激光切割燒噴嘴原因分析

激光切割過程中噴嘴燒毀是一個常見但嚴重的問題。它會導致切割質量下降（如毛刺、掛渣）、切割頭損壞，甚至停產維修，增加生產成本。下面可以從直接原因、根本原因到解決方案進行全面分析。

一、 直接原因：為什么噴嘴會被燒？

核心原因是噴嘴的物理結構被高溫熔融金屬破壞。這通常通過以下一種或幾種方式發生：

1. 高溫熔渣飛濺附著：切割過程中產生的熔融金屬熔渣沒有完全被輔助氣體吹走，而是飛濺并粘附在噴嘴內壁或端面上。

2. 等離子體灼燒：在切割厚板或氣體壓力不適當時，切口處會形成高能量密度的等離子云。這團高溫等離子體如果控制不當，會向上反沖，直接灼燒并熔化噴嘴的銅材。

3. 與板材發生物理接觸：切割頭或噴嘴意外撞到板材、夾具或廢料，導致噴嘴變形或損壞。變形的噴嘴會擾亂氣流，更容易積聚熔渣，最終被燒毀。

二、 根本原因分析：導致上述情況的具體因素

1. 工藝參數問題 (最常見)

· 氣體壓力不正確：

  · 壓力過低：無法有效吹走熔渣，導致熔渣在切口處堆積并向上飛濺，附著在噴嘴上。

  · 壓力過高（特別是切割碳鋼使用氧氣時）：過高的氣流會在切口底部形成亂流，反而降低排渣效果，并容易引發等離子體，反燒噴嘴。

· 切割功率/速度不匹配：

  · 功率過高或速度過慢：會導致輸入熱量過多，材料過度熔化，產生大量熔渣，增加飛濺風險。

  · 功率過低或速度過快：切不透，熔渣無法從底部排出，向上反彈，粘附噴嘴。

· 焦點位置不準：焦點位置不對會改變能量密度和氣流形態，影響切割效率和排渣能力，間接導致熔渣飛濺。

2. 噴嘴本身問題

· 噴嘴型號選擇錯誤：

  · 孔徑不匹配：切割厚板需要較大孔徑的噴嘴（如φ2.0mm或以上）以保證氣體流量；切割薄板可用較小孔徑（如φ1.5mm）以獲得更聚集的氣流。用小噴嘴切厚板，氣流不足，極易燒噴嘴。

  · 類型錯誤：例如，雙層噴嘴主要用于氧氣切割碳鋼，其設計能更好地控制氧純度；而單層噴嘴多用于氮氣切割不銹鋼或鋁材。混用會影響氣流穩定。

· 噴嘴質量差：

  · 加工精度低：內孔不圓、有毛刺、同心度差會導致氣流不對稱和亂流，影響切割效果。

  · 材質不佳：使用純銅或劣質銅合金，耐高溫性和導熱性差，更容易被熔毀。

· 噴嘴老化或預損傷：噴嘴端面已被輕微燒蝕或劃傷，形成了凹坑，熔渣更容易在此處附著和堆積，形成惡性循環，最終徹底燒毀。

3. 外部條件與操作問題

· 碰撞：如上所述，手動操作或自動尋邊過程中，噴嘴直接撞到板材。

· 板材問題：

  · 表面不平整：板材翹曲會導致切割過程中噴嘴與板材高度變化，甚至刮擦。

  · 表面有銹蝕或油污：雜質會影響切割過程的穩定性，產生不可預測的飛濺。

  · 材質不均：板材內部有雜質或成分不均，會導致切割反應異常，突然爆濺。

· 切割頭內部污染：

  · 鏡片污染：保護鏡片臟污或損壞，導致激光束散射或能量衰減，為維持切割不得不增加功率，從而增加燒噴嘴風險。

  · 陶瓷體損壞：切割頭內部的陶瓷環等部件損壞，也會擾亂氣流。

· 輔助氣體問題：

  · 氣體純度不足：尤其是氧氣純度低于99.95%會嚴重影響碳鋼的切割效率和斷面質量，產生更多熔渣。

  · 氣源壓力不穩定：空壓機或供氣系統故障，導致氣壓波動。

4. 設備硬件問題

· 電容調焦系統故障：負責高度跟蹤的電容信號不準，導致切割過程中噴嘴高度（Stand-off）忽高忽低。高度過低易碰撞，過高則氣流擴散，保護能力下降。

· 冷卻系統問題：切割頭水冷故障，導致整體溫度過高，噴嘴在高溫環境下工作更易受損。

三、 排查流程與解決方案

當出現燒噴嘴問題時，建議遵循以下步驟進行排查：

1. 立即停機檢查：

   · 取下燒毀的噴嘴，觀察燒毀的位置（內孔、端面、一側）。

   · 同時檢查保護鏡片是否污染或損壞。這是必須步驟！

2. 檢查硬件和設置：

   · 確認噴嘴型號和安裝：是否正確？是否擰緊？孔徑是否合適？

   · 檢查有無碰撞痕跡：檢查噴嘴端面是否有明顯的劃痕或撞痕。

   · 校準切割高度：重新校準電容高度和穿孔高度。

   · 檢查焦點：核對焦點位置是否與工藝表一致。

3. 復查氣體和工藝：

   · 檢查氣壓：實際輸出氣壓是否與設定值相符？檢查氣路有無泄漏。

   · 檢查氣體純度：特別是氧氣和氮氣。

   · 優化工藝參數：參考材料廠商提供的工藝參數表，對功率、速度、氣壓、穿孔高度/時間等進行微調。對于新材料，務必從保守參數開始測試。

4. 檢查板材和設備狀態：

   ·檢查板材：是否平整、無銹無油？

   · 檢查設備：空壓機、冷干機是否工作正常？濾芯是否需要更換？

總結與預防措施

最佳實踐建議：

· 建立噴嘴檢查制度：定期檢查、更換噴嘴，不要等到完全燒毀再換。

· 使用高質量耗材：投資好的噴嘴和保護鏡片從長遠看更省錢。

· 堅持設備日常保養：定期清潔鏡片、檢查氣路、校準高度傳感器。

· 完善工藝庫：為不同材料、不同厚度建立并驗證成熟的切割參數。