Motivos para o aquecimento do bocal da cabeça de corte durante o corte a laser

A superaquecimento do bico da cabeça de corte a laser, que pode até ficar vermelho e em chamas, geralmente não tem uma única causa, mas sim o resultado de diversos fatores. A seguir, explicaremos detalhadamente as principais causas, as causas secundárias e as soluções.

Principal motivo

Esses são os problemas mais diretos e comuns que causam o superaquecimento do bico.

1. Plasma/calor refletido

• Mecanismo de geração:Quando o feixe de laser é focalizado na superfície do material metálico, ele derrete ou até mesmo vaporiza o metal instantaneamente. Um gás auxiliar, como oxigênio ou nitrogênio, é insuflado em direção a essa região de alta temperatura. Se a densidade de energia for muito alta ou os parâmetros do gás forem inadequados, o metal vaporizado e o próprio gás serão ionizados, formando uma nuvem de plasma de alta temperatura (um grupo de gases eletricamente neutros com temperatura extremamente alta).
• Processo de transferência de calor:Esse plasma não apenas absorve e dispersa a energia do laser, reduzindo a eficiência do corte, como também retorna para o interior do bocal. A enorme quantidade de calor transportada pelo plasma é transferida diretamente para a parede interna de cobre do bocal, fazendo com que sua temperatura suba drasticamente, podendo até mesmo ficar incandescente e derretida.

2. Falha no sistema de refrigeração

As modernas cabeças de corte a laser de alto desempenho são projetadas com canais internos de refrigeração a água, especialmente desenvolvidos para dissipar o calor absorvido pelos bicos, suportes de espelhos de proteção e outros componentes.

Perguntas frequentes:

• Fluxo de água de refrigeração insuficiente:Falha na bomba de água de refrigeração, curvatura do tubo de água, entupimento do filtro, etc.
• A temperatura da água de refrigeração está muito alta:O efeito de resfriamento do chiller não é bom ou a seleção é muito pequena.
• Obstrução ou vazamento no circuito de água de refrigeração:Incrustações ou impurezas internas bloqueiam a passagem do fluxo.
• O sistema de refrigeração não está ligado:Esquecer de ligar o resfriador antes de iniciar o laser.

Causas secundárias e outras causas

Essas causas, embora menos diretas que as duas anteriores, podem agravar a febre ou causar problemas individualmente.

3. Contaminated ou danificado lenses

• Se o espelho de focalização ou o espelho de proteção estiverem contaminados (óleo, poeira) ou danificados, sua transmissão de luz e capacidade de focalização diminuirão.
• Parte da energia do laser é absorvida pela própria lente e convertida em calor. Esse calor é transferido para a base do espelho, que por sua vez aquece o ar circundante e a base do bocal.
• Em casos graves, a temperatura excessiva da lente pode causar o seu rompimento.

4. Configuração inadequada dos parâmetros do processo

• Tipo e pressão do gás:
• Ao usar oxigênio para cortar aço carbono, ocorre uma reação exotérmica que gera muito calor. Se a pressão do gás não for adequada, é mais fácil formar um plasma intenso.
• Ao usar nitrogênio para cortar aço inoxidável, se a pressão do ar for muito baixa para expelir o material fundido a tempo, a escória irá espirrar para cima, aderir à parede interna do bocal e continuar a aquecê-la; se a pressão do ar for muito alta, pode causar desordem no fluxo de ar, o que favorece a formação de plasma.
• Velocidade de corte:Se a velocidade for muito lenta, o laser permanece na mesma posição por muito tempo e o calor se acumula em excesso, o que facilita a geração de plasma e a queima do bocal. Se a velocidade for muito rápida, pode não conseguir perfurar o material, resultando em luz refletida em excesso.
• Potência do laser:Quando a potência é muito alta e outros parâmetros (como velocidade e pressão do ar) não são compatíveis, a energia é excessiva e o plasma é gerado com facilidade.
• Posição de foco:A posição incorreta do foco afetará a densidade de energia e o formato do corte, afetando assim a descarga do material fundido e a formação do plasma.

5. O problema do próprio bocal

• Incompatibilidade de modelos:A abertura do bocal não corresponde à espessura da chapa a ser cortada nem à pressão do gás. Por exemplo, um corte fino com um bocal de grande abertura pode causar a divergência do fluxo de ar, resultando em uma proteção deficiente.
• Má qualidade/danificado:O orifício central do bocal não é redondo, apresenta rebarbas e a parede interna não é lisa, o que causa fluxo de ar instável e facilita a formação de correntes parasitas, prejudicando a dissipação de calor e a expulsão de escória. Uma leve deformação do bocal após o impacto com a chapa também pode causar esse problema.
• Instalação inadequada:O bocal não está apertado corretamente ou o anel de vedação está danificado, causando vazamento de gás e comprometendo a estabilidade da proteção da cortina de gás.

6. Ambiente externo e colisão

• A refletividade da superfície da placa é muito alta:Ao cortar materiais altamente reflexivos, como alumínio e cobre, uma grande quantidade de energia do laser é refletida de volta para o interior da cabeça de corte e absorvida pelo bocal e pelo suporte do espelho.
• Colisão:A cabeça de corte colide com a placa ou dispositivo de fixação, causando a deformação do bocal e o deslocamento das peças internas, destruindo a coaxialidade e a vedação originais da passagem de luz, gás e água.

Lista de verificação de resumo e solução

Ao se deparar com problemas de aquecimento do bico, recomenda-se verificar a seguinte ordem:

1. Pare imediatamente a máquina para inspeção:para evitar maiores danos ao equipamento.

2. Verificar o sistema de arrefecimento (prioridade máxima):

• Confirme se o chiller está ligado e funcionando normalmente.
• Verifique se a vazão e a pressão da água de refrigeração atendem aos requisitos do equipamento.
• Toque nos tubos de entrada e saída e sinta a diferença de temperatura. Se a diferença de temperatura for pequena, significa que a eficiência da troca de calor é baixa ou que o fluxo é insuficiente.
• Verifique a qualidade da água para garantir que não haja impurezas.

3. Verificar e substituir componentes ópticos:

• Remova a lente protetora e inspecione-a quanto a contaminação, queimaduras ou rachaduras. Mantenha as lentes sempre limpas.
• Verifique se o espelho de foco está em boas condições.

4. Verifique e substitua o bico:

• Verifique se a abertura do bico atualmente em uso é adequada para a tarefa de corte em andamento.
• Verifique se o orifício interno do bico está liso e redondo e se há algum dano por derretimento ou obstrução. Substitua o bico por um novo e de alta qualidade para teste.

5. Otimização dos parâmetros do processo de corte:

• Consulte o fornecedor do equipamento ou um engenheiro de processos experiente para recalibrar a potência do laser, a velocidade de corte, o tipo e a pressão do gás, a posição do foco, etc., de acordo com o tipo e a espessura do material. Esta é a chave para resolver o problema do superaquecimento do plasma.

6. Verifique a coaxialidade e a instalação:

• Utilize o testador de alinhamento para verificar se a coxialidade do laser, do bocal e do gás está correta.
• Certifique-se de que o bocal esteja instalado e apertado corretamente e que o anel de vedação esteja intacto.

7. Observe o processo de corte:

• Em termos de segurança, observe as faíscas durante o corte. Uma faísca normal deve ser direcionada para baixo e para trás. Se a faísca for lançada para cima, divergir ou for muito grossa e brilhante, geralmente significa que os parâmetros não estão adequados e uma grande quantidade de plasma está sendo gerada.

Por meio de uma investigação sistemática, a grande maioria dos problemas de aquecimento do bico pode ser resolvida com eficácia. Se as etapas acima não resolverem o problema, pode haver um problema mecânico ou óptico mais sério dentro da cabeça de corte, sendo necessário contatar o fabricante do equipamento para manutenção profissional.