Penyebab terjadinya pemanasan pada nosel kepala pemotong selama pemotongan laser

Panas berlebih pada nosel kepala pemotong laser, bahkan sampai memerah, biasanya bukan disebabkan oleh satu faktor saja, melainkan akibat dari berbagai faktor. Berikut akan dijelaskan secara rinci mulai dari penyebab utama, penyebab sekunder, dan solusinya.

Alasan utama

Ini adalah masalah paling langsung dan umum yang menyebabkan nozzle menjadi terlalu panas.

1. Plasma/panas pantulan

• Mekanisme pembangkitan:Ketika sinar laser difokuskan pada permukaan material logam, sinar tersebut akan langsung melelehkan atau bahkan menguapkan logam tersebut. Gas bantu, seperti oksigen atau nitrogen, ditiupkan ke arah daerah bersuhu tinggi ini. Jika kepadatan energi terlalu tinggi atau parameter gas tidak sesuai, logam yang menguap dan gas itu sendiri akan terionisasi membentuk awan plasma bersuhu tinggi (kelompok gas netral secara elektrik dengan suhu sangat tinggi).
• Proses perpindahan panas:Plasma ini tidak hanya akan menyerap dan menyebarkan energi laser, mengurangi efisiensi pemotongan, tetapi juga kembali ke bagian dalam nosel. Sejumlah besar panas yang dibawa oleh plasma akan langsung ditransfer ke dinding bagian dalam nosel yang terbuat dari tembaga, menyebabkan suhunya naik tajam, bahkan sampai terbakar merah dan meleleh.

2. Kegagalan sistem pendingin

Kepala pemotong laser berkinerja tinggi modern dirancang dengan saluran pendingin air di dalamnya, yang khusus digunakan untuk menghilangkan panas yang diserap oleh nosel, dudukan cermin pelindung, dan komponen lainnya.

Pertanyaan yang Sering Diajukan:

• Aliran air pendingin tidak mencukupi:Kerusakan pompa air pendingin, pipa air bengkok, filter tersumbat, dll.
• Suhu air pendingin terlalu tinggi:Efek pendinginan dari chiller tidak bagus atau pilihan yang tersedia terlalu sedikit.
• Penyumbatan atau kebocoran pada sirkuit air pendingin:Kerak atau kotoran di bagian dalam menghalangi jalur aliran.
• Sistem pendingin tidak dinyalakan:Lupa menyalakan pendingin sebelum memulai laser.

Penyebab sekunder dan lainnya

Penyebab-penyebab ini, meskipun kurang langsung dibandingkan dua penyebab di atas, dapat memperburuk demam atau menyebabkan masalah secara individual.

3. Kontaminasited atau rusak lenses

• Jika cermin fokus atau cermin pelindung terkontaminasi (minyak, debu) atau rusak, transmisi cahaya dan kemampuan fokusnya akan menurun.
• Sebagian energi laser diserap oleh lensa itu sendiri dan diubah menjadi panas. Panas ini ditransfer ke dasar cermin, yang kemudian memanaskan udara di sekitarnya dan dasar nosel.
• Dalam kasus yang parah, suhu lensa yang berlebihan dapat menyebabkan pecah.

4. Pengaturan parameter proses yang tidak tepat

• Jenis dan tekanan gas:
• Saat menggunakan oksigen untuk memotong baja karbon, ini adalah reaksi eksotermik yang menghasilkan banyak panas. Jika tekanan gas tidak sesuai, akan lebih mudah terbentuk plasma yang kuat.
• Saat menggunakan nitrogen untuk memotong baja tahan karat, jika tekanan udara terlalu rendah untuk meniup lelehan tepat waktu, terak akan terciprat ke atas, menempel pada dinding bagian dalam nosel dan terus memanaskannya; jika tekanan udara terlalu tinggi, hal itu dapat menyebabkan gangguan aliran udara, yang kondusif untuk pembentukan plasma.
• Kecepatan pemotongan:Kecepatannya terlalu lambat, laser tetap berada di posisi yang sama terlalu lama, dan panas menumpuk terlalu banyak, yang mudah menghasilkan plasma dan membakar nosel. Jika kecepatannya terlalu cepat, mungkin tidak dapat memotong, sehingga menghasilkan peningkatan cahaya pantulan.
• Daya laser:Ketika daya terlalu tinggi dan parameter lain (seperti kecepatan dan tekanan udara) tidak sesuai, energi menjadi berlebihan dan plasma mudah terbentuk.
• Posisi fokus:Posisi fokus yang salah akan memengaruhi kepadatan energi dan bentuk potongan, sehingga memengaruhi pelepasan lelehan dan pembentukan plasma.

5. Masalah pada nosel itu sendiri

• Ketidaksesuaian model:Bukaan nosel tidak sesuai dengan ketebalan pelat yang dipotong dan tekanan gas. Misalnya, pemotongan halus dengan nosel bukaan besar dapat menyebabkan aliran udara menyebar dan efek perlindungannya buruk.
• Kualitas buruk/rusak:Lubang tengah nosel tidak bulat, terdapat gerigi, dan dinding bagian dalamnya tidak halus, yang akan menyebabkan aliran udara tidak stabil dan mudah membentuk arus pusaran, yang tidak kondusif untuk pembuangan panas dan peniupan terak. Sedikit deformasi nosel setelah benturan dengan lembaran juga dapat menyebabkan masalah ini.
• Pemasangan yang tidak tepat:Nosel tidak dikencangkan, atau cincin penyegel rusak, menyebabkan kebocoran gas dan merusak perlindungan tirai gas yang stabil.

6. Lingkungan eksternal dan tabrakan

• Reflektivitas permukaan pelat terlalu tinggi:Saat memotong material yang sangat reflektif seperti aluminium dan tembaga, sejumlah besar energi laser dipantulkan kembali ke bagian dalam kepala pemotong dan diserap oleh nosel dan dudukan cermin.
• Tabrakan:Kepala pemotong bertabrakan dengan pelat atau perlengkapan, menyebabkan nosel berubah bentuk dan bagian internal bergeser, sehingga merusak koaksialitas dan penyegelan asli dari cahaya, gas, dan saluran air.

Daftar Periksa Ringkasan dan Solusi

Jika terjadi masalah pemanasan nosel, disarankan untuk melakukan pengecekan dengan urutan berikut:

1. Segera hentikan mesin untuk pemeriksaan:untuk mencegah kerusakan lebih lanjut pada peralatan.

2. Periksa sistem pendingin (prioritas utama):

• Pastikan bahwa pendingin (chiller) menyala dan beroperasi normal.
• Periksa apakah aliran dan tekanan air pendingin memenuhi persyaratan peralatan.
• Sentuh pipa masuk dan keluar dan rasakan perbedaan suhunya. Jika perbedaan suhunya kecil, itu berarti efisiensi pertukaran panas rendah atau alirannya tidak mencukupi.
• Periksa kualitas air untuk memastikan tidak ada kotoran.

3. Periksa dan ganti komponen optik:

• Lepaskan lensa pelindung dan periksa apakah ada kontaminasi, bekas terbakar, atau retakan. Selalu jaga kebersihan lensa.
• Periksa apakah cermin fokus dalam kondisi baik.

4. Periksa dan ganti nosel:

• Periksa apakah lubang nosel yang sedang digunakan sesuai untuk tugas pemotongan yang sedang berlangsung.
• Periksa apakah lubang bagian dalam nosel halus dan bulat, dan apakah ada kerusakan akibat lelehan atau penyumbatan. Ganti dengan nosel baru berkualitas tinggi untuk pengujian.

5. Optimalisasi parameter proses pemotongan:

• Konsultasikan dengan pemasok peralatan atau insinyur proses berpengalaman untuk mengkalibrasi ulang daya laser, kecepatan pemotongan, jenis dan tekanan gas, posisi fokus, dll. sesuai dengan jenis dan ketebalan material. Ini adalah inti dari penyelesaian masalah panas berlebih pada plasma.

6. Periksa koaksialitas dan pemasangan:

• Gunakan alat penguji keselarasan untuk memeriksa apakah koaksialitas laser, nosel, dan gas sudah akurat.
• Pastikan nozzle terpasang dan dikencangkan dengan benar, serta cincin penyegel dalam keadaan utuh.

7. Amati proses pemotongan:

• Dengan tetap memperhatikan keselamatan, amati percikan api selama pemotongan. Percikan api normal seharusnya mengarah ke bawah dan ke belakang. Jika percikan api menyembur ke atas, menyebar, atau terlalu kasar dan terang, biasanya itu berarti parameter yang digunakan tidak sesuai dan sejumlah besar plasma dihasilkan.

Melalui investigasi sistematis, sebagian besar masalah pemanasan nosel dapat diatasi secara efektif. Jika langkah-langkah di atas tidak dapat menyelesaikan masalah, mungkin ada masalah mekanis atau optik yang lebih serius di dalam kepala pemotong, dan perlu menghubungi produsen peralatan untuk perawatan profesional.