Raisons du chauffage de la buse de la tête de découpe lors de la découpe laser

La surchauffe importante de la buse de la tête de découpe laser, pouvant même devenir rouge vif, est généralement due à plusieurs facteurs. Nous allons détailler ci-dessous les causes principales, les causes secondaires et les solutions.

Raison principale

Ce sont les problèmes les plus directs et les plus courants qui provoquent la surchauffe des buses.

1. Plasma/chaleur réfléchie

• Mécanisme de génération :Lorsque le faisceau laser est focalisé sur la surface du matériau métallique, il le fait fondre instantanément, voire le vaporise. Un gaz auxiliaire, tel que l'oxygène ou l'azote, est insufflé dans cette zone à haute température. Si la densité d'énergie est trop élevée ou si les paramètres du gaz sont inadaptés, le métal vaporisé et le gaz lui-même s'ionisent pour former un plasma à haute température (un ensemble de gaz électriquement neutres à très haute température).
• Processus de transfert de chaleur :Ce plasma absorbe et diffuse l'énergie laser, réduisant ainsi l'efficacité de la découpe, et remonte à l'intérieur de la buse. L'immense quantité de chaleur qu'il transporte est directement transmise à la paroi interne en cuivre de la buse, provoquant une forte hausse de sa température, pouvant même la faire fondre et la brûler.

2. Défaillance du système de refroidissement

Les têtes de découpe laser modernes haute performance sont conçues avec des canaux de refroidissement à eau internes, spécialement conçus pour évacuer la chaleur absorbée par les buses, les supports de miroirs de protection et autres composants.

Questions fréquemment posées :

• Débit d'eau de refroidissement insuffisant :panne de la pompe à eau de refroidissement, pliure du tuyau d'eau, colmatage du filtre, etc.
• La température de l'eau de refroidissement est trop élevée :L'effet de refroidissement du refroidisseur est insuffisant ou le choix est trop restreint.
• Obstruction ou fuite du circuit d'eau de refroidissement :Des dépôts internes ou des impuretés bloquent le passage du fluide.
• Le système de refroidissement n'est pas activé :J'ai oublié d'allumer le refroidisseur avant de démarrer le laser.

Causes secondaires et autres

Ces causes, bien que moins directes que les deux précédentes, peuvent aggraver la fièvre ou causer des problèmes individuellement.

3. Contaminationted ou endommagé lenses

• Si le miroir de focalisation ou le miroir de protection est contaminé (huile, poussière) ou endommagé, sa transmission lumineuse et sa capacité de focalisation diminueront.
• Une partie de l'énergie laser est absorbée par la lentille et convertie en chaleur. Cette chaleur est transmise à la base du miroir, qui à son tour chauffe l'air ambiant et la base de la buse.
• Dans les cas les plus graves, une température excessive de la lentille peut provoquer son éclatement.

4. Réglage incorrect des paramètres de processus

• Type de gaz et pression :
• Lorsqu'on utilise de l'oxygène pour découper l'acier au carbone, la réaction est exothermique et génère une chaleur importante. Si la pression du gaz est insuffisante, un plasma dense peut se former.
• Lors de la découpe de l'acier inoxydable à l'azote, si la pression d'air est trop faible pour évacuer le métal en fusion à temps, les scories seront projetées vers le haut, adhéreront à la paroi interne de la buse et continueront à la chauffer ; si la pression d'air est trop élevée, cela peut provoquer des perturbations du flux d'air, ce qui favorise la formation de plasma.
• Vitesse de coupe :La vitesse est trop faible, le laser reste trop longtemps au même endroit et la chaleur s'accumule excessivement, ce qui favorise la formation de plasma et la combustion de la buse. À l'inverse, une vitesse trop élevée peut empêcher la découpe et entraîner une augmentation de la lumière réfléchie.
• Puissance du laser :Lorsque la puissance est trop élevée et que d'autres paramètres (tels que la vitesse et la pression de l'air) ne correspondent pas, l'énergie est excessive et du plasma est facilement généré.
• Position de focalisation :Un positionnement incorrect du faisceau affectera la densité d'énergie et la forme de la coupe, influençant ainsi l'évacuation du métal en fusion et la formation du plasma.

5. Le problème de la buse elle-même

• Incompatibilité de modèle :L'ouverture de la buse n'est pas adaptée à l'épaisseur de la plaque à découper ni à la pression du gaz. Par exemple, une découpe fine avec une buse à grande ouverture peut entraîner une divergence du flux d'air et une protection insuffisante.
• Mauvaise qualité/dommages :L'orifice central de la buse n'est pas rond, présente des bavures et sa paroi intérieure est irrégulière, ce qui provoque un flux d'air instable et favorise la formation de courants de Foucault, nuisibles à la dissipation de la chaleur et à l'évacuation des scories. Une légère déformation de la buse suite à un choc avec la tôle peut également être à l'origine de ce problème.
• Installation incorrecte :La buse n'est pas serrée ou le joint d'étanchéité est endommagé, ce qui provoque une fuite de gaz et compromet la protection stable du rideau de gaz.

6. Environnement extérieur et collision

• La réflectivité de surface de la plaque est trop élevée :Lors de la découpe de matériaux hautement réfléchissants tels que l'aluminium et le cuivre, une grande quantité d'énergie laser est réfléchie vers l'intérieur de la tête de découpe et absorbée par la buse et le siège du miroir.
• Collision:La tête de coupe entre en collision avec la plaque ou le dispositif de fixation, ce qui provoque la déformation de la buse et le déplacement des pièces internes, détruisant ainsi la coaxialité et l'étanchéité d'origine des conduits de lumière, de gaz et d'eau.

Liste de contrôle du résumé et des solutions

En cas de problème de chauffage de la buse, il est recommandé de vérifier les points suivants dans l'ordre :

1. Arrêtez immédiatement la machine pour inspection :afin d'éviter d'autres dommages à l'équipement.

2. Vérifier le système de refroidissement (priorité absolue) :

• Vérifiez que le refroidisseur est allumé et fonctionne normalement.
• Vérifiez si le débit et la pression de l'eau de refroidissement répondent aux exigences de l'équipement.
• Touchez les tuyaux d'entrée et de sortie pour évaluer la différence de température. Si cette différence est faible, cela signifie que l'efficacité de l'échange thermique est faible ou que le débit est insuffisant.
• Vérifiez la qualité de l'eau pour vous assurer qu'elle ne contient pas d'impuretés.

3. Vérifier et remplacer les composants optiques :

• Retirez la lentille de protection et vérifiez qu'elle ne présente aucune contamination, brûlure ou fissure. Veillez à toujours garder les lentilles propres.
• Vérifiez si le miroir de mise au point est en bon état.

4. Vérifiez et remplacez la buse :

• Vérifiez si l'ouverture de la buse actuellement utilisée est adaptée à la tâche de découpe en cours.
• Vérifiez que l'orifice intérieur de la buse est lisse et rond, et qu'il ne présente aucune trace de fusion ni d'obstruction. Remplacez-la par une buse neuve de haute qualité.

5. Optimisation des paramètres du processus de découpe :

• Consultez le fournisseur de l'équipement ou un ingénieur de procédés expérimenté pour recalibrer la puissance du laser, la vitesse de coupe, le type et la pression du gaz, la position du foyer, etc., en fonction du type et de l'épaisseur du matériau. C'est la clé pour résoudre le problème de surchauffe du plasma.

6. Vérifiez la coaxialité et l'installation :

• Utilisez le testeur d'alignement pour vérifier la coaxialité du laser, de la buse et du gaz.
• Assurez-vous que la buse est correctement installée et serrée, et que le joint d'étanchéité est intact.

7. Observez le processus de découpe :

• Par mesure de sécurité, observez les étincelles pendant la découpe. Une étincelle normale doit être dirigée vers le bas et vers l'arrière. Si l'étincelle jaillit vers le haut, diverge ou est trop grossière et brillante, cela signifie généralement que les paramètres sont inadaptés et qu'une grande quantité de plasma est générée.

Une investigation systématique permet de résoudre efficacement la grande majorité des problèmes de surchauffe des buses. Si les étapes précédentes ne permettent pas de résoudre le problème, il se peut qu'un problème mécanique ou optique plus grave soit présent à l'intérieur de la tête de coupe ; il est alors nécessaire de contacter le fabricant de l'équipement pour une maintenance professionnelle.