Orsaker till uppvärmning av skärhuvudets munstycke under laserskärning

Allvarlig feber i laserskärhuvudets munstycke, till och med rödbrännande, oftast inte en enda orsak, utan resultatet av en mängd olika faktorer. Följande kommer att förklaras i detalj från huvudorsakerna, sekundära orsaker och lösningar.

Främsta orsaken

Dessa är de mest direkta och vanliga problemen som orsakar överhettning av munstycket.

1. Plasma/reflekterad värme

• Genereringsmekanism:När laserstrålen fokuseras på ytan av metallmaterialet kommer den omedelbart att smälta eller till och med förånga metallen. En hjälpgas, såsom syre eller kväve, blåses mot detta högtemperaturområde. Om energitätheten är för hög eller gasparametrarna är olämpliga kommer den förångade metallen och själva gasen att joniseras och bilda ett högtemperaturplasmamoln (en elektriskt neutral gasgrupp med extremt hög temperatur).
• Värmeöverföringsprocess:Denna plasma kommer inte bara att absorbera och sprida laserenergi, vilket minskar skäreffektiviteten, utan även återvända uppåt till munstyckets insida. Den enorma mängden värme som plasman transporterar kommer att överföras direkt till munstyckets kopparvägg, vilket gör att dess temperatur stiger kraftigt, vilket till och med kan brännas rött och smälta.

2. Fel på kylsystemet

Moderna högpresterande laserskärhuvuden är utformade med vattenkylda kanaler inuti, vilka är speciellt avsedda att leda bort värmen som absorberas av munstyckena, skyddsspegelsätena och andra komponenter.

Vanliga frågor:

• Otillräckligt kylvattenflöde:fel på kylvattenpumpen, böjning av vattenröret, igensättning av filtret etc.
• Kylvattnets temperatur är för hög:Kylaggregatets kyleffekt är inte bra eller så är urvalet för litet.
• Blockering eller läckage i kylvattenkretsen:interna beläggningar eller föroreningar blockerar flödeskanalen.
• Kylsystemet är inte påslaget:Glöm att slå på kylaren innan du startar lasern.

Sekundära och andra orsaker

Dessa orsaker, även om de är mindre direkta än de två ovanstående, kan förvärra febern eller orsaka problem individuellt.

3. Föroreningarskadad eller skadad lenses

• Om fokusspegeln eller skyddsspegeln är förorenad (olja, damm) eller skadad, minskar dess ljusgenomsläpplighet och fokuseringsförmåga.
• En del av laserenergin absorberas av själva linsen och omvandlas till värme. Denna värme överförs till spegelbasen, som i sin tur värmer upp den omgivande luften och munstycksbasen.
• I svåra fall kan för hög linstemperatur orsaka sprängning.

4. Felaktig inställning av processparametrar

• Gastyp och tryck:
• När man använder syre för att skära kolstål är det en exoterm reaktion som i sig genererar mycket värme. Om gastrycket inte är lämpligt är det lättare att bilda ett starkt plasma.
• När man använder kväve för att skära rostfritt stål, om lufttrycket är för lågt för att blåsa bort smältan i tid, kommer slaggen att stänka uppåt, fastna på munstyckets innervägg och fortsätta att värma upp det; om lufttrycket är för högt kan det orsaka luftflödesstörningar, vilket bidrar till plasmabildning.
• Skärhastighet:Hastigheten är för låg, lasern stannar i samma position för länge och värmen ackumuleras för mycket, vilket gör att det lätt genereras plasma och munstycket bränns. Om hastigheten är för hög kanske den inte skär igenom, vilket resulterar i förstärkt reflekterat ljus.
• Laserkraft:När effekten är för hög och andra parametrar (som hastighet och lufttryck) inte överensstämmer, är energin för stor och plasma genereras lätt.
• Fokusposition:Felaktig fokusposition påverkar energitätheten och skärformen, vilket påverkar smälturladdningen och plasmabildningen.

5. Problemet med själva munstycket

• Modellfelmatchning:Munstyckets öppning matchar inte skärplattans tjocklek och gastrycket. Till exempel kan finskärning med ett munstycke med stor öppning orsaka att luftflödet divergerar och skyddseffekten blir dålig.
• Dålig kvalitet/skada:Munstyckets mitthål är inte runt, det finns grader och innerväggen är inte slät, vilket orsakar instabilt luftflöde och lätt bildar virvelströmmar, vilket inte bidrar till värmeavledning och slaggblåsning. Lätt deformation av munstycket efter kollision med arket kan också orsaka detta problem.
• Felaktig installation:Munstycket är inte åtdraget, eller så är tätningsringen skadad, vilket orsakar gasläckage och förstör det stabila gasridåskyddet.

6. Yttre miljö och kollision

• Plattans ytreflektionsförmåga är för hög:Vid skärning i högreflekterande material som aluminium och koppar reflekteras en stor mängd laserenergi tillbaka till insidan av skärhuvudet och absorberas av munstycket och spegelsätet.
• Kollision:Skärhuvudet kolliderar med plattan eller fixturen, vilket gör att munstycket deformeras och de inre delarna förskjuts, vilket förstör den ursprungliga koaxialiteten och tätningen av ljus, gas och vattenväg.

Sammanfattning och lösningschecklista

När problem med överhettning av munstycket uppstår rekommenderas det att kontrollera i följande ordning:

1. Stanna omedelbart maskinen för inspektion:för att förhindra ytterligare skador på utrustningen.

2. Kontrollera kylsystemet (högsta prioritet):

• Bekräfta att kylaggregatet är påslaget och fungerar normalt.
• Kontrollera om kylvattenflödet och trycket uppfyller utrustningens krav.
• Rör vid inlopps- och utloppsrören och känn temperaturskillnaden. Om temperaturskillnaden är liten betyder det att värmeväxlingseffektiviteten är låg eller att flödet är otillräckligt.
• Kontrollera vattenkvaliteten för att säkerställa att det inte finns några föroreningar.

3. Kontrollera och byt ut optiska komponenter:

• Ta bort skyddslinsen och kontrollera den för kontaminering, brännskador eller sprickor. Håll alltid linserna rena.
• Kontrollera om fokusspegeln är i gott skick.

4. Kontrollera och byt ut munstycket:

• Kontrollera om munstycksöppningen som används för närvarande är lämplig för den pågående skäruppgiften.
• Kontrollera om munstyckets inre hål är slätt och runt, och om det finns några smältskador eller blockeringar. Byt ut det mot ett helt nytt, högkvalitativt munstycke.

5. Optimering av skärprocessparametrar:

• Rådfråga utrustningsleverantören eller en erfaren processingenjör för att kalibrera om lasereffekt, skärhastighet, gastyp och tryck, fokusposition etc. beroende på materialtyp och tjocklek. Detta är kärnan i att lösa problemet med plasmaöverhettning.

6. Kontrollera koaxialiteten och installationen:

• Använd justeringstestaren för att kontrollera om koaxialiteten hos laser, munstycke och gas är korrekt.
• Se till att munstycket är korrekt monterat och åtdraget, och att tätningsringen är intakt.

7. Observera skärprocessen:

• Av säkerhetsskäl, observera gnistorna under skärning. En normal gnista bör vara nedåtriktad och bakåtriktad. Om gnistan stänker uppåt, divergerar eller är för grov och ljus, betyder det vanligtvis att parametrarna inte är lämpliga och en stor mängd plasma genereras.

Genom systematisk undersökning kan de allra flesta problem med uppvärmning av munstycken lösas effektivt. Om ovanstående steg inte kan lösas kan det vara ett allvarligare mekaniskt eller optiskt problem inuti skärhuvudet, och det är nödvändigt att kontakta utrustningstillverkaren för professionellt underhåll.