Принцип работы и срок службы лазерной трубки CО2

• Принцип работы лазерной трубки
• Срок службы лазерной трубки
• Как продлить срок службы лазерной трубки
• Почему ухудшается качество стеклянной трубки СО2
• Можно ли хранить трубку Co2 лазера?
• Возможна ли заправка лазерной трубки CO2

Принцип действия лазерной трубки

Лазерная трубка – это основной элемент гравера, в нем происходит индуцирование лазерного луча. Лазерные CO2-установки производят лазерный луч в герметичной стеклянной трубке, которая заполнена газом. Высокое напряжение проходит через трубку и вступает в реакцию с частицами газа, увеличивая их энергию, в результате чего образуется свет. Продуктом такого сильного света является тепло, которое может испарять материалы, температура плавления которых составляет сотни °C.  При помощи линзы осуществляется фокусирование луча и выход его из сопла.

В лазерной Co2 трубе основное рабочее вещество состоит из трех газов: углекислый газ, азот и гелий. Среди них Co2 является газом, генерирующим лазерное излучение, азот и гелий - вспомогательные газы. 

Каждый из газов в смеси выполняет свою роль:

• Co2 - генерирует инфракрасное излучение;
• Молекулы азота легче возбудить (по сравнению с Co2), поэтому он выполняет функцию активатора для молекул Co2;
• Гелий помогает молекулам CO2 успокоиться, забирает тепло и "перерабатывает" его.

Когда электрический ток проходит через трубку, молекулы азота возбуждаются (их энергия увеличивается), заставляя их "вибрировать". Вибрация азота, в свою очередь, возбуждает молекулы CO2, которые увеличивают свою энергию, но это только временно, потому что они имеют естественную тенденцию возвращаться в свое нормальное состояние. В процессе этого высвобождаются фотоны. Эти фотоны отражаются от двух зеркал в конце трубки, собирая по пути другие фотоны и образуя лазерный луч. Одно из зеркал (то, которое находится на конце катода) отражает только частично. Когда луч полностью сформируется и станет достаточно мощным, он пройдет через это частично отражающее зеркало и попадет на внешние зеркала, линзы и, наконец, на сам материал.

Рис. 1. Схема стеклянной лазерной трубки CO2

Срок службы лазерной трубки

Срок службы лазерной трубки в значительной степени зависит от того, на каком проценте полной мощности она используется.

Чем больше мощность, тем быстрее расходуется CO2 и тем быстрее истощается трубка. Потеря CO2 со временем приводит к снижению выходной мощности лазера, что наиболее заметно при резке толстых материалов и при более высоких значениях % мощности. Чтобы получить максимальный срок службы трубки, используйте низкий уровень мощности, необходимый для выполнения работы. По возможности поддерживайте мощность лазерного гравера ниже 60%.

Лазерная трубка относится к расходным материалам, поскольку быстро вырабатывает свой ресурс. В среднем ее срок службы составляет около 2 000 часов.

То, как вы используете лазерную трубку, может повлиять на ее долговечность. Если вы в основном режете толстые материалы, потерю мощности будет происходить быстрее, так как трубка работает на токе, близком к максимально рекомендуемому. Единственный способ обойти это - снизить скорость резки. Если вы занимаетесь только гравировкой, то вы можете потерять 50% мощности трубки, прежде чем это начнет влиять на качество производства.

Работа трубки при слишком высоком % выходной мощности может привести к перегрузке трубки. Это процесс, при котором газы в лазерной трубке разрушаются, снижая максимальную выходную мощность трубки. Пожелтение катода может быть индикатором того, что трубка была перегружена.

Беспрерывный розжиг лазерной трубки в несколько смен подряд негативно сказывается на электродах, на нагреве зеркал трубки, а также на газовой смеси.

Как продлить срок службы лазерной трубки

Стеклянная лазерная трубка CO2, используемая во многих станках для лазерной резки и гравировки, относится к категории расходных материалов, но существует ряд способов продлить срок ее службы. При небольшом планировании, подготовке и профилактическом обслуживании вы можете значительно продлить срок службы трубки. Эти советы помогут вам приобрести качественную трубку и поддерживать ее в отличном состоянии долгое время.

Рис. 2. Лазерная CO2 трубка 

Правильная мощность лазера

Убедитесь, что указанная мощность действительно отражает мощность трубки, которую вы ожидаете получить, информацию о конкретной трубке можно найти на сайтах производителей.

Установка миллиамперметра

Если ваш лазерный станок не оснащен миллиамперметром, настоятельно рекомендуется установить его самостоятельно. Вы должны убедиться, что не превышаете рекомендованный производителем максимальный рабочий ток (мА), так как это приведет к преждевременному износу трубки и сокращению ее срока службы.

Дата изготовления

На главной этикетке каждой трубки указана дата изготовления. В идеале она должна быть как можно ближе к текущей дате, но нередко бывает, что она может составлять до двух месяцев. Это важно, поскольку гарантия производителя начинается с даты изготовления, а не с даты поставки.

Рис. 3. Мощность лазерной трубки 

Обслуживание оптического тракта

Важно содержать в чистоте зеркала, а также линзы. На идеально выровненном и чистом оптическом пути нередко теряется от 10 до 12% мощности, загрязненная оптика значительно увеличивает этот показатель. Вы должны проверять и чистить зеркала еженедельно, а линзы - ежедневно. Работа станка с грязной оптикой означает, что вам придется либо увеличить мощность, либо уменьшить скорость для поддержания реза. Для очистки используйте баллоны сжатого воздуха и специальные чистящие палочки с безворсовым аппликатором.

Толстый слой пыли, осевшей на трубке в результате продолжительной резки фанеры, может привести к появлению статического электричества и пробою высоковольтного разряда. Необходимо периодически очищать поверхность трубки

Система охлаждения лазера

Лучше использовать полностью закрытый охладитель или охлаждающее устройство. Это устройство должно не только подавать сигнал тревоги при возникновении проблемы, но и останавливать работу лазера без достаточного охлаждения. Лазерная трубка должна работать при температуре от 15°C до 25°C. При повышении температуры эффективность трубки снижается, что приводит к снижению выходной мощности. Чиллер охлаждает воду, которая поступает в контур охлаждения лазерной трубки. Тем самым в процессе работы охлаждается газовая смесь.

Почему ухудшается качество стеклянной трубки СО2-лазера?

Все стеклянные лазерные трубки CO2 изнашиваются со временем, их срок службы варьируется от 3 месяцев до 3 лет. Изнутри трубка распадается на монооксид углерода и кислород. Если вы перегружаете трубку, это только ускоряет этот процесс и сокращает срок службы. 

За розжиг трубки отвечает высоковольтный блок питания. Поэтому, если хотите, чтобы лазерная трубка служила максимально долго, следует подобрать к ней в пару такой блок питания, который будет работать строго в рамках рекомендуемых для лазерной трубки значений

По мере износа трубки выходная мощность постепенно снижается, что вынуждает либо увеличивать мощность, либо снижать скорость резки. В результате трубка работает интенсивнее и больше. Некоторые трубки содержат катализатор, который рекомбинирует окись углерода и кислород, восполняя утраченный CO2, но часть свободного кислорода может скапливаться на катоде (низковольтном конце трубки), придавая ему желтый оттенок. Именно так производители могут определить была ли трубка перегружена.

Можно ли хранить трубку Co2 лазера? 

Срок службы излучателя напрямую зависит от того, как долго хранилась лазерная трубка. Даже при правильном способе хранения лазерная трубка теряет 5% своей мощности в год. Однако прогрессия потери мощности увеличивается с каждым годом хранения. Это происходит потому, что атомы гелия, содержащиеся в газовой смеси, меньше размера кристаллической решетки стекла, из которого сделана лазерная трубка. Следовательно, с течением времени гелий просто выходит из лазерной трубки, а газовая смесь разлагается естественным образом. Тем не менее, утечка газовой смеси также возможна через клеевое соединение наконечника излучателя и выходного зеркала. 

Таким образом, нет смысла покупать новую лазерную трубку, если имеющаяся в вашем станке находится в рабочем состоянии.

Возможна ли заправка лазерной трубки CO2?

Когда срок службы лазерной трубки подходит к концу и она больше не срабатывает, операторы оборудования спрашивают - можно ли просто перезаправить лазерную трубку новым газом? 

Трубка не дозаправляется ни одним производителем. Каждая лазерная трубка собрана и запечатана на заводе и не подлежит ремонту.