Причины нагрева сопла режущей головки во время лазерной резки

Сильное повышение температуры сопла лазерной режущей головки, вплоть до покраснения и жжения, обычно не является единичной причиной, а представляет собой результат множества факторов. Далее мы подробно рассмотрим основные причины, второстепенные факторы и способы их устранения.

Главная причина

Это наиболее прямые и распространенные причины перегрева форсунок.

1. Плазма/отраженное тепло

• Механизм генерации:Когда лазерный луч фокусируется на поверхности металлического материала, он мгновенно расплавляет или даже испаряет металл. В эту область высокой температуры подается вспомогательный газ, например, кислород или азот. Если плотность энергии слишком высока или параметры газа неподходящие, испаренный металл и сам газ ионизируются, образуя высокотемпературное плазменное облако (электрически нейтральную группу газов с чрезвычайно высокой температурой).
• Процесс теплопередачи:Эта плазма не только поглощает и рассеивает энергию лазера, снижая эффективность резки, но и возвращает её обратно внутрь сопла. Огромное количество тепла, переносимое плазмой, будет напрямую передаваться на внутреннюю медную стенку сопла, вызывая резкое повышение её температуры, вплоть до обгорания и расплавления.

2. Неисправность системы охлаждения

Современные высокопроизводительные лазерные режущие головки имеют внутреннюю систему водяного охлаждения, которая специально предназначена для отвода тепла, поглощаемого соплами, защитными зеркальными опорами и другими компонентами.

Часто задаваемые вопросы:

• Недостаточный поток охлаждающей воды:Выход из строя насоса системы охлаждения, перегиб водопроводной трубы, засорение фильтра и т. д.
• Температура охлаждающей воды слишком высока:либо охлаждающий эффект чиллера недостаточен, либо выбор слишком мал.
• Засорение или утечка в контуре охлаждающей воды:Внутренние отложения или примеси блокируют проточный канал.
• Система охлаждения не включена:Не забудьте включить чиллер перед запуском лазера.

Вторичные и другие причины

Эти причины, хотя и менее прямые, чем две вышеупомянутые, могут усугубить лихорадку или вызвать проблемы по отдельности.

3. Загрязнениеповрежденный или поврежденныйнсы

• Если фокусирующее зеркало или защитное зеркало загрязнено (маслом, пылью) или повреждено, его светопропускание и способность к фокусировке снизятся.
• Часть энергии лазера поглощается самой линзой и преобразуется в тепло. Это тепло передается основанию зеркала, которое, в свою очередь, нагревает окружающий воздух и основание сопла.
• В тяжелых случаях чрезмерная температура линзы может привести к ее разрыву.

4. Неправильная настройка параметров процесса.

• Тип и давление газа:
• При резке углеродистой стали кислородом происходит экзотермическая реакция, которая сама по себе выделяет много тепла. Если давление газа недостаточное, легче образуется мощная плазма.
• При резке нержавеющей стали азотом, если давление воздуха слишком низкое, чтобы вовремя сдуть расплав, шлак будет разбрызгиваться вверх, прилипать к внутренней стенке сопла и продолжать нагревать его; если же давление воздуха слишком высокое, это может вызвать нарушение воздушного потока, что способствует образованию плазмы.
• Скорость резки:Слишком низкая скорость приводит к тому, что лазер слишком долго остается в одном положении, из-за чего накапливается слишком много тепла, что легко может привести к образованию плазмы и прогоранию сопла. Если же скорость слишком высокая, лазер может не прорезать материал, что приведет к усилению отраженного света.
• Мощность лазера:Когда мощность слишком высока, а другие параметры (такие как скорость и давление воздуха) не совпадают, энергии становится избыточной, и легко образуется плазма.
• Позиция фокусировки:Неправильное положение фокуса повлияет на плотность энергии и форму среза, что, в свою очередь, повлияет на удаление расплава и образование плазмы.

5. Проблема самого сопла.

• Несоответствие модели:Диаметр отверстия сопла не соответствует толщине обрабатываемой пластины и давлению газа. Например, при тонкой резке с помощью сопла с большим диаметром отверстия может произойти расхождение воздушного потока, что приведет к низкой эффективности защиты.
• Низкое качество/повреждение:Центральное отверстие сопла не круглое, на нем имеются заусенцы, а внутренняя стенка не гладкая, что приводит к нестабильному потоку воздуха и легкому образованию вихревых потоков, что не способствует отводу тепла и продувке шлака. Небольшая деформация сопла после столкновения с листом также может вызвать эту проблему.
• Неправильная установка:Неплотно затянута форсунка или повреждено уплотнительное кольцо, что приводит к утечке газа и разрушению надежной газовой завесы.

6. Внешняя среда и столкновение

• Коэффициент отражения поверхности пластины слишком высок:При резке материалов с высокой отражательной способностью, таких как алюминий и медь, большое количество лазерной энергии отражается обратно внутрь режущей головки и поглощается соплом и зеркальным седлом.
• Столкновение:Режущая головка сталкивается с пластиной или приспособлением, вызывая деформацию сопла и смещение внутренних деталей, что разрушает первоначальную соосность и герметичность светового, газового и водопроводного каналов.

Краткое описание и контрольный список решений

При возникновении проблемы с перегревом форсунки рекомендуется проводить проверку в следующем порядке:

1. Немедленно остановите машину для осмотра:чтобы предотвратить дальнейшее повреждение оборудования.

2. Проверьте систему охлаждения (в первую очередь):

• Убедитесь, что чиллер включен и работает в обычном режиме.
• Проверьте, соответствуют ли расход и давление охлаждающей воды требованиям оборудования.
• Прикоснитесь к входному и выходному патрубкам и почувствуйте разницу температур. Если разница температур невелика, это означает низкую эффективность теплообмена или недостаточный поток.
• Проверьте качество воды, чтобы убедиться в отсутствии примесей.

3. Проверьте и замените оптические компоненты:

• Снимите защитную линзу и осмотрите ее на наличие загрязнений, следов ожогов или трещин. Всегда держите линзы в чистоте.
• Проверьте, находится ли фокусирующее зеркало в исправном состоянии.

4. Проверьте и замените форсунку:

• Проверьте, подходит ли используемое в данный момент сопло для выполняемой задачи резки.
• Проверьте, гладкая ли и круглая внутренняя поверхность отверстия сопла, нет ли на нем следов плавления или засора. Замените сопло на совершенно новое, высококачественное для проверки.

5. Оптимизация параметров процесса резки:

• Для калибровки мощности лазера, скорости резки, типа и давления газа, положения фокуса и т.д. в соответствии с типом и толщиной материала необходимо проконсультироваться с поставщиком оборудования или опытным инженером-технологом. Это ключевой момент в решении проблемы перегрева плазмы.

6. Проверьте соосность и правильность установки:

• Используйте тестер юстировки, чтобы проверить точность соосности лазера, сопла и газа.
• Убедитесь, что форсунка правильно установлена ​​и затянута, а уплотнительное кольцо цело.

7. Наблюдайте за процессом нарезки:

• В целях безопасности следует наблюдать за искрами во время резки. Нормальная искра должна быть направлена ​​вниз и назад. Если искра разлетается вверх, расходится или слишком грубая и яркая, это обычно означает, что параметры не соответствуют требованиям и образуется большое количество плазмы.

Систематическое исследование позволяет эффективно решить подавляющее большинство проблем, связанных с перегревом сопла. Если описанные выше шаги не помогают, возможно, проблема кроется в более серьезной механической или оптической неисправности режущей головки, и в этом случае необходимо обратиться к производителю оборудования для профессионального обслуживания.