Gründe für die Erhitzung der Schneidkopfdüse beim Laserschneiden

Eine starke Überhitzung der Düse des Laserschneidkopfes, die sogar zu Rotbrennen führen kann, hat in der Regel nicht nur eine Ursache, sondern ist das Ergebnis mehrerer Faktoren. Im Folgenden werden die Haupt- und Nebenursachen sowie Lösungsansätze detailliert erläutert.

Hauptgrund

Dies sind die häufigsten und direktesten Ursachen für eine Überhitzung der Düse.

1. Plasma/reflektierte Wärme

• Entstehungsmechanismus:Wenn der Laserstrahl auf die Oberfläche des Metalls fokussiert wird, schmilzt oder verdampft er das Metall augenblicklich. Ein Hilfsgas, wie Sauerstoff oder Stickstoff, wird in diesen Hochtemperaturbereich geleitet. Ist die Energiedichte zu hoch oder die Gasparameter ungeeignet, ionisieren das verdampfte Metall und das Gas selbst und bilden eine Hochtemperatur-Plasmawolke (eine elektrisch neutrale Gasgruppe mit extrem hoher Temperatur).
• Wärmeübertragungsprozess:Dieses Plasma absorbiert und streut nicht nur die Laserenergie und verringert so die Schneidleistung, sondern strömt auch wieder nach oben in die Düse zurück. Die enorme Hitze des Plasmas wird direkt auf die Kupferinnenwand der Düse übertragen, wodurch deren Temperatur rapide ansteigt und sie im schlimmsten Fall sogar rot verbrennt und schmilzt.

2. Ausfall des Kühlsystems

Moderne Hochleistungslaserschneidköpfe sind mit wassergekühlten Kanälen im Inneren ausgestattet, die speziell dazu dienen, die von den Düsen, den Schutzspiegelsitzen und anderen Komponenten aufgenommene Wärme abzuführen.

Häufig gestellte Fragen:

• Unzureichender Kühlwasserdurchfluss:Ausfall der Kühlwasserpumpe, Verbiegung der Wasserleitung, Verstopfung des Filters usw.
• Die Kühlwassertemperatur ist zu hoch:Die Kühlleistung des Kühlers ist nicht gut oder die Auswahl ist zu klein.
• Verstopfung oder Leckage im Kühlwasserkreislauf:Interne Ablagerungen oder Verunreinigungen blockieren den Durchflusskanal.
• Das Kühlsystem ist nicht eingeschaltet:Vergessen Sie nicht, den Kühler einzuschalten, bevor Sie den Laser starten.

Sekundäre und andere Ursachen

Diese Ursachen sind zwar weniger direkt als die beiden oben genannten, können aber einzeln betrachtet das Fieber verschlimmern oder Probleme verursachen.

3. Kontaminationbeschädigtes oder defektes Lenses

• Wenn der Fokussierspiegel oder der Schutzspiegel verschmutzt (Öl, Staub) oder beschädigt ist, verringern sich seine Lichtdurchlässigkeit und sein Fokussiervermögen.
• Ein Teil der Laserenergie wird von der Linse selbst absorbiert und in Wärme umgewandelt. Diese Wärme wird an den Spiegelsockel abgegeben, der wiederum die umgebende Luft und den Düsensockel erwärmt.
• In schweren Fällen kann eine zu hohe Linsentemperatur zum Platzen der Linse führen.

4. Falsche Einstellung der Prozessparameter

• Gasart und -druck:
• Beim Schneiden von Kohlenstoffstahl mit Sauerstoff handelt es sich um eine exotherme Reaktion, die selbst viel Wärme erzeugt. Ist der Gasdruck nicht geeignet, bildet sich leichter ein starkes Plasma.
• Beim Schneiden von Edelstahl mit Stickstoff kann es vorkommen, dass bei zu niedrigem Luftdruck die Schmelze nicht rechtzeitig abgeführt wird, die Schlacke nach oben spritzt, sich an der Innenwand der Düse festsetzt und diese weiter erhitzt; ist der Luftdruck hingegen zu hoch, kann dies zu Strömungsstörungen führen, die die Plasmabildung begünstigen.
• Schnittgeschwindigkeit:Ist die Geschwindigkeit zu gering, verharrt der Laser zu lange an derselben Position, wodurch sich zu viel Hitze staut. Dies begünstigt die Plasmabildung und das Verbrennen der Düse. Ist die Geschwindigkeit hingegen zu hoch, kann es sein, dass das Material nicht durchtrennt wird, was zu verstärkter Lichtreflexion führt.
• Laserleistung:Wenn die Leistung zu hoch ist und andere Parameter (wie Geschwindigkeit und Luftdruck) nicht übereinstimmen, ist die Energie zu hoch und es entsteht leicht Plasma.
• Fokusposition:Eine falsche Fokusposition beeinflusst die Energiedichte und die Schnittform und wirkt sich somit auf den Schmelzaustrag und die Plasmabildung aus.

5. Das Problem der Düse selbst

• Modellabweichung:Die Düsenöffnung ist nicht auf die Dicke des zu schneidenden Blechs und den Gasdruck abgestimmt. Beispielsweise kann ein Feinschnitt mit einer Düse mit großer Öffnung zu einer ungleichmäßigen Luftströmung und einer unzureichenden Schutzwirkung führen.
• Mangelhafte Qualität/Beschädigung:Die Mittelbohrung der Düse ist nicht rund, weist Grate auf und die Innenwand ist uneben. Dies führt zu einer instabilen Luftströmung und begünstigt die Bildung von Wirbelströmen, was die Wärmeabfuhr und das Ausblasen von Schlacke erschwert. Auch eine leichte Verformung der Düse nach dem Aufprall auf das Blech kann dieses Problem verursachen.
• Unsachgemäße Installation:Die Düse ist nicht festgezogen oder der Dichtungsring ist beschädigt, was zu Gasaustritt führt und den stabilen Gasvorhangschutz zerstört.

6. Äußere Umgebung und Kollision

• Die Oberflächenreflexion der Platte ist zu hoch:Beim Schneiden hochreflektierender Materialien wie Aluminium und Kupfer wird ein großer Teil der Laserenergie in das Innere des Schneidkopfes zurückreflektiert und von der Düse und dem Spiegelsitz absorbiert.
• Kollision:Der Schneidkopf kollidiert mit der Platte oder der Vorrichtung, wodurch sich die Düse verformt und die inneren Teile verschieben. Dadurch werden die ursprüngliche Koaxialität und die Abdichtung des Licht-, Gas- und Wasserwegs zerstört.

Zusammenfassung und Lösungs-Checkliste

Wenn ein Problem mit der Düsenheizung auftritt, wird empfohlen, die folgenden Punkte in der angegebenen Reihenfolge zu überprüfen:

1. Die Maschine sofort zur Überprüfung anhalten:um weiteren Schaden an den Geräten zu verhindern.

2. Kühlsystem prüfen (höchste Priorität):

• Vergewissern Sie sich, dass die Kältemaschine eingeschaltet ist und normal funktioniert.
• Prüfen Sie, ob Kühlwasserdurchfluss und -druck den Anforderungen der Anlage entsprechen.
• Berühren Sie die Ein- und Auslassrohre und fühlen Sie den Temperaturunterschied. Ist der Temperaturunterschied gering, bedeutet dies, dass die Wärmeaustauscheffizienz niedrig oder der Durchfluss unzureichend ist.
• Prüfen Sie die Wasserqualität, um sicherzustellen, dass keine Verunreinigungen vorhanden sind.

3. Optische Komponenten prüfen und gegebenenfalls austauschen:

• Entfernen Sie die Schutzlinse und überprüfen Sie sie auf Verschmutzungen, Brandspuren oder Risse. Halten Sie die Linsen stets sauber.
• Prüfen Sie, ob der Fokussierspiegel in gutem Zustand ist.

4. Düse prüfen und gegebenenfalls austauschen:

• Prüfen Sie, ob die aktuell verwendete Düsenöffnung für den laufenden Schneidvorgang geeignet ist.
• Prüfen Sie, ob die Innenöffnung der Düse glatt und rund ist und ob Schmelzschäden oder Verstopfungen vorliegen. Ersetzen Sie die Düse gegebenenfalls durch eine neue, hochwertige Testdüse.

5. Optimierung der Parameter des Schneidprozesses:

• Wenden Sie sich an den Gerätehersteller oder einen erfahrenen Verfahrenstechniker, um Laserleistung, Schnittgeschwindigkeit, Gasart und -druck, Fokusposition usw. entsprechend Materialart und -dicke neu zu kalibrieren. Dies ist der Kern der Lösung des Problems der Plasmaüberhitzung.

6. Überprüfen Sie die Koaxialität und die Installation:

• Verwenden Sie den Ausrichtungstester, um zu überprüfen, ob die Koaxialität von Laser, Düse und Gas korrekt ist.
• Vergewissern Sie sich, dass die Düse korrekt installiert und festgezogen ist und der Dichtungsring intakt ist.

7. Beobachten Sie den Schneidevorgang:

• Beobachten Sie beim Schneiden aus Sicherheitsgründen die Funkenbildung. Ein normaler Funke schlägt nach unten und hinten aus. Spritzt der Funke nach oben, breitet er sich aus oder ist er zu grob und hell, deutet dies in der Regel auf ungeeignete Parameter und eine übermäßige Plasmabildung hin.

Durch systematische Untersuchung lassen sich die meisten Probleme mit der Düsenerhitzung effektiv beheben. Sollten die oben genannten Schritte nicht zum Erfolg führen, liegt möglicherweise ein schwerwiegenderes mechanisches oder optisches Problem im Schneidkopf vor. In diesem Fall ist es notwendig, den Gerätehersteller zur professionellen Wartung zu kontaktieren.