סיבות לחימום זרבובית ראש החיתוך במהלך חיתוך לייזר

חום רציני בזרבובית ראש חיתוך הלייזר, אפילו אדום בוער, בדרך כלל לא תוצאה של סיבה אחת, אלא תוצאה של מגוון גורמים. להלן נסביר בפירוט את הסיבות העיקריות, הסיבות המשניות והפתרונות.

הסיבה העיקרית

אלו הן הבעיות הישירות והנפוצות ביותר הגורמות להתחממות יתר של הזרבובית.

1. פלזמה/חום מוחזר

• מנגנון יצירה:כאשר קרן הלייזר ממוקדת על פני השטח של חומר המתכת, היא תימס או אפילו תאדה את המתכת באופן מיידי. גז עזר, כגון חמצן או חנקן, נשאב לעבר אזור טמפרטורה גבוהה זה. אם צפיפות האנרגיה גבוהה מדי או שפרמטרי הגז אינם מתאימים, המתכת המתאדה והגז עצמו יעברו יינון וייצרו ענן פלזמה בטמפרטורה גבוהה (קבוצת גז ניטרלית חשמלית עם טמפרטורה גבוהה במיוחד).
• תהליך העברת חום:פלזמה זו לא רק תספוג ותפזר את אנרגיית הלייזר, תפחית את יעילות החיתוך, אלא גם תחזור כלפי מעלה אל פנים הפיה. כמות החום העצומה שנישאת על ידי הפלזמה תועבר ישירות לדופן הפנימית הנחושת של הפיה, ותגרום לטמפרטורה שלה לעלות בחדות, ואף תישרף באדום ותינמס.

2. כשל במערכת הקירור

ראשי חיתוך לייזר מודרניים בעלי ביצועים גבוהים מתוכננים עם תעלות מקוררות מים בפנים, המשמשות במיוחד לסילוק החום הנספג על ידי החרירים, מושבי המראה המגנים ורכיבים אחרים.

שאלות נפוצות:

• זרימת מי קירור לא מספקת:כשל במשאבת מי קירור, כיפוף צינור מים, סתימה במסנן וכו'.
• טמפרטורת מי הקירור גבוהה מדי:אפקט הקירור של הצ'ילר אינו טוב או שהמבחר קטן מדי.
• סתימה או דליפה של מעגל מי הקירור:אבנית פנימית או זיהומים חוסמים את מעבר הזרימה.
• מערכת הקירור לא מופעלת:שכח להפעיל את המצנן לפני הפעלת הלייזר.

סיבות משניות ואחרות

סיבות אלו, אמנם פחות ישירות משתי הגורמים הנ"ל, עלולות להחריף את החום או לגרום לבעיות באופן אישי.

3. זיהוםפגום או פגוםnses

• אם מראת המיקוד או מראת המגן מזוהמות (שמן, אבק) או ניזוקות, העברת האור ויכולת המיקוד שלהן יפחתו.
• חלק מאנרגיית הלייזר נספגת על ידי העדשה עצמה ומומרת לחום. חום זה מועבר לבסיס המראה, אשר בתורו מחמם את האוויר שמסביב ואת בסיס הזרבובית.
• במקרים חמורים, טמפרטורת יתר של העדשה עלולה לגרום להתפוצצות.

4. הגדרה שגויה של פרמטרי התהליך

• סוג ולחץ גז:
• כאשר משתמשים בחמצן לחיתוך פלדת פחמן, זוהי תגובה אקסותרמית שמייצרת בעצמה חום רב. אם לחץ הגז אינו מתאים, קל יותר ליצור פלזמה חזקה.
• בעת שימוש בחנקן לחיתוך פלדת אל-חלד, אם לחץ האוויר נמוך מדי מכדי לשחרר את הסיגים בזמן, הסיגים יתפזרו כלפי מעלה, יידבקו לדופן הפנימית של הזרבובית וימשיכו לחמם אותה; אם לחץ האוויר גבוה מדי, הדבר עלול לגרום להפרעה בזרימת האוויר, מה שתורם להיווצרות פלזמה.
• מהירות חיתוך:המהירות איטית מדי, הלייזר נשאר באותו מיקום זמן רב מדי, והחום מצטבר יותר מדי, מה שגורם בקלות ליצירת פלזמה ולשריפה של הזרבובית. אם המהירות גבוהה מדי, ייתכן שהוא לא יחתוך דרכו, וכתוצאה מכך ייווצר אור מוחזר מוגבר.
• עוצמת לייזר:כאשר ההספק גבוה מדי ופרמטרים אחרים (כגון מהירות ולחץ אוויר) אינם תואמים, האנרגיה מוגזמת ונוצרת בקלות פלזמה.
• מיקום מיקוד:מיקום מיקוד שגוי ישפיע על צפיפות האנרגיה ועל צורת החיתוך, ובכך ישפיע על פריקת החומר הנתך ועל היווצרות הפלזמה.

5. בעיית הזרבובית עצמה

• אי התאמה במודל:פתח הפיה אינו תואם את עובי לוח החיתוך ואת לחץ הגז. לדוגמה, חיתוך עדין עם פיה בעלת פתח גדול עלול לגרום לזרימת האוויר להתפצל ולהשפעת ההגנה גרועה.
• איכות ירודה/נזק:החור המרכזי של הפיה אינו עגול, יש בו קוצים והדופן הפנימית אינה חלקה, מה שיגרום לזרימת אוויר לא יציבה וליצירת זרמי מערבולת בקלות, מה שאינו תורם לפיזור חום ולנשיפת סיגים. עיוות קל של הפיה לאחר התנגשות ביריעת הנייר עלול גם הוא לגרום לבעיה זו.
• התקנה לא נכונה:הפיה אינה מהודקת, או שטבעת האיטום פגומה, מה שגורם לדליפת גז ולהרס של הגנת מסך הגז היציבה.

6. סביבה חיצונית והתנגשות

• החזרת פני השטח של הפלטה גבוהה מדי:בעת חיתוך חומרים בעלי רפלקטיביות גבוהה כמו אלומיניום ונחושת, כמות גדולה של אנרגיית לייזר מוחזרת חזרה לחלק הפנימי של ראש החיתוך ונספגת על ידי הפיה ומושב המראה.
• הִתנַגְשׁוּת:ראש החיתוך מתנגש בצלחת או במתקן, וגורם לעיוות הפיה ולזוזת החלקים הפנימיים, מה שהורס את הקואקסיאליות והאטימה המקוריים של האור, הגז ונתיב המים.

סיכום וברור פתרונות

כאשר נתקלת בבעיית חימום הזרבובית, מומלץ לבדוק לפי הסדר הבא:

1. עצור את המכונה מיד לצורך בדיקה:כדי למנוע נזק נוסף לציוד.

2. בדיקת מערכת הקירור (בעדיפות עליונה):

• ודא שהמצנן דולק ופועל כרגיל.
• בדוק האם זרימת ולחץ מי הקירור עומדים בדרישות הציוד.
• געו בצינורות הכניסה והיציאה והרגישו את הפרש הטמפרטורה. אם הפרש הטמפרטורה קטן, פירוש הדבר שיעילות חילופי החום נמוכה או שהזרימה אינה מספקת.
• בדקו את איכות המים כדי לוודא שאין זיהומים.

3. בדיקה והחלפה של רכיבים אופטיים:

• הסר את עדשת המגן ובדוק אותה לאיתור זיהום, כוויות או סדקים. שמור תמיד על ניקיון העדשות.
• בדוק אם מראת המיקוד במצב תקין.

4. בדוק והחלף את הפיה:

• בדוק האם פתח הפיה הנמצא בשימוש כעת מתאים למשימת החיתוך המתבצעת.
• בדקו האם החור הפנימי של הפיה חלק ועגול, והאם יש נזקי התכה או חסימה. החליפו בפיה חדשה לגמרי ואיכותית.

5. אופטימיזציה של פרמטרי תהליך החיתוך:

• התייעץ עם ספק הציוד או מהנדס תהליך מנוסה כדי לכייל מחדש את עוצמת הלייזר, מהירות החיתוך, סוג הגז ולחץ הגז, מיקום המיקוד וכו' בהתאם לסוג החומר ועוביו. זהו הליבה של פתרון בעיית התחממות יתר של הפלזמה.

6. בדוק את הקואקסיאליות וההתקנה:

• השתמש בבודק היישור כדי לבדוק האם הקואקסיאליות של הלייזר, הזרבובית והגז מדויקת.
• ודא שהפיה מותקנת ומהודקת כהלכה, ושהטבעת האטימה שלמה.

7. התבוננו בתהליך החיתוך:

• תחת הנחת הבטיחות, יש לשים לב לניצוצות במהלך החיתוך. ניצוץ רגיל צריך להיות כלפי מטה ואחורה. אם הניצוץ מתיז כלפי מעלה, מתפצל או גס ובהיר מדי, זה בדרך כלל אומר שהפרמטרים אינם מתאימים ונוצרת כמות גדולה של פלזמה.

באמצעות חקירה שיטתית, ניתן לפתור ביעילות את רוב בעיות חימום הפיה. אם לא ניתן לפתור את השלבים הנ"ל, ייתכן שקיימת בעיה מכנית או אופטית חמורה יותר בתוך ראש החיתוך, ויש צורך ליצור קשר עם יצרן הציוד לצורך תחזוקה מקצועית.