Причини нагрівання сопла ріжучої головки під час лазерного різання

Серйозна гарячка сопла лазерної різальної головки, навіть червоне печіння, зазвичай не є однією причиною, а є результатом низки факторів. Далі детально пояснюються основні причини, другорядні причини та способи їх усунення.

Основна причина

Це найпоширеніші та найбезпосередніші проблеми, що викликають перегрів форсунки.

1. Плазма/відбите тепло

• Механізм генерації:Коли лазерний промінь фокусується на поверхні металевого матеріалу, він миттєво розплавляє або навіть випаровує метал. Допоміжний газ, такий як кисень або азот, подається в цю область високої температури. Якщо щільність енергії занадто висока або параметри газу невідповідні, випарований метал і сам газ іонізуються, утворюючи високотемпературну плазмову хмару (електрично нейтральну газову групу з надзвичайно високою температурою).
• Процес теплопередачі:Ця плазма не тільки поглинатиме та розсіюватиме лазерну енергію, знижуючи ефективність різання, але й повертатиметься вгору всередину сопла. Величезна кількість тепла, що переноситься плазмою, буде безпосередньо передаватися на мідну внутрішню стінку сопла, що призведе до різкого підвищення її температури, навіть до почервоніння та плавлення.

2. Поломка системи охолодження

Сучасні високопродуктивні лазерні різальні головки мають внутрішні канали з водяним охолодженням, які спеціально використовуються для відведення тепла, що поглинається соплами, захисними дзеркалами та іншими компонентами.

Часті запитання:

• Недостатній потік охолоджувальної води:відмова насоса охолоджувальної води, вигин водопровідної труби, засмічення фільтра тощо.
• Температура охолоджувальної води занадто висока:охолоджувальний ефект чилера недостатній або вибір занадто малий.
• Засмічення або витік контуру охолоджувальної води:внутрішній накип або домішки блокують прохід потоку.
• Система охолодження не вмикається:забудьте увімкнути чилер перед запуском лазера.

Вторинні та інші причини

Ці причини, хоча й менш прямі, ніж дві вищезгадані, можуть посилити лихоманку або окремо спричинити проблеми.

3. Контамінапошкоджений або пошкодженийнсес

• Якщо фокусувальне дзеркало або захисне дзеркало забруднене (оливою, пилом) або пошкоджене, його світлопропускання та фокусувальна здатність знизяться.
• Частина лазерної енергії поглинається самою лінзою та перетворюється на тепло. Це тепло передається до основи дзеркала, яка, у свою чергу, нагріває навколишнє повітря та основу сопла.
• У важких випадках надмірна температура лінзи може призвести до розриву.

4. Неправильне налаштування параметрів процесу

• Тип газу та тиск:
• Під час різання вуглецевої сталі за допомогою кисню відбувається екзотермічна реакція, яка сама по собі генерує багато тепла. Якщо тиск газу невідповідний, легше утворюється сильна плазма.
• Під час використання азоту для різання нержавіючої сталі, якщо тиск повітря занадто низький, щоб вчасно здути розплав, шлак розбризкується вгору, прилипає до внутрішньої стінки сопла та продовжує нагрівати його; якщо тиск повітря занадто високий, це може спричинити порушення потоку повітря, що сприяє утворенню плазми.
• Швидкість різання:Швидкість занадто низька, лазер занадто довго залишається в одному положенні, і тепло накопичується занадто сильно, що легко може призвести до утворення плазми та спалення сопла. Якщо швидкість занадто висока, прорізання може не спрацювати, що призведе до посилення відбитого світла.
• Потужність лазера:Коли потужність занадто висока, а інші параметри (такі як швидкість і тиск повітря) не збігаються, енергія надмірна, і легко утворюється плазма.
• Положення фокуса:Неправильне положення фокуса вплине на щільність енергії та форму різу, тим самим впливаючи на витік розплаву та утворення плазми.

5. Проблема самої форсунки

• Невідповідність моделі:Отвір сопла не відповідає товщині різаної пластини та тиску газу. Наприклад, тонке різання соплом з великим отвором може призвести до розбіжності потоку повітря та зниження захисного ефекту.
• Погана якість/пошкодження:Центральний отвір сопла не круглий, є задирки, а внутрішня стінка не гладка, що призводить до нестабільного потоку повітря та легкого утворення вихрових струмів, що не сприяє розсіюванню тепла та видуванні шлаку. Незначна деформація сопла після зіткнення з листом також може спричинити цю проблему.
• Неправильне встановлення:Сопло не затягнуте або ущільнювальне кільце пошкоджене, що призводить до витоку газу та руйнування стабільної газової завіси.

6. Зовнішнє середовище та зіткнення

• Поверхнева відбивна здатність пластини занадто висока:Під час різання матеріалів з високим рівнем відбиття світла, таких як алюміній та мідь, велика кількість лазерної енергії відбивається назад всередину ріжучої головки та поглинається соплом і сідлом дзеркала.
• Зіткнення:Ріжуча головка стикається з пластиною або пристроєм, що призводить до деформації сопла та зміщення внутрішніх деталей, руйнуючи початкову співвісність та герметичність світла, газу та водного шляху.

Підсумок та контрольний список рішень

У разі виникнення проблеми з нагріванням форсунки рекомендується перевірити її в такому порядку:

1. Негайно зупиніть машину для перевірки:щоб запобігти подальшому пошкодженню обладнання.

2. Перевірте систему охолодження (головний пріоритет):

• Переконайтеся, що чилер увімкнено та працює нормально.
• Перевірте, чи відповідають потік та тиск охолоджувальної води вимогам до обладнання.
• Доторкніться до вхідної та вихідної труб і відчуйте різницю температур. Якщо різниця температур невелика, це означає, що ефективність теплообміну низька або потік недостатній.
• Перевірте якість води, щоб переконатися у відсутності домішок.

3. Перевірте та замініть оптичні компоненти:

• Зніміть захисну лінзу та огляньте її на наявність забруднень, опіків або тріщин. Завжди тримайте лінзи в чистоті.
• Перевірте, чи фокусувальне дзеркало у справному стані.

4. Перевірте та замініть форсунку:

• Перевірте, чи підходить отвір сопла, що використовується, для поточного завдання різання.
• Перевірте, чи внутрішній отвір сопла гладкий і круглий, а також чи немає пошкоджень від плавлення або засмічення. Замініть сопло на нове, високоякісне для перевірки.

5. Оптимізація параметрів процесу різання:

• Зверніться до постачальника обладнання або досвідченого інженера-технолога, щоб повторно відкалібрувати потужність лазера, швидкість різання, тип і тиск газу, положення фокуса тощо відповідно до типу та товщини матеріалу. Це є основою вирішення проблеми перегріву плазми.

6. Перевірте співвісність та встановлення:

• Використовуйте тестер вирівнювання, щоб перевірити правильність співвісності лазера, сопла та газу.
• Переконайтеся, що форсунка правильно встановлена ​​та затягнута, а ущільнювальне кільце ціле.

7. Спостерігайте за процесом різання:

• З міркувань безпеки слідкуйте за іскрами під час різання. Нормальна іскра повинна бути спрямована вниз і назад. Якщо іскра розбризкується вгору, розходиться або є занадто грубою та яскравою, це зазвичай означає, що параметри не відповідають вимогам і утворюється велика кількість плазми.

Завдяки систематичному дослідженню переважну більшість проблем із нагріванням сопел можна ефективно вирішити. Якщо вищезазначені кроки не вдається вирішити, можливо, всередині ріжучої головки є серйозніша механічна або оптична проблема, і необхідно звернутися до виробника обладнання для професійного обслуговування.