Causas del calentamiento de la boquilla del cabezal de corte durante el corte láser

La sobrecalentamiento de la boquilla del cabezal de corte láser, que puede llegar a ser grave e incluso provocar quemaduras graves, generalmente no se debe a una sola causa, sino a la combinación de varios factores. A continuación, se explicarán en detalle las causas principales, las secundarias y las soluciones.

Razón principal

Estos son los problemas más directos y comunes que provocan el sobrecalentamiento de la boquilla.

1. Plasma/calor reflejado

• Mecanismo de generación:Cuando el rayo láser se enfoca sobre la superficie del material metálico, lo funde o incluso lo vaporiza instantáneamente. Se inyecta un gas auxiliar, como oxígeno o nitrógeno, hacia esta zona de alta temperatura. Si la densidad de energía es demasiado alta o los parámetros del gas son inadecuados, el metal vaporizado y el propio gas se ionizan, formando una nube de plasma de alta temperatura (un gas eléctricamente neutro con una temperatura extremadamente alta).
• Proceso de transferencia de calor:Este plasma no solo absorbe y dispersa la energía láser, reduciendo la eficiencia del corte, sino que también regresa hacia el interior de la boquilla. La enorme cantidad de calor que transporta el plasma se transfiere directamente a la pared interior de cobre de la boquilla, provocando un aumento brusco de su temperatura, hasta el punto de quemarla y fundirla.

2. Fallo del sistema de refrigeración

Los modernos cabezales de corte láser de alto rendimiento están diseñados con canales internos refrigerados por agua, que se utilizan especialmente para disipar el calor absorbido por las boquillas, los soportes de los espejos protectores y otros componentes.

Preguntas frecuentes:

• Flujo insuficiente de agua de refrigeración:fallo de la bomba de agua de refrigeración, deformación de la tubería de agua, obstrucción del filtro, etc.
• La temperatura del agua de refrigeración es demasiado alta:El efecto de enfriamiento del enfriador no es bueno o la selección es demasiado pequeña.
• Obstrucción o fuga en el circuito de agua de refrigeración:La acumulación de incrustaciones o impurezas en el interior del recipiente obstruye el paso del flujo.
• El sistema de refrigeración no está encendido:Olvidé encender el enfriador antes de encender el láser.

Causas secundarias y otras causas

Estas causas, si bien son menos directas que las dos anteriores, pueden agravar la fiebre o causar problemas individualmente.

3. Contaminated o dañado lenses

• Si el espejo de enfoque o el espejo protector están contaminados (con aceite o polvo) o dañados, su transmitancia de luz y su capacidad de enfoque disminuirán.
• Parte de la energía del láser es absorbida por la propia lente y convertida en calor. Este calor se transfiere a la base del espejo, que a su vez calienta el aire circundante y la base de la boquilla.
• En casos graves, una temperatura excesiva en la lente puede provocar que se rompa.

4. Configuración incorrecta de los parámetros del proceso

• Tipo y presión del gas:
• Al utilizar oxígeno para cortar acero al carbono, se produce una reacción exotérmica que genera mucho calor. Si la presión del gas no es la adecuada, es más probable que se forme un plasma intenso.
• Al utilizar nitrógeno para cortar acero inoxidable, si la presión del aire es demasiado baja para eliminar el metal fundido a tiempo, la escoria salpicará hacia arriba, se adherirá a la pared interior de la boquilla y continuará calentándola; si la presión del aire es demasiado alta, puede provocar una alteración del flujo de aire, lo que favorece la formación de plasma.
• Velocidad de corte:La velocidad es demasiado lenta, el láser permanece demasiado tiempo en la misma posición y se acumula demasiado calor, lo que facilita la generación de plasma y el sobrecalentamiento de la boquilla. Si la velocidad es demasiado rápida, es posible que no atraviese el material, lo que resulta en una mayor reflexión de la luz.
• Potencia del láser:Cuando la potencia es demasiado alta y otros parámetros (como la velocidad y la presión del aire) no coinciden, la energía es excesiva y se genera plasma fácilmente.
• Posición de enfoque:Una posición de enfoque incorrecta afectará la densidad de energía y la forma del corte, lo que a su vez afectará la descarga del material fundido y la formación de plasma.

5. El problema de la propia boquilla.

• Desajuste del modelo:La abertura de la boquilla no coincide con el grosor de la placa a cortar ni con la presión del gas. Por ejemplo, un corte fino con una boquilla de gran abertura puede provocar que el flujo de aire se disperse y que la protección sea deficiente.
• Mala calidad/daños:El orificio central de la boquilla no es redondo, presenta rebabas y la pared interior no es lisa, lo que provoca un flujo de aire inestable y la formación de remolinos. Esto dificulta la disipación del calor y la expulsión de escoria. Una ligera deformación de la boquilla tras el impacto con la lámina también puede causar este problema.
• Instalación incorrecta:La boquilla no está bien apretada o la junta de estanqueidad está dañada, lo que provoca fugas de gas y destruye la protección estable de la cortina de gas.

6. Entorno externo y colisión

• La reflectividad superficial de la placa es demasiado alta:Al cortar materiales altamente reflectantes como el aluminio y el cobre, una gran cantidad de energía láser se refleja hacia el interior del cabezal de corte y es absorbida por la boquilla y el soporte del espejo.
• Colisión:El cabezal de corte choca con la placa o el accesorio, lo que provoca la deformación de la boquilla y el desplazamiento de las piezas internas, destruyendo la coaxialidad original y el sellado del conducto de luz, gas y agua.

Resumen y lista de verificación de soluciones

Cuando se presente el problema de calentamiento de la boquilla, se recomienda verificar en el siguiente orden:

1. Detenga la máquina inmediatamente para su inspección:para evitar mayores daños al equipo.

2. Compruebe el sistema de refrigeración (máxima prioridad):

• Confirme que el enfriador esté encendido y funcionando con normalidad.
• Compruebe si el caudal y la presión del agua de refrigeración cumplen con los requisitos del equipo.
• Toca las tuberías de entrada y salida y siente la diferencia de temperatura. Si la diferencia es pequeña, significa que la eficiencia del intercambio de calor es baja o que el caudal es insuficiente.
• Comprueba la calidad del agua para asegurarte de que no haya impurezas.

3. Compruebe y sustituya los componentes ópticos:

• Retire la lente protectora e inspecciónela para detectar contaminación, quemaduras o grietas. Mantenga siempre las lentes limpias.
• Comprueba si el espejo de enfoque está en buen estado.

4. Compruebe y sustituya la boquilla:

• Compruebe si la abertura de la boquilla que está utilizando actualmente es adecuada para la tarea de corte que se está realizando.
• Compruebe que el orificio interior de la boquilla sea liso y redondo, y que no presente daños por fusión ni obstrucciones. Sustituya la boquilla por una nueva de alta calidad y realice una prueba.

5. Optimización de los parámetros del proceso de corte:

• Consulte al proveedor del equipo o a un ingeniero de procesos experimentado para recalibrar la potencia del láser, la velocidad de corte, el tipo y la presión del gas, la posición del enfoque, etc., según el tipo y el grosor del material. Este es el punto clave para solucionar el problema del sobrecalentamiento del plasma.

6. Compruebe la coaxialidad y la instalación:

• Utilice el comprobador de alineación para verificar si la coaxialidad del láser, la boquilla y el gas es correcta.
• Asegúrese de que la boquilla esté correctamente instalada y apretada, y de que el anillo de sellado esté intacto.

7. Observa el proceso de corte:

• Por motivos de seguridad, observe las chispas durante el corte. Una chispa normal debe dirigirse hacia abajo y hacia atrás. Si la chispa se dirige hacia arriba, se desvía o es demasiado gruesa y brillante, generalmente significa que los parámetros no son los adecuados y se genera una gran cantidad de plasma.

Mediante una investigación sistemática, la gran mayoría de los problemas de calentamiento de la boquilla pueden resolverse eficazmente. Si los pasos anteriores no solucionan el problema, es posible que exista un problema mecánico u óptico más grave dentro del cabezal de corte, y será necesario contactar al fabricante del equipo para un mantenimiento profesional.