Contrôle qualité de la découpe laser : facteurs clés et solutions

La qualité de découpe laser Le résultat obtenu par les machines de découpe laser est soumis à une multitude de facteurs, ce qui en fait une interaction complexe. Au cœur du processus de découpe laser se trouve l'interaction entre le faisceau laser et les matériaux à découper, classée en deux phénomènes principaux : microscopique et macroscopique.

Les phénomènes microscopiques permettent de comprendre les processus complexes de réaction quantique qui se produisent lors de l'interaction laser-matière. Les phénomènes macroscopiques englobent quant à eux l'absorption, la réflexion, la réfraction de la matière, ainsi que la conversion et la transmission d'énergie des faisceaux laser.

Au-delà des caractéristiques intrinsèques du matériau traité, des facteurs liés au matériel exercent également une influence sur la qualité de la découpe. Explorons ensemble ces facteurs.

Importance du contrôle de la qualité

Le contrôle de la qualité joue un rôle irremplaçable dans les entreprises. Grâce à l'échantillonnage et au contrôle des processus, les organisations peuvent améliorer leurs performances. Il en va de même pour le processus de découpe au laser. Cependant, la question se pose de savoir comment mesurer la qualité de la découpe laser des métaux ?

Dans les textes précédents, nous avons souligné l'importance d'optimiser les paramètres de découpe laser, c'est-à-dire la mise en œuvre d'une maintenance préventive du découpeur laser. Lorsqu'il s'agit de découpeurs laser de bonne qualité, la possibilité d'anomalies dans le processus de découpe est réduite au minimum. Cependant, il convient de prêter attention à d'autres indicateurs clés de performance (KPI) importants qui fournissent un retour d'information sur le niveau de qualité de la découpe laser.

Normes de découpe laser

Dans la mesure où une grande partie des activités et des processus des entreprises d'aujourd'hui sont standardisés et normés, des normes ont été élaborées qui prescrivent les paramètres de qualité de la découpe laser. La norme ISO DIN EN ISO 9013:2002 définit les exigences relatives à la découpe laser et aux autres types de découpe thermique. La norme prescrit le contrôle des paramètres de découpe suivants :

• métal en fusion
• l'incision de la coupure
• la perforation de la coupure
• lignes de coupe
• rugosité

Paramètres de contrôle qualité

• Formation du métal en fusion – le contrôle de ce paramètre est généralement effectué par inspection visuelle du métal découpé. Les informations obtenues par le contrôle se rapportent à la focalisation du faisceau laser ou à l'optique du découpeur laser.

• L'incision de la coupe est un paramètre qui dépend du matériau à couper et qui est déterminé par la tolérance de chaque métal. Les informations obtenues en inspectant l'incision nous renseignent sur la taille de la pénétration du faisceau laser dans le métal.

• La perforation – La perforation du métal est créée par l'action corrosive et peut considérablement modifier la qualité de la coupe. Ce paramètre est généralement inspecté visuellement et décrit qualitativement.

• Lignes de coupe – les lignes de coupe lors de la découpe laser sont déterminées par la vitesse à laquelle chaque position est coupée. Ce paramètre est également inspecté visuellement et les informations fournies par l'inspection indiquent la nécessité d'ajuster les paramètres de coupe en termes de puissance et de vitesse.

• Rugosité – paramètre qui influence la nécessité d'une manipulation supplémentaire du matériau après la découpe au laser. La rugosité est définie en fonction de l'épaisseur du matériau à découper.

L'amélioration de la qualité des découpes laser peut être obtenue grâce à un entretien régulier de la machine de découpe laser et à un réglage précis des paramètres de découpe. Le contrôle qualité et l'optimisation des paramètres jouent certes un rôle crucial, mais ils constituent également une première étape vers l'obtention de résultats de découpe optimaux. L'efficacité du contrôle qualité dépend de l'exécution d'une série de découpes.

Lorsque plusieurs coupes identiques sont réalisées, un contrôle minutieux des paramètres devient impératif pour éviter la répétition des erreurs sur toute la série. Ainsi, une surveillance et un réglage continus des paramètres garantissent des opérations de coupe cohérentes et sans erreur.

Facteurs affectant la qualité de la découpe laser des machines de découpe laser

Caractéristiques du faisceau :

Il existe une relation significative entre la largeur de l'incision de la découpe laser et le diamètre du spot focalisé. Étant donné que la densité de puissance et la densité d'énergie de l'irradiation laser sont liées au diamètre du spot laser, afin d'obtenir une plus grande densité de puissance et une plus grande échelle d'énergie, dans le traitement de découpe laser, le diamètre du spot doit être aussi petit que possible.

Puissance du laser :

L'ampleur de la puissance laser affecte directement l'épaisseur de la plaque d'acier pouvant être coupée. Plus la puissance est élevée, plus le matériau pouvant être coupé est épais. En outre, elle affecte également la précision dimensionnelle de la pièce, la largeur du joint de coupe, la rugosité de la surface de coupe et la largeur de la zone affectée par la chaleur.

La puissance du laser a un impact significatif sur la vitesse de coupe, la largeur du joint, l'épaisseur de coupe et la qualité de la coupe. Le niveau de puissance est déterminé par les caractéristiques du matériau et le mécanisme de coupe. Les matériaux ayant des points de fusion élevés (tels que les alliages) et une réflectivité de surface élevée (tels que le cuivre et l'aluminium) nécessitent une puissance laser plus élevée.

Par exemple, une machine de découpe laser à fibre pour tôle de 1 500 W ne peut pas réaliser le travail d'une machine de découpe laser de 6 000 W. Souvent, si vous constatez que l'effet de coupe n'est pas idéal, il est très probable que vous ayez choisi le mauvais modèle de laser.

Dans le processus de découpe au laser, il existe une puissance laser qui permet d'obtenir la meilleure qualité de découpe. Sous cette puissance laser, il peut y avoir des phénomènes de découpe incomplète ou de scories suspendues. Au-delà de cette puissance, il y aura surchauffe.

Vitesse de découpe laser :

La vitesse de coupe a un impact significatif sur la qualité de la coupe. La vitesse de coupe idéale se traduira par une ligne relativement lisse sur la surface de coupe, une section transversale du matériau lisse et aucune bavure. Lorsque la pression du gaz auxiliaire et la puissance du laser sont constantes, il existe une relation inverse non linéaire entre la vitesse de coupe et la largeur du joint de coupe. Si la vitesse de coupe est trop lente, il est facile de provoquer une surfusion du matériau, le joint de coupe s'élargit, la zone affectée par la chaleur augmente et même la surfusion de la pièce. Une coupe trop rapide peut empêcher le matériau de couper, provoquer des éclaboussures d'étincelles, produire des scories dans la moitié inférieure et même brûler la lentille.

Buses :

L'ouverture de la buse et la distance entre la sortie de la buse et la surface du matériau peuvent toutes affecter l'effet de coupe.

Position de mise au point :

La position focale affecte directement la largeur de l'incision, la rugosité de la section transversale et l'adhérence des résidus de déchets. Les différentes positions focales entraînent des diamètres de faisceau et des profondeurs focales différents sur la surface du matériau traité, ce qui entraîne des modifications de la forme du joint de coupe et affecte le flux de gaz traité et de métal en fusion dans la section transversale.

La position de mise au point est la distance entre le foyer laser et la surface de la pièce, qui affecte directement la rugosité de la surface de coupe, la pente et la largeur du joint de coupe et l'état d'adhérence du résidu fondu. Si la position de mise au point est trop avancée, elle augmentera la chaleur absorbée par l'extrémité inférieure de la pièce à couper.

À une certaine vitesse de coupe et à une certaine pression d'air auxiliaire, le matériau à couper et le matériau fondu à proximité du joint de coupe s'écouleront à l'état liquide sur la surface inférieure. Après refroidissement, le matériau fondu adhérera à la surface inférieure de la pièce sous une forme sphérique. Si la position est en retard, la chaleur absorbée par la face d'extrémité inférieure du matériau à couper diminuera, de sorte que le matériau dans le joint de coupe ne pourra pas fondre complètement et que des résidus tranchants et courts adhéreront à la surface inférieure de la planche.

En règle générale, la position de mise au point doit être sur la surface de la pièce ou légèrement plus bas, mais différents matériaux nécessitent des exigences différentes. Lors de la découpe de l'acier au carbone, la qualité de coupe est meilleure lorsque la mise au point est sur la surface de la plaque. Lors de la découpe de l'acier inoxydable, la mise au point doit être d'environ la moitié de l'épaisseur de la plaque pour de meilleurs résultats.

Gaz auxiliaire :

La découpe du matériau nécessite l'utilisation de gaz auxiliaire, principalement la pression du gaz et le type de gaz, qui peuvent tous deux affecter la rugosité de la section de coupe et la génération de scories.

Dans le processus de découpe au laser, la pression d'air auxiliaire joue un rôle dans l'élimination des scories, le refroidissement des matériaux et l'assistance à la combustion. Les gaz auxiliaires comprennent l'oxygène, l'air comprimé, l'azote et les gaz inertes.

L'oxygène peut participer à la combustion des métaux et améliorer l'efficacité de la coupe, ce qui le rend adapté à la coupe de la plupart des métaux ; les gaz inertes et l'air conviennent à la coupe de certains matériaux métalliques (tels que les alliages d'aluminium) et de matériaux non métalliques, ce qui peut empêcher la combustion des matériaux.

Si la pression du gaz auxiliaire est trop élevée, des courants de Foucault apparaîtront à la surface du matériau, affaiblissant la capacité d'élimination des matières fondues, entraînant un élargissement du joint de coupe et une surface de coupe rugueuse. Si la pression d'air est trop faible, le matériau fondu ne peut pas être complètement soufflé et les scories adhéreront à la surface inférieure du matériau. Par conséquent, la pression du gaz auxiliaire doit être ajustée pendant la coupe pour obtenir la meilleure qualité de coupe.

Solutions de qualité de découpe laser pour machine de découpe laser à fibre

1. Paramètres de puissance optimaux: Le réglage de la puissance du laser en fonction du type et de l'épaisseur du matériau est essentiel pour obtenir des coupes nettes et précises. Le réglage précis des paramètres de puissance garantit un traitement efficace du matériau sans provoquer de zones affectées par la chaleur excessive ou de bords rugueux.
2. Réglage de la mise au point: Une focalisation correcte du faisceau laser est essentielle pour maintenir la qualité de coupe. Un calibrage et un réglage réguliers de la position de mise au point garantissent une qualité de faisceau et des performances de coupe optimales.
3. Sélection du gaz et contrôle de la pression: Le choix du gaz d'assistance approprié (tel que l'oxygène, l'azote ou l'air) et le contrôle de sa pression permettent d'éliminer efficacement le matériau fondu de la saignée et d'éviter l'oxydation pendant la coupe. Une sélection de gaz et un réglage de pression appropriés contribuent à améliorer la qualité des bords et à réduire la formation de scories.
4. Entretien des buses et des lentilles:Un nettoyage et une inspection réguliers des buses de coupe et des lentilles de focalisation sont essentiels pour éviter l'accumulation de débris et maintenir la qualité du faisceau. Remplacez rapidement les composants usés ou endommagés pour garantir des performances de coupe constantes.
5. Technologie de tête de coupe avancée:La mise à niveau vers des têtes de coupe équipées de fonctionnalités avancées telles que le réglage automatique de la distance focale, la protection contre les collisions et la surveillance en temps réel peut améliorer la précision de coupe et la productivité.
6. Contrôle dynamique du faisceau:La mise en œuvre de technologies de contrôle dynamique du faisceau, telles que la mise en forme du faisceau et l'oscillation du faisceau, permet un contrôle plus précis de la distribution d'intensité du faisceau laser et améliore la qualité de coupe, en particulier dans les géométries complexes et les coins étroits.
7. Manutention et montage de matériaux:Des techniques de manutention et de fixation appropriées des matériaux aident à minimiser les vibrations et la distorsion des matériaux pendant la coupe, ce qui permet des coupes plus douces et une précision dimensionnelle améliorée.
8. Paramètres de coupe optimisés:Le réglage précis des paramètres de coupe tels que la vitesse de coupe, l'accélération et l'alignement du faisceau en fonction des propriétés du matériau et des exigences de coupe peut améliorer considérablement la qualité et l'efficacité de la coupe.
9. Systèmes d'assurance qualité:La mise en œuvre de systèmes d’assurance qualité tels que la surveillance en temps réel, la détection automatique des défauts et les mécanismes de rétroaction garantit une qualité de coupe constante et fiable tout au long du processus de production.

En mettant en œuvre ces solutions, les opérateurs peuvent optimiser les performances de machines de découpe laser à fibre et obtenez une qualité de coupe supérieure sur une large gamme de matériaux et d'applications.