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Problèmes courants dans la découpe au laser et leur solution

La découpe laser devient peu à peu une pierre angulaire de l’industrie de la transformation des métaux. Contrairement à l’usinage classique, elle présente de nombreux avantages. Cependant, le réglage correct d’une machine de découpe laser nécessite quelques connaissances. Les différents métaux ont des propriétés différentes. L’aluminium réagit très différemment de l’acier doux. La tôle est très différente des pièces en 3D.

L’opérateur doit donc disposer de quelques connaissances afin d’ajuster si la coupe n’est pas celle attendue. Dans cet article, nous allons aborder les problèmes les plus courants de la découpe laser et leurs solutions. Nous divisons ces problèmes en deux groupes : les problèmes s’il y a une coupure et les problèmes si le faisceau laser ne coupe pas (ou pas suffisamment) le matériau.

Si vous n’êtes pas familier avec la terminologie utilisée, veuillez lire cet article, dans lequel nous expliquons les termes et les principes les plus courants de la découpe laser :

Tout ce que vous devez savoir sur la découpe des métaux avec des lasers de forte puissance

Qualité de coupe à différents paramètres de processus.

Tout d’abord, il est important de savoir quels paramètres du processus influencent la qualité de la coupe et ce à quoi vous pouvez vous attendre si ce paramètre est réglé trop haut ou trop bas. C’est la première étape pour vous mettre sur la voie de la résolution de votre problème.

Puissance du laser

Si la puissance de votre laser est réglée trop haut, vous le remarquerez tout d’abord par une augmentation de la largeur de coupe. Vous souffrirez de bavures, de conicité et vous verrez des stries ondulées (striations) dans la coupe.

Si la puissance est trop faible, la largeur de coupe diminuera ou il n’y aura pas de coupe du tout.

Vitesse de coupe

Si vous réglez votre vitesse de coupe trop élevée, le faisceau laser n’aura pas le temps de faire son travail. Vous constaterez une diminution de la largeur de coupe et une augmentation de la rugosité (stries). Parfois, il n’y a pas de coupe du tout.

Si la vitesse de coupe est trop faible, vous verrez à nouveau une augmentation de la largeur de coupe et il y aura formation de bavures et conicité.

Position focale

La position de la mise au point est également importante lors de la découpe. S’il est trop élevé, vous verrez une réduction de la largeur de la coupe ou pas de coupe du tout. La rugosité augmentera également. Si la position de mise au point est trop basse, il y a formation de bavures et conicité. La largeur de la lame augmente.

Gaz de coupe sous pression

Si la pression de votre gaz de coupe est beaucoup trop élevée, vous aurez des stries profondes (striations) sur la surface de coupe. Une coupe large et/ou brûlée sur la face inférieure est l’une des caractéristiques les plus importantes. Si la pression du gaz de coupe est trop faible, le matériau coupé n’est pas évacué correctement, ce qui entraîne la formation de bavures. Parfois, il n’y a pas de coupe.

Distance entre les plaques de buse

Si la distance entre la buse et la plaque est trop élevée, il y a formation de bavures. En revanche, s’il est trop faible, il en résultera un niveau élevé de rugosité (stries profondes).

Diamètre de l’ouverture de la buse

Si le diamètre est trop élevé, vous obtenez la formation de bavures et une consommation de gaz très élevée. Si le diamètre est trop petit, l’alignement de la buse sur le faisceau laser devient plus difficile. Cela peut entraîner une expulsion insuffisante du gaz fondu. Cela se traduit parfois par l’absence de coupe.

Problèmes en cas de coupure

Largeur de coupe trop importante

Si la largeur de coupe est trop importante, il y aura généralement aussi des bavures. Dans ce cas, assurez-vous de vérifier les points suivants :

  • La position de la mise au point est-elle optimale ? Si le point focal est placé trop profondément sous la surface du produit, la largeur de coupe en haut sera trop importante. Si le point focal est placé trop haut au-dessus de la surface du produit, la largeur de coupe en bas sera trop importante.
  • La puissance moyenne du laser n’est-elle pas trop élevée ?
  • La vitesse de coupe n’est-elle pas trop faible ?

La coupe est en angle par rapport à la surface

Dans ce cas, vous devez examiner de près l’alignement du faisceau laser avec l’optique de focalisation. Il doit être aligné coaxialement. Si un laser cible est utilisé pour vérifier cela, assurez-vous qu’il est aligné coaxialement avec le faisceau laser.

Trop de bavures

Si vous remarquez qu’il y a trop de bavures, vérifiez d’abord les points ci-dessus. Une largeur de coupe trop importante entraîne très souvent des bavures. Si ce n’est pas le cas, le problème est probablement dû à votre gaz de coupe, qui n’expulse pas suffisamment le métal en fusion. Vérifiez les paramètres suivants :

  • La pression de coupe est trop élevée ou trop basse ? Vérifiez la pression de la bouteille et le réglage du régulateur de pression (réducteur de pression). Vérifiez s’il y a une fuite dans les tuyaux ou les tubes de gaz. Le soudage au laser produit souvent des éclaboussures et des étincelles, qui peuvent toujours causer des dommages. Vérifiez également que les raccords ne sont pas desserrés.
  • La distance buse-plaque est trop grande ? En conséquence, il n’y a pas assez de gaz qui est soufflé à travers la coupe et une bavure est créée.
  • Diamètre de la buse trop grand (ou trop grand en raison de l’usure). Par conséquent, le gaz n’est pas soufflé avec suffisamment de précision dans la coupe. Une grande quantité de gaz est ainsi perdue.

Bavure irrégulière (sur un côté de la coupe)

Si vous n’avez des bavures que d’un côté de la coupe, elles changeront généralement aussi de côté si le sens de la coupe change. Vérifiez les paramètres suivants :

  • Le faisceau laser est mal aligné avec l’ouverture de la buse ?
  • Vérifiez si l’ouverture de la buse est partiellement obstruée (ou bloquée) par des éclaboussures ou d’autres débris.
  • L’orifice de la buse est-il endommagé ? Les collisions avec les pièces à usiner ou les dispositifs de fixation peuvent endommager l’ouverture de la buse ou provoquer un mauvais alignement des faisceaux laser.
  • La distribution de l’intensité du faisceau laser est-elle symétrique ?

Bord de coupe trop rugueux (stries profondes)

Un bord de coupe trop rugueux est généralement caractérisé par des stries profondes. Ceux-ci se produisent lorsque le métal en fusion est forcé de sortir de la coupe par un flux de gaz trop turbulent. Cela crée des surfaces de travail et conduit à la formation de stries. Vérifiez les points suivants :

  • La pression du gaz est-elle trop élevée ?
  • La distance entre la buse et la plaque est trop faible ?

Combustion de la coupe

S’il y a trop d’oxygène qui réagit avec le métal fondu, la coupe brûle. Vérifiez les points suivants :

  • Une pression de gaz trop élevée ? Si vous utilisez un gaz non réactif, une trop grande quantité d’oxygène peut quand même être aspirée dans la coupe à partir de l’environnement, car le débit élevé du gaz provoque des turbulences. Baissez la pression de votre gaz.
  • La vitesse de coupe est-elle trop faible ? Dans ce cas, le métal en fusion est exposé à l’oxygène pendant trop longtemps.

Problèmes liés à l’absence de coupe

Si aucune coupe n’est effectuée, il convient de vérifier certains points généraux ainsi que certains aspects du transport de la botte.

Points de contrôle généraux

  • Puissance laser trop faible (moyenne) ? Cela signifie qu’il n’y a pas assez d’énergie pour générer une coupe à une vitesse de soudage donnée. La puissance du laser peut être mal réglée, mais elle peut aussi être réduite par la contamination du gaz dans le résonateur (laser CO2), l’usure des lampes et des diodes (laser à fibre ou laser Nd:YAG), un alignement incorrect ou la contamination ou l’usure des éléments optiques dans le résonateur. Vérifiez la puissance laser émise à l’aide d’un wattmètre.
  • La vitesse de coupe est trop élevée ? Cela signifie qu’il n’y a pas assez d’énergie disponible pour la découpe à une puissance laser donnée.
  • Une position de mise au point non optimale. Si le point focal est positionné trop profondément en dessous ou trop haut au-dessus de la surface du produit, le diamètre du point laser sur la surface du produit sera trop grand. En conséquence, l’intensité du laser sera trop faible pour faire fondre le matériau. Si l’optique de mise au point vient d’être remplacée, il peut être nécessaire de déterminer à nouveau la position optimale de mise au point.
  • La longueur focale en combinaison avec l’optique appropriée. Les optiques dont la distance focale est trop longue donnent lieu à une mise au point trop importante. Il est alors recommandé d’utiliser un autre objectif à courte distance focale pour déterminer la position optimale de la mise au point.

Points de contrôle pour le transport des paquets

Le faisceau laser est transporté par des miroirs ou des fibres de verre vers l’optique de focalisation. Des erreurs dans ce transport peuvent entraîner une perte de puissance et provoquer une coupure. Vérifiez les points suivants :

  • Les miroirs sont-ils propres ? Vérifiez également le débit du déflecteur de gaz et des filtres de ces miroirs s’ils sont présents.
  • Le faisceau laser a-t-il un chemin libre entre la source et l’optique ? Si le faisceau heurte le blindage du faisceau quelque part, vous obtenez une combustion en mode incomplet ou une combustion en mode avec des motifs d’interférence.
  • Le laser cible est-il aligné avec le faisceau laser ? Les deux faisceaux sont-ils centrés sur les miroirs du système de transport du faisceau et de l’optique de focalisation ?
  • La puissance du laser est-elle correctement couplée dans la fibre de verre (voir figure 2.8) ? Comparez la puissance laser réglée avec la puissance (mesurée) qui quitte la fibre. Cette dernière ne doit pas être inférieure à environ 90% de la puissance laser réglée.

Problèmes liés à une coupe insuffisante

Points de contrôle généraux

  • La distance entre la buse et la plaque est-elle constante sur toute la longueur du contour de coupe ? Ceci peut être vérifié en utilisant des plaques de distance entre la buse et le produit. Mesurez à différents endroits le long du contour. Si votre système est équipé d’un capteur de distance, vérifiez le réglage.
  • Vérifiez si des obstacles bloquent le faisceau laser. Des pinces ou des parties du produit lui-même peuvent être gênantes. Coller un morceau de ruban adhésif sur un obstacle suspect et rechercher des traces de brûlure est le moyen le plus simple d’en être sûr.

Points de contrôle pour le transport et la mise au point des paquets

  • Si la qualité de la coupe diminue depuis plusieurs jours ou semaines, cela peut être dû à une focalisation thermique de l’objectif. Vérifiez si la durée de vie de l’objectif a (presque) été dépassée. Y a-t-il un raccourcissement apparent de la distance focale ? Vous pouvez faire une combustion en mode pour vérifier et comparer avec les attentes. Vérifiez également l’état du résonateur (pureté du gaz dans le laser CO2, qualité de l’eau de refroidissement, etc.)
  • Le refroidissement du système de transport du faisceau et de l’optique de focalisation est-il adéquat ? Le boîtier de l’optique et l’eau de refroidissement ne doivent pas être plus chauds que la main.
  • Vérifiez l’optique. Est-il sale ou endommagé (rayures et/ou bosses). Est-il exempt de saleté (éclaboussures, suie) ? Si l’optique est sale, l’énergie du laser est absente et la lentille s’échauffe. Cela entraîne un raccourcissement apparent de la distance focale. Ceci est particulièrement important lorsque vous utilisez des objectifs à courte distance focale.

Nous avons abordé ici les problèmes les plus courants de la découpe laser. Mais peut-être que le problème ne vient pas du tout de votre machine. C’est peut-être le matériau que vous souhaitez couper. Par conséquent, consultez également l’article suivant sur les propriétés des différents métaux et leur incidence sur le processus de découpe au laser.

Quelles sont les propriétés du métal qui influencent le processus de découpe au laser ?