحفاظ في الوقت نفسه على التحكم في تكاليف التشغيل. عند النظر إلى الأرقام عبر الصناعات المختلفة، يصبح من الواضح لماذا تستثمر العديد من الشركات في هذه الأنظمة الليزرية الآلية لمصانعها اليوم.
بدأت ورش اللحام تشهد تغييرات كبيرة بفضل الذكاء الاصطناعي. تتعلم الأنظمة الذكية الآن من جميع أنواع البيانات التي تُجمع أثناء عمليات اللحام الفعلية، ومن ثم تقوم بتعديل الإعدادات بناءً على نوع المعدن الذي يتم العمل عليه وحتى درجة الحرارة السائدة في الورشة. ما المقصود بذلك؟ يعني ذلك تحسين جودة اللحامات بشكل عام وتقليل الهدر المالي الناتج عن أعمال الإصلاح أو الأخطاء. كما ظهرت بالفعل تقنيات رائعة إلى حد ما في مجال تعلم الآلة، مثل البرامج التي تتيح للروبوتات أن تحدد بنفسها الطريقة الأنسب لإجراء اللحام لكل مهمة على حدة. يرى الخبراء في الصناعة أننا نتجه نحو قفزة كبيرة في مجال أتمتة اللحام خلال السنوات القليلة القادمة. وعلى الرغم من وجود الكثير مما يبقى العمل عليه قبل أن تصبح هذه التكنولوجيا معياراً في المصانع حول العالم، فإن المؤسسين المبكر لها يلاحظون بالفعل تحسناً ملحوظاً في عملياتهم الإنتاجية.
قامت وكالة ناسا بالتعاون مع باحثين في جامعة ولاية أوريغون بالتحقيق في طرق اللحام في بيئات انعدام الجاذبية، وهو أمر سيكون ضروريًا لبناء المنشآت خلال المهام الفضائية الطويلة. عندما يحاول اللحام العمل دون وجود الجاذبية لسحب المواد نحو الأسفل، يواجهون جميع أنواع المشكلات لأن المعدن المنصهر يطفو في كل مكان بدلًا من التدفق بشكل صحيح. يقوم الفريق باختبار مناهج مختلفة للتغلب على هذه المشكلات بحيث يمكن للموظفين في الفضاء بناء المساكن أو إصلاح المعدات أثناء العوم في الفضاء. ما يجعل هذا البحث مثيرًا للاهتمام هو أن العديد من التقنيات المطورة قد تعود إلى الأرض أيضًا. فكر في مصانع تعمل في بيئات قاسية لا تعمل فيها الطرق التقليدية بشكل جيد. يمكن أن تساعد هذه الابتكارات الفضائية في تحسين عمليات التصنيع في أماكن مثل منصات الحفر في أعماق البحار أو مواقع البناء في القطب الشمالي. بينما تواصل ناسا دفع حدود الاستكشاف الفضائي، قد نرى بعض التطورات الجانبية المدهشة التي تفيد الصناعات هنا على كوكبنا.
