Лазерные технологии

Как правильно охлаждать и эксплуатировать лазерную трубку CO2?

Лазерная трубка RECI W2 купить в VIRAND

Лазерная трубка — весьма дорогостоящий элемент лазерного станка. В этой статье расскажем: как избежать ее преждевременного выхода из строя.

Устройство лазерной трубки

Для начала необходимо понять: «Что из себя представляет лазерная трубка?». Лазерная трубка — это длиная стеклянная колба, состоящая из нескольких отсеков. Во внутреннем отсеке генерируется лазерное излучение, в среднем отсеке находится охлаждающая жидкость, во внешнем отсеке находится газ. А если быть точнее — смесь газов. Внутренний и внешний отсек — сообщающиеся сосуды, поэтому внутренний отсек также заполнен смесью газов. Необходимо отметить, что стекло из которого сделана лазерная трубка не боросиликатное, а самое обыкновенное. В крайних частях лазерной трубки установлены анод и катод, состоящие из металла.

Структура лазерной трубки, лазерный станок VIRAND
Рисунок 1. Схематическое изображение лазерной CO2 трубки. Для упрощения, на рисунке не отображен внешний отсек, заполненный газом.

Под воздействием высокого напряжения в трубке, заполенной газом, генерируется ИК излучение. Это ИК излучение в дальнейшем и выходит из нее. На этом следует остановится. Конечно, сам физический процесс гораздо более сложен, но в данной статье важно понять главную мысль: лазерная трубка — это длинная колба из обыкновенного стекла, в которую вмонтированы металлические пластины, которые имеют другой коэффициент термического расширения. Трубка находится под высоким напряжением, потребляет достаточно большое количество электроэнергии и имеет сравнительно невысокий КПД, из-за чего достаточно сильно греется. На основании вышеизложенного можно сформировать следующие правила и рекомендации.

Следите за температурой на сливе из лазерной трубки

Газовая смесь, находящаяся в лазерной трубке предпочитает температуру до 23 градусов. При превышении этого порога газовая смесь начинает быстрее деградировать, происходит лавинный эффект. Так, например уже при 30 градусах срок службы сократится в 2 раза.

Следите за скоростью протока через лазерную трубку

Нет смысла в 23 градусах на выходе из трубки, если скорость протока очень низкая или вовсе отсутствует. Например: при отсутствующем протоке через лазерную трубку температура на сливе будет 23 градуса, а в резонаторе все 30 градусов! Абсолютно все наши лазерные станки снабжены латунным датчиком протока охлаждающей жидкости. В случае отсутствия протока этот датчик подаст блоку розжига запрещающий сигнал. Блок розжига заблокирует лазерную трубку. Однако не стоит им слепо доверять, так как воздушный пузырь, мелкие частицы грязи могут привести к залипанию датчика. Необходимо обратить внимание и на тип датчика протока, который стоит у вас в станке. Как показала практика, пластиковые датчики клапанного типа самые ненадежные. Они очень сильно тормозят скорость протока, легко засоряются и часто не срабатывают. Лучший результат показали латунные датчики, указанные на фото.

Стоит отметить, что у любого датчика протока есть один важный минус: он не показывает скорость протока через лазерную трубку и при обмене 0.8 л/мин и более он будет сигнализировать о том, что система работает штатно. Однако, 0.8 л/мин — критически низкий водообмен. Выхода из этой ситуации два: проверять скорость циркуляции жидкости вручную или устанавливать контроллер virand smartLaser. Совсем без какой-либо защиты запускать лазерный станок опасно, так как элементарная забывчивость при включении помпы может погубить трубку за 5 минут.

Вывод: перед каждым включением станка необходимо проверять циркуляцию жидкости в случае отсутствия счетчика воды.

Учитывая все вышеизложенное, не стоит увлекаться установкой высокомощных насосов. Следует учесть, что протоки для охлаждающей жидкости в лазерной трубке сами по себе достаточно узкие и увеличение скорости протока воды выше 5 л/мин. будет возможно только при увеличении давления в системе. Лазерная трубка состоит из достаточно тонкого стекла и только эксперименты могут показать, что пагубнее воздействует на лазерную трубку: более медленный проток (и, как следствие, увеличивающаяся дельта температур на входе и выходе из трубки) или высокое давление в системе. Также, когда мы говорим о том, какой проток жидкости оптимален, следует выявить критерии для расчета оптимальной скорости протока жидкости через лазерную трубку. Таким критерием является дельта температур на входе лазерную трубку и выходе через нее. Производители лазерных трубок не дают каких-либо точных цифр, но на наш взляд эта дельта температур не должна превышать 2 градуса.

Исходя из практики, трубки, имеющие мощность 100 Вт, работающие со скоростью обмена воды в ~4 л/мин при температуре охлаждающей жидкости в 17 градусов, работающие при мощности не более 70% от максимальной отрабатывают свой ресурс в соответствии со сроком, указанным производителем.

Выбирайте правильное помещение для лазерного станка

Станок необходимо устанавливать в сухих, отапливаемых помещениях с постоянной температурой окружающей среды от 15 до 25 градусов. Мы обладаем большими данными по срокам службы лазерных трубок и заметили, что клиенты, которые устанавливают станки в холодных помещениях без отопления (в том числе в гаражах) гораздо раньше приходят за новой лазерной трубкой. Виной тому — термошоки, которые испытывает лазерная трубка в таких помещениях. Однако, у многих клиентов возникает идея: приходить заранее и прогревать помещение! В реальности этот процесс очень сложно реализовать правильно. При включении обогревателей и термопушек в первую очередь нагревается воздух и только потом окружающие предметы. В конечном итоге получаются большие разности температур в системе, что негативно влияет на работу оборудования в целом.

Очень часто лазерные станки устанавливают у окна. Конечно, это удобно для организации системы вентиляции, однако у этого метода есть два минуса, которые перечеркивают единственный плюс. Зимой станок будет стоять у батареи, которая дополнительно будет греть вашу лазерную трубку. Летом же наоборот солнце заменит функцию батареи и будет также подогревать и перегревать лазерную трубку.

Заполняйте систему подходящей охлаждающей жидкостью

На вопрос: что лучше лить в систему у нас один ответ — дистиллированная вода. Какие у нее плюсы:

Дистиллированная вода, охлаждение для лазерного станка CO2, лазерная трубка перегрев

  1. Высокая теплоемкость
  2. Пожаробезопасность
  3. Очень низкая электропроводность (ниже 5 мкСм/см при соответствии ГОСТ 6709-72)
  4. Не цветет годами в замкнутом контуре
  5. Рекомендуется к использованию самими производителями лазерных трубок
  6. Высокая доступность
  7. Низкая цена

Минус у дистиллированной воды только один — нельзя допускать замерзание системы. Но, как говорилось выше, рекомендуемая температура в помещении для эксплуатации лазерного станка от 15 до 25 градусов.

Неплохо зарекомендовал себя антифриз, но многие из них горючие, что можем привести к воспламенению станка. Антифриз мы используем только в зимний период для транспортировки станков или трубок. Перед отправкой система продувается от воды, затем прогоняется антифриз для исключения порчи оборудования. После установки и запуска оборудования снова заливается дистиллированная вода.

Хотелось бы предостеречь читателей от использования теплоносителей на основе этиленгликоля. Данный теплоноситель является токсичным и может нанести вред вашему здоровью.

Следите за резонатором лазерной трубки

Резонатор — это внутренний отсек лазерной трубки, где генерируется само излучение. Эта колба должна быть полностью окружена охлаждающей жидкостью. Так часто бывает, что при первом включении станка из лазерной трубки выгоняется не весь воздух. На станке нельзя работать до тех пор, пока не выгонится весь воздух. Самый простой способ сделать это — наклонить станок так, чтобы катод лазерной трубки (это место, где выходит лазерный луч) оказался выше анода. Пузыри воздуха выйдут самостоятельно. Конечно всегда возможно появление мелких пузырей и здесь важно дать критерий максимально допустимого диаметра воздушного пузыря. Это число весьма приблизительное, но на наш взгляд пузыри диаметром более 1 мм подлежат выгонке из трубки в обязательном порядке.

Как снизить скорость образования воздушных пузырей в лазерной трубке?

Пузыри воздуха образуются из-за активного процесса оксигенации в контуре охлаждения. Наиболее яркий пример из природы — водопад. Падающая вода соприкасается с воздухом, перемешивается, вода насыщается кислородом. В природе данный пример играет положительную роль, но только не в лазерном станке. Контур охлаждения должен быть максимально закрытым от воздуха, следует исключить наличие мест, где воздух мог бы проникать. Например следует проверить места сопряжения шлангов и лазерной трубки. Шланг слива воды должен быть обязательно погружен в воду, а не висеть над ней. В противном случае вы получите эффект водопада. Помимо этого, если сливной шланг не опущен в воду, при выключении станка, вода будет сливаться из лазерной трубки. В таком случае, при каждом последующем включении потребуется проверка на наличие воздуха в лазерной трубке.

Избегайте попадания солнечных лучей на контур охлаждения

Практически в любой жидкости может зародиться жизнь. И дистиллированная вода не исключение. Для запуска процесса нужно всего два условия: наличие минеральных солей, органических примесей и солнце или яркий свет.

Первому пункту дистиллированная вода соответствует, так как согласно определению дистиллированная вода — это вода, практически полностью очищенная от растворённых в ней минеральных солей, органических и других примесей. Учтите, что такая вода будет соответствовать такому определению недолго, если контур будет открытым. Например: вы зальете в ведро дистиллированной воды, но с течением времени в ведро будет попадать пыль, отходы от производства. Дистиллированная вода утратит свои главные свойства. Поэтому емкость для воды должна быть по возможности герметична. Также весь контур должен быть защищен от солнечных лучей, иначе начнется цветение воды. Водорослями начнет обрастать и лазерная трубка, ее эффективность начнет падать. Водоросли вымыть из лазерной трубки очень непросто, поэтому лучше всего следуйте нашим советам и не допускайте таких ситуаций.

Отрегулируйте ток на блоке розжига

Превышение допустимого тока через лазерную трубку выведет ее из строя раньше времени. Поэтому перед полноценнным вводом в эксплуатацию лазерной трубки необходимо проверить проходящий через нее ток при 100% мощности. Он не должен превышать величину, указанную в тех. паспорте. На блоках розжига есть специальный потенциометр. Вращая его можно увеличивать/уменьшать максимальный ток. Обратите внимание, что данную процедуру нужно производить заново при смене лазерной трубки даже на такую же модель. Если вы покупали станок у нас, то эта процедура уже произведена.

Следите за электрическими пробоями на корпус

Бывает такое, что работает станок и внезапно начинает раздавать неприятный треск. Особенно заметен этот эффект во время гравировки. Причем во время треска линии реза становятся более бледными, то есть теряется мощность. Причин здесь может быть три:

  1. Проблема в блоке розжига
  2. Проблема в лазерной трубке
  3. Проблема в проводах и соединениях, подходящих к лазерной трубки.

К счастью, третий вариант самый частый. В первую очередь вам необходимо перепроверить всю проводку, идущую к лазерной трубке. Особое внимание уделить соединениям и их изоляции. Обратите внимание, что соединение красного высоковольтного провода должно быть очень хорошо заизолировано. Толщину изоляции следует рассчитывать исходя из максимального напряжения 35 кВ. То есть даже пяти слоев изоленты будет мало. Лучше всего использовать фарфоровые изоляторы.

Подумайте, прежде чем покупать лазерные трубки про запас

Во многих магазинах предлагают купить вторую лазерную трубку в качестве запасной. Конечно, менеджерам по продажам необходимо показывать стабильно высокую выручку. Но нужно дважды подумать, прежде чем соглашаться на такое предложение. Дело в том, что при правильном уходе любая брендовая трубка прослужит от двух лет и более. Но через 2 года ваша запасная лазерная трубка будет уже подсевшей. Ведь даже когда лазерная трубка просто лежит, ее пиковая мощность постепенно снижается. И здесь нужно понять: есть ли в этом смысл? Возможно, если вы живете в отдаленном населенном пункте, но ваша работа жестко завязана на сроки, есть смысл подумать о запасном варианте. Но в больших городах всегда можно найти если не такую же лазерную трубку, то похожий аналог.

Избегайте резких перепадов температур охлаждающей жидкости

Нормально, когда температура охлаждающей жидкости меняется плавно: не более чем на 1 градус в минуту. Но не стоит в емкость резко заливать ледяную воду в случае если вы заметили превышение показателей температуры. Так вы сделаете только хуже. Следует по-немногу добавлять охлажденной воды.

Правильно установите лазерную трубку

Очень важным является и положение лазерной трубки. Для начала Вам необходимо найти в лазерной трубке резонатор. Резонатор — это самая внутренняя колба. Как правило, она покрыта красноватым напылением. Снаружи этой колбы располагается отсек с охлаждающей жидкостью. В этом отсеке Вам необходимо найти слив воды. Слив воды находится в той части лазерной трубки, где выходит само лазерное излучение. Слив воды из отсека с охлаждающей жидкостью должен располагаться вверху. Если слив будет располагаться сбоку или внизу, то существует высокая вероятность того, что отсек с охлаждающей жидкостью будет заполнен не полностью. Это приведет к перегреву резонатора и порче лазерной трубки.

Заключение

Если вы внимательно читали данную статью, то могли задаться вопросом: «А какая температура охлаждающей жидкости является оптимальной?». На этот вопрос нельзя дать точный ответ. Конечно, чем ниже температура резонатора, тем он эффективнее работает. Но есть предел, ниже которого опускаться не стоит: это точка росы. Когда температура охлаждающей жидкости достигает этого значения возможно выпадение конденсата, что крайне не желательно. Для расчета точки росы есть формула, которую можно найти в любом учебнике по физике. Но следует учесть, что условия в помещении постоянно меняются, меняется и точка росы, поэтому ее значение нужно постоянно пересчитывать. Опытным путем мы пришли к выводу, что оптимальной является температура , где 5 градусов это буферная зона, чтобы случайно не попасть в точку росы.

Как видно, контроль за лазерной трубкой это весьма интересный, но рутинный процесс, который желательно автоматизировать. Задаваясь вопросом, как же этот контроль реализовать, родилась идея контроллера virand smartLaser, который вы можете купить у нас на сайте. Если у вас есть идеи по дополнению этого контроллера новыми функциями, то обязательно пишите нам и мы постараемся их внедрить.

+6

Похожие сообщения

Один комментарий для “Как правильно охлаждать и эксплуатировать лазерную трубку CO2?

  1. Денис:

    Очень много интересных нюансов узнал. Спасибо за качественную статью!

    0

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *