Motivi del riscaldamento dell'ugello della testa di taglio durante il taglio laser

Il surriscaldamento dell'ugello della testa di taglio laser può raggiungere livelli critici, fino a diventare rosso vivo, e solitamente non è dovuto a una singola causa, ma a una combinazione di fattori. Di seguito, analizzeremo in dettaglio le cause principali e secondarie, nonché le possibili soluzioni.

Motivo principale

Questi sono i problemi più diretti e comuni che causano il surriscaldamento dell'ugello.

1. Plasma/calore riflesso

• Meccanismo di generazione:Quando il raggio laser viene focalizzato sulla superficie del materiale metallico, lo fonde istantaneamente o addirittura lo vaporizza. Un gas ausiliario, come ossigeno o azoto, viene soffiato verso questa regione ad alta temperatura. Se la densità di energia è troppo elevata o i parametri del gas non sono appropriati, il metallo vaporizzato e il gas stesso si ionizzano formando una nube di plasma ad alta temperatura (un gruppo di gas elettricamente neutro a temperatura estremamente elevata).
• Processo di trasferimento del calore:Questo plasma non solo assorbirà e disperderà l'energia laser, riducendo l'efficienza di taglio, ma verrà anche riflesso verso l'alto all'interno dell'ugello. L'enorme quantità di calore trasportata dal plasma verrà trasferita direttamente alla parete interna in rame dell'ugello, causandone un brusco aumento di temperatura, fino a farla diventare incandescente e fondere.

2. Guasto al sistema di raffreddamento

Le moderne teste di taglio laser ad alte prestazioni sono progettate con canali di raffreddamento ad acqua interni, specificamente utilizzati per dissipare il calore assorbito dagli ugelli, dalle sedi degli specchi di protezione e da altri componenti.

Domande frequenti:

• Flusso d'acqua di raffreddamento insufficiente:guasto alla pompa dell'acqua di raffreddamento, piegatura del tubo dell'acqua, intasamento del filtro, ecc.
• La temperatura dell'acqua di raffreddamento è troppo alta:L'effetto di raffreddamento del refrigeratore non è buono oppure la selezione è troppo limitata.
• Ostruzione o perdita nel circuito dell'acqua di raffreddamento:Incrostazioni interne o impurità ostruiscono il passaggio del flusso.
• Il sistema di raffreddamento non è acceso:dimenticarsi di accendere il refrigeratore prima di avviare il laser.

Cause secondarie e altre cause

Queste cause, sebbene meno dirette delle due precedenti, possono aggravare la febbre o causare problemi singolarmente.

3. Contaminalesione o danneggiatanses

• Se lo specchio di focalizzazione o lo specchio di protezione sono contaminati (da olio o polvere) o danneggiati, la loro trasmissione luminosa e la capacità di messa a fuoco diminuiranno.
• Parte dell'energia laser viene assorbita dalla lente stessa e convertita in calore. Questo calore viene trasferito alla base dello specchio, che a sua volta riscalda l'aria circostante e la base dell'ugello.
• Nei casi più gravi, una temperatura eccessiva della lente può provocarne la rottura.

4. Impostazione errata dei parametri di processo

• Tipo di gas e pressione:
• Quando si utilizza l'ossigeno per tagliare l'acciaio al carbonio, si verifica una reazione esotermica che genera di per sé molto calore. Se la pressione del gas non è adeguata, è più facile che si formi un plasma intenso.
• Quando si utilizza l'azoto per tagliare l'acciaio inossidabile, se la pressione dell'aria è troppo bassa per rimuovere il metallo fuso in tempo, la scoria schizzerà verso l'alto, aderirà alla parete interna dell'ugello e continuerà a riscaldarla; se la pressione dell'aria è troppo alta, può causare un flusso d'aria disordinato, che favorisce la formazione di plasma.
• Velocità di taglio:Se la velocità è troppo bassa, il laser rimane nella stessa posizione troppo a lungo e si accumula troppo calore, il che può facilmente generare plasma e bruciare l'ugello. Se la velocità è troppo alta, potrebbe non riuscire a tagliare completamente il materiale, con conseguente aumento della luce riflessa.
• Potenza del laser:Quando la potenza è troppo elevata e gli altri parametri (come velocità e pressione dell'aria) non sono adeguati, l'energia è eccessiva e si genera facilmente plasma.
• Posizione centrale:Una posizione di messa a fuoco errata influirà sulla densità di energia e sulla forma del taglio, compromettendo di conseguenza lo scarico del materiale fuso e la formazione del plasma.

5. Il problema dell'ugello stesso

• Mancata corrispondenza del modello:L'apertura dell'ugello non è adeguata allo spessore della lamiera da tagliare e alla pressione del gas. Ad esempio, un taglio di precisione con un ugello di grande apertura può causare la deviazione del flusso d'aria e compromettere l'efficacia della protezione.
• Qualità scadente/danni:Il foro centrale dell'ugello non è perfettamente rotondo, presenta delle bave e la parete interna non è liscia, il che provoca un flusso d'aria instabile e la facile formazione di vortici, condizioni che non favoriscono la dissipazione del calore e l'espulsione delle scorie. Anche una leggera deformazione dell'ugello in seguito all'urto con la lamiera può causare questo problema.
• Installazione errata:L'ugello non è serrato correttamente oppure l'anello di tenuta è danneggiato, causando perdite di gas e compromettendo la stabilità della barriera di protezione a gas.

6. Ambiente esterno e collisione

• La riflettività superficiale della piastra è troppo elevata:Quando si tagliano materiali altamente riflettenti come alluminio e rame, una grande quantità di energia laser viene riflessa all'interno della testa di taglio e assorbita dall'ugello e dalla sede dello specchio.
• Collisione:La testa di taglio entra in collisione con la piastra o il dispositivo di fissaggio, provocando la deformazione dell'ugello e lo spostamento delle parti interne, compromettendo la coassialità e la tenuta originali del passaggio di luce, gas e acqua.

Riepilogo e lista di controllo delle soluzioni

In caso di problemi di riscaldamento dell'ugello, si consiglia di effettuare le seguenti verifiche:

1. Arrestare immediatamente la macchina per un'ispezione:per prevenire ulteriori danni all'attrezzatura.

2. Controllare l'impianto di raffreddamento (priorità assoluta):

• Verificare che il refrigeratore sia acceso e funzioni correttamente.
• Verificare che la portata e la pressione dell'acqua di raffreddamento soddisfino i requisiti dell'apparecchiatura.
• Tocca i tubi di ingresso e di uscita e percepisci la differenza di temperatura. Se la differenza di temperatura è minima, significa che l'efficienza dello scambio termico è bassa o il flusso è insufficiente.
• Verificate la qualità dell'acqua per accertarvi che non vi siano impurità.

3. Controllare e sostituire i componenti ottici:

• Rimuovere la lente protettiva e ispezionarla per verificare la presenza di contaminazioni, bruciature o crepe. Mantenere sempre le lenti pulite.
• Verificate che lo specchio di messa a fuoco sia in buone condizioni.

4. Controllare e sostituire l'ugello:

• Verificare che l'apertura dell'ugello attualmente in uso sia adatta all'operazione di taglio in corso.
• Verificare che il foro interno dell'ugello sia liscio e rotondo e che non presenti danni da fusione o ostruzioni. In caso di test, sostituire l'ugello con uno nuovo di alta qualità.

5. Ottimizzazione dei parametri del processo di taglio:

• Consultare il fornitore dell'apparecchiatura o un ingegnere di processo esperto per ricalibrare la potenza del laser, la velocità di taglio, il tipo e la pressione del gas, la posizione di messa a fuoco, ecc., in base al tipo e allo spessore del materiale. Questo è il punto cruciale per risolvere il problema del surriscaldamento del plasma.

6. Verificare la coassialità e l'installazione:

• Utilizzare il tester di allineamento per verificare la corretta coassialità di laser, ugello e gas.
• Assicurarsi che l'ugello sia installato e serrato correttamente e che l'anello di tenuta sia intatto.

7. Osservare il processo di taglio:

• Nel rispetto delle norme di sicurezza, durante il taglio è fondamentale osservare le scintille. Una scintilla normale dovrebbe essere diretta verso il basso e all'indietro. Se la scintilla schizza verso l'alto, diverge o è troppo grossolana e luminosa, di solito significa che i parametri non sono appropriati e che si genera una grande quantità di plasma.

Attraverso un'indagine sistematica, la stragrande maggioranza dei problemi di riscaldamento dell'ugello può essere risolta efficacemente. Se i passaggi precedenti non dovessero essere sufficienti, potrebbe esserci un problema meccanico o ottico più grave all'interno della testa di taglio, ed è necessario contattare il produttore dell'apparecchiatura per una manutenzione professionale.