Ce que vous devez savoir sur la découpe laser de tubes

Mar 24, 2023

Lorsque les fabricants pensent à la technologie de découpe au laser à fibre, ils peuvent d'abord penser à la découpe à grande vitesse. C'est peut-être vrai, mais lorsqu'il s'agit de couper des tubes, la vitesse est relative. Il s'agit plus du temps qu'il faut pour traiter un tube pour répondre aux spécifications que de la vitesse de coupe réelle sur le tube. Photos avec l'aimable autorisation de BLM Group USA Corp.

Note de l'éditeur : cet article est adapté d'une présentation faite lors du Sommet sur le leadership du FABRICATOR lors de la réunion annuelle de la FMA à Nashville le 6 mars 2019.

La plupart des fabricants de métaux ont une bonne compréhension de ce que la technologie de découpe au laser à fibre a fait pour le traitement des tôles plates, mais qu'est-ce que le laser à fibre a fait pour la découpe de tubes ? Un peu, en fait.

Certaines choses sont assez perceptibles. Le "générateur" laser d'un laser à fibre est beaucoup plus petit par rapport à un résonateur CO2 traditionnel. En fait, le laser à fibre est créé par des banques de diodes qui sont assemblées dans un module de la taille d'une mallette dont la puissance peut varier de 600 à 1 500 watts. Plusieurs modules sont assemblés pour créer le résonateur alimenté final, qui a généralement la taille d'un petit classeur. La lumière générée est canalisée et amplifiée par un câble à fibre optique. Lorsque la lumière sort du câble à fibre optique, elle est la même qu'au moment de sa génération, sans perte de puissance ni de qualité. Il est ensuite ajusté et focalisé pour le type de matériau à couper.

Le résonateur CO2 est beaucoup plus grand et nécessite plus d'énergie, car l'électricité est introduite dans une combinaison de gaz pour produire le faisceau laser. Des miroirs aident la lumière à gagner en intensité, la préparant à sortir du résonateur. Après sa sortie du résonateur, le faisceau doit parcourir un chemin composé de plusieurs miroirs refroidis jusqu'à atteindre la lentille. Ce déplacement entraîne une perte de puissance et de qualité du faisceau laser.

En raison de la quantité d'énergie nécessaire pour créer un laser CO2, il est moins efficace et a une efficacité de prise murale beaucoup plus faible par rapport à un laser à fibre. Il s'ensuit que les grands refroidisseurs requis pour les lasers CO2 ont également besoin de plus de puissance globale. Compte tenu de l'efficacité de la prise murale du résonateur laser à fibre de plus de 40 %, vous utilisez non seulement moins d'énergie, mais également moins d'espace au sol très demandé.

Certaines choses ne sont pas aussi évidentes jusqu'à ce que vous examiniez de plus près un laser à fibre en fonctionnement. Étant donné que son diamètre de faisceau est souvent le tiers de la taille d'un faisceau de CO2, un laser à fibre a une densité de puissance supérieure à celle d'un faisceau laser de CO2. Non seulement cela permet à la fibre de couper plus rapidement, mais cela lui permet également de percer plus rapidement. Cette taille de faisceau plus petite donne également à la fibre la capacité de couper des formes complexes et de laisser des arêtes vives. Imaginez découper un logo d'entreprise dans un tube lorsque l'espacement entre les lettres du logo est de 0,035 pouce ; une fibre peut faire cette coupe, alors qu'un laser CO2 ne le peut pas.

Les lasers à fibre ont une longueur d'onde de 1,06 micron, soit 10 % de moins que celle d'un faisceau laser CO2. Avec sa longueur d'onde beaucoup plus petite, le laser à fibre produit un faisceau beaucoup plus facilement absorbé par le matériau réfléchissant ; un laser CO2 est beaucoup plus susceptible de se refléter sur la surface de ces matériaux. Pour cette raison, les machines de découpe laser à fibre peuvent couper le laiton, le cuivre et d'autres matériaux réfléchissants. Il convient de noter qu'un faisceau laser CO2 qui se réfléchit sur le matériau peut non seulement endommager la lentille de coupe de la machine, mais également l'ensemble du trajet du faisceau. L'utilisation d'un câble à fibre optique pour le trajet du faisceau élimine ce risque.

Bien sûr, le laser à fibre ne nécessite pas autant d'attention en termes de maintenance. Il ne nécessite pas le nettoyage des miroirs et les vérifications des soufflets dont une machine de découpe laser CO2 a besoin. Tant qu'il reçoit de l'eau de refroidissement propre pour le refroidissement et que les filtres à air sont régulièrement remplacés, le laser à fibre lui-même est exempt de maintenance préventive.

Une autre considération est les modules de la taille d'une mallette du laser à fibre - ils permettent la redondance. Si un module a un problème, le résonateur ne s'éteint pas complètement. Le laser à fibre est redondant de manière à ce que les autres modules puissent produire temporairement plus de puissance pour prendre en charge le module en panne jusqu'à ce que les réparations puissent être terminées, ce qui, soit dit en passant, peut être effectué sur le terrain. D'autres fois, le résonateur à fibre peut continuer à produire une puissance réduite jusqu'à ce que des réparations puissent être effectuées. Malheureusement, si un résonateur CO2 a un problème, tout le résonateur est en panne, pas seulement en mode de puissance réduite.

À un moment donné, beaucoup pensaient que les lasers à fibre ne pouvaient être utilisés que pour les matériaux minces. Le CO2, avec sa plus grande longueur d'onde, a créé suffisamment de saignée lors de la coupe de matériaux épais pour laisser suffisamment d'espace pour l'enlèvement de matière ; le laser à fibre ne pouvait pas produire le même trait de scie ou les mêmes résultats avec des matériaux plus épais. Mais cela a été résolu ces dernières années avec une technologie de collimation qui peut produire un faisceau laser à fibre plus large qui crée une séparation des matériaux et de la place pour l'enlèvement de matière dans les matériaux épais. Et comme la largeur du faisceau est commutable, la machine peut utiliser le faisceau plus étroit pour traiter des matériaux fins, ce qui permet un traitement plus rapide de matériaux de différentes tailles sur la même machine de découpe laser à fibre.

Les machines de découpe laser de feuilles sont désormais vendues avec une technologie de génération de laser capable de fournir jusqu'à 12 kW de puissance. Une machine de découpe de tubes au laser atteint généralement 5 kW, car toute puissance supplémentaire couperait simultanément le côté opposé du tube.

Vous avez peut-être remarqué que nous n'avons pas encore discuté de la vitesse de coupe. Il est possible de couper jusqu'à 500 pouces par minute sur un tube, mais ce n'est pas toujours réaliste. Dans la découpe de tubes au laser, l'accent doit être mis sur le temps nécessaire pour charger un tube, l'indexer afin qu'il soit dans la bonne position pour la découpe, le percer et le couper, et décharger la pièce. Il s'agit davantage du temps de traitement des pièces avec les machines de découpe laser de tubes que de la vitesse de coupe.

Une machine de découpe laser qui coupe la tôle peut changer une tôle en quelques secondes. La même chose peut être faite sur une machine de découpe de tubes au laser, mais c'est une toute autre histoire quant à la façon dont c'est fait.

Il n'y a pas de tours de matériau standard avec une machine de découpe de tubes au laser. Les chargeurs de faisceaux, les plus efficaces des options de manutention de matériaux de tubes, alimentent un tube à la fois du faisceau dans le laser à tubes via un système de singularisation. Ce type de mécanisme d'alimentation ne fonctionne pas avec les profils ouverts, tels que les angles ou les canaux, car ils s'emboîtent lorsqu'ils sont en faisceau et ne se libèrent pas facilement. Pour les profils ouverts, des chargeurs pas à pas sont utilisés, qui séquencent une section une à la fois dans la machine tout en gardant l'orientation correcte de cette section.

Ces tubes ne sont pas petits. Aux États-Unis, les longueurs standard sont de 24 pieds. Certains sur la côte ouest travaillent généralement avec 20 pieds. longueurs comme tailles standard.

La variété est la réalité de tout atelier de travail, et il en va de même pour ceux qui utilisent un laser à tube. Il n'est pas rare de voir des pièces de différentes tailles provenir d'un même tube. La machine doit pouvoir décharger des pièces découpées au laser qui peuvent être aussi petites que 2 pouces et aussi longues que 15 pieds, les unes après les autres. Il doit également être capable de décharger ces pièces sans les endommager, ce qui peut être un défi avec des métaux plus tendres comme l'aluminium.

La nature même d'un tube évite d'avoir recours à une machine dotée d'un laser de très haute puissance. Alors que les machines de découpe laser pour tôles planes sont désormais disponibles avec des générateurs laser aussi puissants que 12 kW, les machines de découpe laser pour tubes ne nécessitent généralement qu'une puissance maximale de 5 kW. Avec un tube, vous devez toujours penser au côté opposé du tube que vous coupez. Un laser plus puissant soufflerait simplement à travers l'autre côté du tube pendant la coupe. (Bien sûr, si vous traitez un faisceau ou un canal sur le laser à tube, vous n'avez pas à vous soucier de l'autre côté.)

Une autre considération dans la découpe de tubes est le cordon de soudure. Ce matériau est laminé et soudé ensemble. Cela soulève deux points qui doivent généralement être traités :

Gardez à l'esprit qu'il n'existe pas de tube parfait. Ils ont des arcs. Les cordons de soudure peuvent dépasser non seulement à l'extérieur mais aussi à l'intérieur du tube. C'est un véritable défi de traiter ce matériau de manière cohérente et rapide lorsque de telles incohérences existent d'un produit à l'autre.

Imaginez devoir placer un trou traversant centré sur un tube. Il doit être centré sur la dimension réelle, pas seulement sur une face du tube. Si le tube est courbé, cela va rendre les choses plus difficiles. C'est la vie de la fabrication de tubes.

Comment compenses-tu cela ? Traditionnellement, vous allez descendre et toucher le visage avec un capteur qui marque le point de contact. Le tube est ensuite tourné et le côté opposé du tube est touché. Cela donne au contrôle une idée de la courbure du tube. Cette méthode est précise et peut garantir que ces trous traversants fonctionnent pour l'application. Mais gardez à l'esprit que chaque fois qu'une rotation du tube se produit, la capacité à fournir des tolérances très élevées est réduite.

L'autre facteur à garder à l'esprit est que la méthode traditionnelle de vérification des arcs et des torsions dans le tube peut prendre jusqu'à cinq ou sept secondes avant le début de la coupe. Avec les moyens traditionnels de détection tactile, vous devez troquer la productivité contre la précision. Encore une fois, à l'ère de la découpe au laser à fibre, cela peut sembler toute une vie, mais travailler avec des tubes n'est pas aussi simple que de travailler avec de la tôle.

Pour combler le vide temporel en matière de vérification des tubes, certains fabricants de machines utilisent des caméras pour ces vérifications. Ils réduisent le contrôle de qualité à environ une demi-seconde et réduisent également le nombre de rotations nécessaires. Cela permet à la machine de conserver sa productivité ainsi que sa précision.

Les lasers à fibre ne nécessitent pratiquement aucun entretien, démontrent une efficacité de prise murale supérieure par rapport aux machines de découpe laser CO2 traditionnelles, peuvent couper des matériaux réfléchissants et offrent une coupe précise. Ils sont également plus rapides que les machines à CO2 lors de la coupe de certaines épaisseurs de métal. Cependant, la vitesse est relative lorsqu'il s'agit de couper un tube. Le gain de temps réel provient de l'accélération du temps de traitement du tube et de la production de pièces finies.

Robert Adelman est responsable des produits laser pour l'Amérique du Nord, BLM Group USA Corp., 46850 Cartier Drive, Novi, MI 48377, 248-560-0080, www.blmgroup.com.