أسباب ارتفاع درجة حرارة فوهة رأس القطع أثناء القطع بالليزر

ارتفاع درجة حرارة فوهة رأس القطع بالليزر بشكل حاد، حتى أنها قد تصل إلى درجة الاحمرار الشديد، وعادةً لا يكون السبب واحدًا، بل نتيجة لعدة عوامل. سنشرح فيما يلي بالتفصيل الأسباب الرئيسية والثانوية والحلول.

السبب الرئيسي

هذه هي أكثر المشاكل المباشرة والشائعة التي تسبب ارتفاع درجة حرارة الفوهة.

1. البلازما/الحرارة المنعكسة

• آلية التوليد:عند تركيز شعاع الليزر على سطح المعدن، فإنه يصهره أو حتى يتبخره فورًا. يُضخ غاز مساعد، كالأكسجين أو النيتروجين، نحو هذه المنطقة ذات الحرارة العالية. إذا كانت كثافة الطاقة عالية جدًا أو كانت خصائص الغاز غير مناسبة، فإن المعدن المتبخر والغاز نفسه يتأينان لتكوين سحابة بلازما عالية الحرارة (مجموعة غازية متعادلة كهربائيًا ذات درجة حرارة عالية للغاية).
• عملية نقل الحرارة:لن يقتصر تأثير هذه البلازما على امتصاص وتشتيت طاقة الليزر وتقليل كفاءة القطع فحسب، بل ستعود أيضًا إلى داخل الفوهة. ستنتقل كمية الحرارة الهائلة التي تحملها البلازما مباشرةً إلى الجدار النحاسي الداخلي للفوهة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارته بشكل حاد، حتى أنه قد يحترق ويتحول إلى اللون الأحمر وينصهر.

2. عطل في نظام التبريد

تم تصميم رؤوس القطع بالليزر الحديثة عالية الأداء بقنوات تبريد مائي داخلية، والتي تستخدم خصيصًا لإزالة الحرارة التي تمتصها الفوهات ومقاعد المرايا الواقية والمكونات الأخرى.

الأسئلة الشائعة:

• تدفق مياه التبريد غير كافٍ:تعطل مضخة مياه التبريد، وانحناء أنبوب المياه، وانسداد الفلتر، وما إلى ذلك.
• درجة حرارة ماء التبريد مرتفعة للغاية:تأثير التبريد في جهاز التبريد ليس جيدًا أو أن الخيارات محدودة للغاية.
• انسداد أو تسرب في دائرة مياه التبريد:تتسبب الترسبات الداخلية أو الشوائب في انسداد مسار التدفق.
• نظام التبريد غير مُشغّل:لا تنس تشغيل جهاز التبريد قبل بدء تشغيل الليزر.

الأسباب الثانوية وغيرها

هذه الأسباب، وإن كانت أقل مباشرة من السببين السابقين، يمكن أن تؤدي إلى تفاقم الحمى أو تسبب مشاكل بشكل فردي.

3. التلوثted أو تالفة lenses

• إذا تلوثت مرآة التركيز أو المرآة الواقية (بالزيت أو الغبار) أو تضررت، فإن نفاذية الضوء وقدرتها على التركيز ستنخفض.
• يمتص جزء من طاقة الليزر بواسطة العدسة نفسها ويحوله إلى حرارة. تنتقل هذه الحرارة إلى قاعدة المرآة، التي بدورها تسخن الهواء المحيط وقاعدة الفوهة.
• في الحالات الشديدة، قد تؤدي درجة حرارة العدسة المفرطة إلى تمزقها.

4. ضبط غير صحيح لمعلمات العملية

• نوع الغاز وضغطه:
• عند استخدام الأكسجين لقطع الفولاذ الكربوني، يحدث تفاعل طارد للحرارة يولد كمية كبيرة من الحرارة. وإذا لم يكن ضغط الغاز مناسبًا، فمن السهل تكوين بلازما قوية.
• عند استخدام النيتروجين لقطع الفولاذ المقاوم للصدأ، إذا كان ضغط الهواء منخفضًا جدًا بحيث لا يمكن إزالة المصهور في الوقت المناسب، فسوف يتناثر الخبث لأعلى ويلتصق بالجدار الداخلي للفوهة ويستمر في تسخينه؛ وإذا كان ضغط الهواء مرتفعًا جدًا، فقد يتسبب ذلك في اضطراب تدفق الهواء، مما يؤدي إلى تكوين البلازما.
• سرعة القطع:إذا كانت السرعة بطيئة للغاية، يبقى الليزر في نفس الموضع لفترة طويلة جدًا، مما يؤدي إلى تراكم الحرارة بشكل مفرط، وهو ما يُسهّل تكوّن البلازما واحتراق الفوهة. أما إذا كانت السرعة عالية جدًا، فقد لا يتمكن الليزر من اختراق المادة، مما ينتج عنه انعكاس ضوء قوي.
• قوة الليزر:عندما تكون الطاقة عالية جدًا ولا تتطابق المعايير الأخرى (مثل السرعة وضغط الهواء)، تكون الطاقة مفرطة ويتم توليد البلازما بسهولة.
• موضع التركيز:سيؤثر وضع التركيز غير الصحيح على كثافة الطاقة وشكل القطع، مما يؤثر بالتالي على تفريغ المصهور وتكوين البلازما.

5. مشكلة الفوهة نفسها

• عدم تطابق النموذج:لا تتناسب فتحة الفوهة مع سمك الصفيحة المراد قطعها وضغط الغاز. فعلى سبيل المثال، قد يؤدي القطع الدقيق باستخدام فوهة ذات فتحة كبيرة إلى تشتت تدفق الهواء، مما يقلل من فعالية الحماية.
• جودة رديئة/تلف:إنّ الفتحة المركزية للفوهة ليست دائرية، بل بها نتوءات، وجدارها الداخلي غير أملس، مما يُسبب تدفق هواء غير مستقر ويُسهّل تكوّن تيارات دوامية، وهو ما يُعيق تبديد الحرارة ونفخ الخبث. وقد يُؤدي تشوّه طفيف في الفوهة بعد اصطدامها بالصفيحة إلى هذه المشكلة أيضاً.
• تركيب غير صحيح:إن الفوهة غير محكمة الربط، أو أن حلقة منع التسرب تالفة، مما يتسبب في تسرب الغاز وتدمير الحماية الثابتة لستارة الغاز.

6. البيئة الخارجية والاصطدام

• انعكاسية سطح الصفيحة عالية جدًا:عند قطع المواد العاكسة للغاية مثل الألومنيوم والنحاس، تنعكس كمية كبيرة من طاقة الليزر إلى داخل رأس القطع ويتم امتصاصها بواسطة الفوهة ومقعد المرآة.
• تصادم:يصطدم رأس القطع باللوحة أو التركيب، مما يتسبب في تشوه الفوهة وتحرك الأجزاء الداخلية، مما يؤدي إلى تدمير المحورية الأصلية وإحكام إغلاق الضوء والغاز وممر المياه.

ملخص وقائمة التحقق من الحلول

عند مواجهة مشكلة تسخين الفوهة، يُنصح بالتحقق بالترتيب التالي:

1. أوقف تشغيل الآلة فوراً لإجراء الفحص:لمنع حدوث المزيد من الأضرار للمعدات.

2. فحص نظام التبريد (أولوية قصوى):

• تأكد من أن جهاز التبريد يعمل بشكل طبيعي.
• تحقق مما إذا كان تدفق مياه التبريد وضغطها يلبيان متطلبات المعدات.
• المس أنابيب المدخل والمخرج وتحسس فرق درجة الحرارة. إذا كان فرق درجة الحرارة ضئيلاً، فهذا يعني أن كفاءة التبادل الحراري منخفضة أو أن التدفق غير كافٍ.
• تحقق من جودة المياه للتأكد من خلوها من الشوائب.

3. فحص واستبدال المكونات البصرية:

• انزع العدسة الواقية وافحصها بحثًا عن أي تلوث أو حروق أو تشققات. حافظ دائمًا على نظافة العدسات.
• تأكد من أن مرآة التركيز في حالة جيدة.

4. افحص الفوهة واستبدلها:

• تحقق مما إذا كانت فتحة الفوهة المستخدمة حاليًا مناسبة لمهمة القطع الجارية.
• تأكد من أن الفتحة الداخلية للفوهة ناعمة ومستديرة، ومن عدم وجود أي تلف ناتج عن الانصهار أو انسداد. تم استبدالها بفوهة جديدة عالية الجودة.

5. تحسين معايير عملية القطع:

• استشر مورد المعدات أو مهندس عمليات ذي خبرة لإعادة ضبط طاقة الليزر، وسرعة القطع، ونوع الغاز وضغطه، وموضع التركيز، وما إلى ذلك، وفقًا لنوع المادة وسماكتها. هذا هو جوهر حل مشكلة ارتفاع درجة حرارة البلازما.

6. تحقق من المحورية والتركيب:

• استخدم جهاز اختبار المحاذاة للتحقق من دقة المحورية بين الليزر والفوهة والغاز.
• تأكد من تركيب الفوهة بشكل صحيح وربطها بإحكام، وأن حلقة منع التسرب سليمة.

7. راقب عملية القطع:

• مع مراعاة قواعد السلامة، راقب الشرر أثناء القطع. يجب أن يكون الشرر الطبيعي متجهًا للأسفل وللخلف. إذا اندفع الشرر للأعلى، أو تباعد، أو كان خشنًا وساطعًا جدًا، فهذا يعني عادةً أن المعايير غير مناسبة وأن كمية كبيرة من البلازما تتولد.

من خلال الفحص المنهجي، يمكن حل غالبية مشاكل تسخين الفوهات بفعالية. إذا لم تُجدِ الخطوات المذكورة نفعًا، فقد يكون هناك عطل ميكانيكي أو بصري أكثر خطورة داخل رأس القطع، وفي هذه الحالة، يلزم التواصل مع الشركة المصنعة للمعدات لإجراء صيانة متخصصة.