Perfectionnement du bord découpé au laser à fibre

Vous pouvez améliorer le bord de coupe d'une découpe laser à fibre en optimisant les gaz d'assistance et en tirant parti des technologies de buse mises à jour.

Autrefois une technologie nouvelle et inconnue dans l'industrie de la fabrication de tôles, les lasers à fibre sont désormais considérés comme une approche éprouvée et fiable pour les opérations de découpe.

L'un des avantages de l'utilisation de lasers à fibre pour effectuer le masquage est le bord propre et sans oxyde que vous pouvez obtenir en utilisant un gaz d'assistance à l'azote. L'absence d'oxydation améliore les processus en aval tels que le revêtement en poudre et le soudage car une meilleure adhérence et une meilleure soudabilité peuvent être obtenues.

Vous pouvez améliorer le bord de coupe d'une découpe laser à fibre en optimisant les gaz d'assistance et les technologies de buse.

Les niveaux de pureté de l'azote jouent un rôle important dans la qualité des bords et des pièces. Comprendre à quoi s'attendre des niveaux de pureté peut vous aider à atteindre la qualité de pièce souhaitée et d'autres objectifs finaux tels que l'adhérence du revêtement en poudre ou la soudabilité. Si une finition argent brillant est souhaitée pour des industries telles que les équipements médicaux et de qualité alimentaire, un indice de pureté doit être de 99,9 % (voirFigure 1).

Si le marché que vous fournissez est celui des outils agricoles et que l'adhérence de la couche de poudre et les pièces par jour sont vos principaux domaines d'intérêt, un niveau de pureté d'azote inférieur tel que 98 ou 99 % peut atteindre les résultats requis. Comprendre quel niveau est nécessaire est important pour dimensionner votre générateur d'azote à l'avance afin d'éviter les déceptions dans la qualité des bords ou les performances de la machine après coup.

Qu'un laser à fibre soit votre première machine de découpe laser ou que vous soyez passé d'une machine laser CO2, votre consommation de gaz d'assistance, en particulier d'azote, sera plus élevée. Cette augmentation de la consommation d'azote est causée par plusieurs facteurs.

Grâce à la disponibilité de la technologie des fibres à des puissances bien supérieures à celles des machines de découpe laser CO2, vous pouvez désormais traiter des matériaux qui devaient auparavant être coupés à l'oxygène. Votre laser CO2 peut avoir été limité à la découpe d'acier doux avec un gaz d'assistance à l'azote à une épaisseur de 3/16 de pouce ou un matériau de calibre 7. Avec la capacité de puissance supérieure d'un laser à fibre, la plage de traitement de l'azote de l'acier doux peut être étendue à 3/8 po ou même ½ po d'épaisseur.

Étant donné que la plage de traitement des lasers à fibre est plus large, il s'ensuit que la consommation d'azote gazeux sera également plus élevée. Avoir la possibilité de couper des matériaux plus épais avec de l'azote augmentera évidemment votre consommation d'azote car des débits plus élevés sont nécessaires.

Par exemple, un laser CO2 de 4 kilowatts peut avoir utilisé 1 700 pieds cubes standard par heure (SCFH) pour couper 3/16 po d'épaisseur ou 7 ga. acier doux. Couper un matériau de 3/8 po d'épaisseur doublera la consommation de gaz à 3 400 SCFH.

Il existe plusieurs moyens de lutter contre cette augmentation de la demande en azote : le mélange de gaz, les technologies de buses et les systèmes de génération d'azote. Tous ces éléments peuvent également contribuer à améliorer la qualité des bords.

Figure 1Plus la pureté de l'azote gazeux est élevée, plus la finition est brillante.

Mélange de gaz. Les systèmes de mélange vous permettent d'apporter des quantités régulées d'oxygène dans votre processus de découpe, réduisant ainsi la quantité d'azote consommée. Cela se traduit également par une meilleure qualité des arêtes et une augmentation des vitesses d'alimentation dans de nombreux matériaux.

Une fois que votre système de livraison d'azote a été déterminé, une option à considérer pour améliorer la qualité des bords serait d'ajouter un mélangeur de gaz. L'équipement supplémentaire est peu coûteux, peu encombrant et peut être ajouté à presque tous les lasers à fibre.

Si vous avez déjà dû découper de l'aluminium au laser avec du gaz d'assistance à l'azote, vous avez été témoin des bavures et des scories qui en résultent souvent. En ajoutant un mélangeur de gaz à votre configuration, vous pouvez apporter de petits pourcentages d'oxygène dans votre processus de coupe pour réduire ou éliminer ces bavures. Le mélangeur de gaz est relié aux conduites d'alimentation en azote et en oxygène, et différents niveaux de pureté peuvent être sélectionnés selon l'application.

Le mélange de gaz présente également des avantages lors de la coupe d'acier doux. Cela se fait de la même manière en ajoutant de petites quantités d'oxygène dans la coupe. Cela se traduira par une meilleure qualité des bords, des taux d'alimentation accrus et une consommation d'azote réduite.

Les applications de mélange de gaz sont souvent associées à certaines des technologies de buse les plus récentes qui vous permettent de couper avec des pressions et des débits de gaz beaucoup plus faibles. Des pressions réduites peuvent également réduire votre coût par pièce.

Technologies laser et tête de coupe. Différentes technologies de buses ont évolué pour réduire la consommation d'azote et même améliorer la qualité des bords. Certaines machines laser à fibre vous permettent d'appliquer des changements de mode de faisceau et des fonctions de collimation automatique (voirFigure 2 ). Les lasers à fibre ont un mode de faisceau avec une densité de points de très haute puissance. Connu sous le nom de mode Tem00, il est idéal pour la coupe à grande vitesse dans des matériaux de calibre.

La coupe de plaques épaisses nécessite un trait de scie plus grand pour permettre d'enlever plus de matière. Un mode optimal pour cette application serait un Tem01. Le choix d'un laser capable d'effectuer automatiquement ces changements de mode vous aidera à améliorer la qualité des bords sur toute la gamme de matériaux que vous découpez. Vous pouvez encore améliorer la qualité des bords de coupe en modifiant la profondeur de champ et le diamètre du faisceau avec une fonction de collimation automatique.

Systèmes de génération d'azote. Ces systèmes réduisent le coût de l'azote et éliminent les contrats d'approvisionnement en gaz. En achetant votre propre système de génération d'azote, vous pouvez profiter de l'amortissement des biens d'équipement, accélérant ainsi votre retour sur investissement.

Alors, comment l'azote est-il généré? Cela se fait en séparant l'air en azote, oxygène, argon et autres gaz. Vous serez peut-être surpris d'apprendre que l'air que nous respirons contient 78 % d'azote, 21 % d'oxygène, 0,9 % d'argon et des traces de CO2 et d'autres gaz.

Quand devriez-vous considérer l'azote généré? C'est toujours une bonne option, surtout si vous utilisez plusieurs équipes ou plusieurs lasers ou si votre mélange de matériaux de produits nécessite des conditions de coupe à l'azote.

Figure 2L'utilisation du mode de faisceau optimal pour le matériau améliore la qualité de coupe.

Trois types de systèmes de séparation sont couramment utilisés : les membranes, l'adsorption modulée en pression et la distillation fractionnée cryogénique de l'air liquide (systèmes d'azote en vrac).

1. Le système de membrane comprend des membranes à fibres creuses utilisées pour créer un processus mécanique de séparation de l'air. Ceci est réalisé en raison de la variance de taille moléculaire des molécules d'azote et d'oxygène. Le polymère membranaire est conçu pour permettre aux molécules de vapeur d'eau et d'oxygène en mouvement rapide de se diffuser à travers la membrane et de capturer l'azote sous forme de gaz produit (voirfigure 3 ). Ces systèmes sont conçus pour une livraison de 205 livres par pouce carré (PSI) et sont recommandés pour les matériaux de calibre. Ils ont une installation simple et un faible encombrement. Ces systèmes sont souvent utilisés sur une base individuelle avec la machine laser centrale.

2. Lorsque des pressions de livraison et des débits plus élevés sont nécessaires qu'un système à membrane ne peut produire, un système d'adsorption à variation de pression est recommandé. Ce type de système est également recommandé pour plusieurs machines ou si une extension future est souhaitée. Un système d'adsorption modulée en pression utilise un tamis moléculaire en carbone comme méthode d'adsorption des molécules d'oxygène et de distribution du gaz d'assistance azote souhaité. Le système peut fournir des pressions de gaz beaucoup plus élevées ainsi que des débits SCFH plus élevés. Il peut également produire des niveaux de pureté d'azote plus élevés.

3. La distillation fractionnée cryogénique de l'air liquide est le processus de séparation des gaz de l'air en le refroidissant jusqu'à ce qu'il se liquéfie. Ce sont les systèmes de réservoir en vrac qui sont souvent utilisés pour fournir des gaz d'assistance au laser. Ils peuvent fournir des niveaux de pureté élevés mais sont énergivores.

Produire votre propre azote en interne est susceptible d'accélérer votre retour sur investissement. Dans la plupart des cas, un retour sur investissement peut être atteint en moins de deux ans. Dans les ateliers avec plusieurs équipes ou si plusieurs machines sont utilisées, le retour est encore plus rapide. Une fois le retour sur investissement atteint, des économies à long terme s'accumuleront, attribuées à l'élimination des frais mensuels de livraison de gaz en vrac, des frais de location d'équipement et des pertes par évaporation.

L'évaluation d'un nouvel investissement important tel qu'un laser à fibre peut être une expérience longue et écrasante. Souvent, seuls les taux d'alimentation ou les puissances nominales sont inspectés, mais lorsque d'autres aspects sont pris en compte, la véritable proposition de coût est mieux visible.

Si vous êtes passé de la technologie laser CO2 à la technologie laser à fibre, vous en avez probablement déjà bénéficié. L'un des plus notables est peut-être le manque d'optique, ce qui signifie que le nettoyage, l'alignement et le remplacement de l'optique appartiennent au passé.

De plus, les économies de consommation électrique de la génération de faisceau à l'état solide réduisent votre coût horaire de fonctionnement.

Étant donné que la gamme de traitement des matériaux est élargie pour inclure le cuivre, le laiton, le titane, l'aluminium plus épais et l'acier inoxydable, vous pouvez élargir votre clientèle ou éliminer les autres équipements de découpe et de découpage autrefois nécessaires pour découper ces matériaux.

Tous ces avantages de coût peuvent compenser les coûts plus élevés d'une plus grande consommation d'azote gazeux.

figure 3Le polymère de la membrane permet aux molécules de vapeur d'eau et d'oxygène en mouvement rapide de se diffuser à travers la membrane et de capturer l'azote sous forme de gaz produit.