Table des Matières
Les Métaux, avec leur aspect brillant et leurs propriétés ductiles, occupent une position irremplaçable dans les domaines de l'artisanat et de la bijouterie. Alimentés par la technologie moderne, les matériaux métalliques deviennent progressivement le centre de recherche et d'application dans la technologie de découpe au laser. Machines de découpe laser permettent une précision et une efficacité sans précédent dans le traitement de divers métaux, ouvrant de nouvelles possibilités. Cet article explore les effets de la technologie de découpe au laser sur les métaux courants et met l'accent sur les considérations de sécurité lors de l'utilisation.
Principes de la Découpe au Laser pour les Matériaux Métalliques
Les principes de la découpe au laser des matériaux métalliques impliquent des interactions complexes entre le métal et la lumière. Lorsqu'un faisceau laser de 1064 nm irradie la surface du métal, il présente une série de caractéristiques remarquables en réponse à l'interaction avec les ondes lumineuses.
Initialement, les métaux ont un faible taux d'absorption de 0,5 % à 10 % pour cette longueur d'onde, permettant au laser de pénétrer le matériau sans causer de dommages à la surface. Cependant, lorsque le faisceau laser se concentre sur la surface du métal, formant un point avec une densité de puissance élevée, la surface génère rapidement de l'énergie thermique. Ce processus se produit en quelques microsecondes, déclenchant une réaction instantanée du métal.
Les métaux à l'état fondu pendant ce processus montrent une augmentation significative du taux d'absorption, jusqu'à 60 % à 80 %. Ce changement abrupt entraîne la fusion de la surface métallique, formant un état liquide. Dans la découpe au laser, le faisceau laser de haute densité balaie la surface métallique, chauffant rapidement le matériau à des températures allant de plusieurs milliers à plus de dix mille degrés Celsius. La chaleur intense fait fondre ou vaporiser le matériau métallique, créant une zone fondue ou vaporisée.
Pour obtenir une découpe précise, un gaz haute pression est introduit dans la zone affectée par le laser. Le rôle de ces gaz est d'expulser les substances métalliques fondues ou vaporisées de l'espace de coupe. La force d'écoulement de ces gaz haute pression aide à éliminer les résidus métalliques fondus et à éloigner rapidement les substances vaporisées, réalisant une découpe propre et précise. La technologie de découpe au laser, avec sa capacité de contrôle élevée et ses caractéristiques de chauffage rapide, trouve de nombreuses applications dans le domaine du traitement des métaux, ouvrant de nouvelles possibilités pour l'industrie manufacturière.
7 Métaux Courants que les Machines de Découpe au Laser Peuvent Traiter
La technologie de découpe au laser est largement appliquée pour traiter à la fois les matériaux métalliques et non métalliques, réduisant le temps de traitement, abaissant les coûts et améliorant la qualité des pièces. La section suivante analyse les effets de traitement des machines de découpe au laser sur plusieurs métaux courants.
Acier au Carbone
Les systèmes de découpe au laser modernes peuvent couper des plaques d'acier au carbone d'une épaisseur allant jusqu'à 20 mm, voire plus épaisses. Les machines de découpe au laser assistées par oxygène peuvent contrôler les coutures de coupe à une largeur satisfaisante, obtenant des coutures aussi étroites que d'environ 0,01 mm pour les plaques minces.
Acier Inoxydable
Les machines de découpe au laser à fibre servent d'outils efficaces pour l'industrie manufacturière. En contrôlant strictement l'apport de chaleur pendant le processus de découpe au laser, la zone affectée par la chaleur peut être minimisée, préservant l'excellente résistance à la corrosion de l'acier inoxydable.
Titane et Alliages de Titane
Le titane pur se couple efficacement avec les faisceaux laser focalisés, aidant à une découpe rapide lors de l'utilisation de l'oxygène comme gaz auxiliaire. Cependant, l'utilisation de l'air comme gaz auxiliaire est plus sûre pour prévenir l'oxydation sur les bords de coupe.
Aluminium et Alliages d'Aluminium
La découpe de l'aluminium implique un processus de fusion, le gaz auxiliaire étant principalement utilisé pour éloigner les produits fondus de la zone de coupe. En général, une bonne qualité de surface de coupe peut être obtenue. Pour certains alliages d'aluminium, des précautions sont nécessaires pour éviter la formation de microfissures intergranulaires sur la surface de coupe.
Cuivre et Alliages de Cuivre
Le cuivre pur (cuivre rouge) ne peut pas être coupé avec un faisceau laser CO2 en raison de sa haute réflectivité. Des machines de découpe au laser à fibre avec des capacités anti-réflexion spécifiques sont nécessaires. Le laiton (alliage de cuivre) peut être coupé avec des machines de découpe au laser haute puissance, en utilisant de l'air ou de l'oxygène comme gaz auxiliaire pour couper des feuilles minces.
Alliages de Nickel
La plupart des alliages de nickel peuvent subir une découpe par fusion-oxydation. Ils présentent d'excellentes propriétés mécaniques, physiques et chimiques, trouvant de nombreuses applications dans le développement énergétique, l'industrie chimique, l'électronique, la navigation, l'aviation et l'aérospatiale.
Aciers Alliés
La plupart des aciers alliés structuraux et des aciers à outils alliés peuvent obtenir une bonne qualité de bord de coupe avec la découpe au laser. Même les matériaux de haute résistance peuvent produire des bords de coupe droits et sans laitier si les paramètres du processus sont bien contrôlés. Cependant, les aciers à outils à haute teneur en tungstène et les aciers à outils à chaud peuvent fondre et former des laitiers lors de la découpe au laser.
Avec le développement rapide de l'industrie du laser, les technologies et produits connexes deviennent de plus en plus matures. Dans le domaine des machines de découpe au laser, les machines de découpe au laser à fibre, avec leurs coûts de maintenance réduits et leur haute qualité de coupe, offrent une rentabilité supérieure par rapport aux machines de découpe au laser YAG et CO2. Elles gagnent ainsi plus de parts de marché.
Évaluation de la Qualité des Machines de Découpe au Laser pour Métaux
Lors de l'utilisation d'une machine de découpe au laser pour métaux, l'évaluation de la qualité de l'usinage implique plusieurs points clés :
Surface de Coupe Lisse, Moins de Motifs et Pas de Fracture Cassante
Lors de la découpe au laser d'une feuille à haute température, des traces de matériau fondu ne doivent pas apparaître sous le faisceau laser vertical, mais plutôt être expulsées à l'arrière du faisceau laser. Pour corriger cela, réduisez la vitesse d'avance à la fin du processus de découpe pour éliminer la formation de motifs.
Largeur de Couture de Coupe Étroite
Généralement, la largeur de coupe n'affecte pas la qualité de la découpe, sauf lors de la création de contours particulièrement précis à l'intérieur des composants. La largeur de coupe détermine le diamètre intérieur minimum des contours, et à mesure que l'épaisseur de la feuille augmente, la largeur de coupe augmente également. Par conséquent, pour garantir une précision élevée et constante, la zone de travail de la machine de découpe au laser doit rester constante, quel que soit la largeur de coupe.
Bonne Verticalité de la Couture de Coupe, Petite Zone Affectée par la Chaleur
La verticalité du bord de coupe devient cruciale lors du traitement de matériaux plus épais que 18 mm. À mesure que le faisceau laser s'éloigne du foyer, il se diverge, ce qui fait que la coupe s'élargit vers le haut ou vers le bas, en fonction de la position du foyer. Un écart du bord de coupe par rapport à la ligne verticale de quelques millimètres entraîne une moins bonne verticalité, ce qui affecte la qualité de la découpe.
Effets Thermiques sur les Matériaux Coupés
En tant qu'outil de traitement thermique, la machine de découpe au laser pour métaux provoque inévitablement des effets thermiques sur les matériaux, reflétés dans trois aspects :
- Zone affectée par la chaleur : La zone près de la coupe qui est chauffée pendant la découpe au laser.
- Concavités et corrosion : Affectent négativement la surface du bord de coupe, impactant l'apparence de la machine de découpe au laser.
- Déformation des matériaux : Si la découpe provoque une augmentation rapide de la température, cela peut entraîner une déformation. Dans les traitements fins, cela est crucial, car les contours et les pièces de liaison sont généralement de seulement quelques millimètres de large. Contrôler la puissance du laser et utiliser des impulsions laser courtes peut réduire le chauffage des composants et prévenir la déformation.
Considérations de Sécurité lors de l'Utilisation des Machines de Découpe au Laser pour Métaux
Dans le monde contemporain de la fabrication industrielle, les machines de découpe au laser pour métaux deviennent peu à peu courantes. Avec leurs avantages en termes d'efficacité élevée, de flexibilité et de faible pollution, elles trouvent de nombreuses applications dans diverses industries, notamment dans le traitement des matériaux métalliques, apportant des avantages plus élevés à de nombreux fabricants de traitement de métaux. Cependant, les utilisateurs peuvent rencontrer des problèmes de sécurité lors de l'exploitation des machines de découpe au laser pour métaux, certains en raison d'une utilisation incorrecte et d'autres résultant d'une compréhension insuffisante de la machine. Ces problèmes présentent des risques importants, soulignant l'importance de la prévention précoce. Explorons comment les utilisateurs peuvent protéger leur sécurité lors de l'utilisation de machines de découpe au laser pour métaux.
Dix Principaux Points de Sécurité pour l'Utilisation des Machines de Découpe au Laser pour Métaux :
Formation des Opérateurs
Les opérateurs doivent suivre une formation pour se familiariser avec la structure et les performances de l'équipement tout en acquérant des connaissances sur le système d'exploitation.
Manipulation des Matériaux
Évitez de traiter des matériaux pouvant potentiellement produire de la fumée et des vapeurs avant une irradiation laser explicite ou un chauffage pour prévenir les dangers potentiels.
Supervision Continue
Les opérateurs ne doivent pas laisser la machine sans surveillance lors du démarrage. Si nécessaire de partir, arrêtez la machine ou éteignez l'interrupteur d'alimentation.
Conformité aux Normes de Sécurité
Respectez les normes de performance de sécurité universelles des machines de découpe. Démarrez le laser selon la procédure de démarrage laser spécifiée.
Prévention des Incendies
Placez des extincteurs dans des endroits facilement accessibles. Lorsqu'elle n'est pas en fonctionnement, fermez le laser ou l'obturateur. Évitez de placer des matériaux combustibles tels que du papier, du tissu ou d'autres matériaux inflammables près du faisceau laser non protégé.
Précautions de Traitement des Matériaux
Évitez de traiter des matériaux pouvant potentiellement produire de la fumée et des vapeurs avant une irradiation laser explicite ou un chauffage pour prévenir les dangers potentiels.
Réponse Immédiate aux Anomalies
Si des anomalies sont détectées pendant le traitement, arrêtez immédiatement la machine et rectifiez la défaillance ou signalez immédiatement au superviseur.
Équipement de Protection Individuelle
Portez un équipement de protection individuelle au besoin et portez des lunettes de sécurité laser compatibles près du faisceau laser.
Précautions de Manipulation des Cylindres
Lors de l'utilisation de bouteilles de gaz, évitez de endommager le fil de soudage pour éviter les accidents de fuite. L'utilisation et le transport des bouteilles doivent être conformes aux réglementations sur les bouteilles. Interdisez l'exposition des bouteilles de gaz explosifs au soleil ou à une source de chaleur. Lors de l'ouverture du robinet de la bouteille, l'opérateur doit se tenir à côté de l'embouchure de la bouteille.
Sécurité de la Maintenance
Respectez les réglementations de sécurité à haute pression pendant la maintenance. Selon les normes et les procédures, les machines de découpe au laser pour métaux doivent subir une maintenance toutes les 40 heures de fonctionnement ou chaque semaine et une maintenance majeure toutes les 1000 heures de fonctionnement ou tous les six mois. Après avoir allumé l'alimentation de la machine, ouvrez-la manuellement à basse vitesse dans les directions X et Y et vérifiez les anomalies.
Conclusion
Dans la vague actuelle de fabrication industrielle, les machines de découpe au laser pour métaux, en tant que technologie avant-gardiste, offrent commodité et efficacité dans la production dans différents secteurs. Cependant, le progrès technologique doit aller de pair avec une utilisation sûre. En améliorant la compréhension des machines de découpe au laser pour métaux, en les exploitant de manière rationnelle et en gardant à l'esprit les points de sécurité, nous pouvons mieux explorer le potentiel de cette technologie et stimuler le progrès dans l'industrie manufacturière. À l'avenir, avec le développement continu de la technologie laser, les machines de découpe au laser pour métaux joueront sans aucun doute un rôle de plus en plus important dans l'innovation et la production, injectant ainsi un nouvel élan dans le développement des divers secteurs industriels.
