Nozzle and Gas Pressure
La buse est une pointe conique munie d'un canal qui guide le faisceau laser. Le diamètre de l'orifice de la buse dépend de l'épaisseur et de la densité du matériau à usiner.
Le contact du capteur capacitif se ferme directement sur la buse (généralement via un isolateur en céramique). Le capteur génère les signaux qui maintiennent la distance (standoff) imposée entre la buse et la pièce pendant l'opération.
Matériaux des buses
Les buses sont en cuivre, qui dissipe bien la chaleur et conserve ses propriétés capacitives à haute température. Elles reçoivent souvent un revêtement chromé qui empêche les gouttes de métal incandescent — chassées de la zone de coupe — d'adhérer à la surface de la buse. L'adhérence rompt la distance optimale entre la buse et la pièce ; c'est pourquoi les buses non chromées doivent être remplacées plus souvent.
Types de construction de buses
- Buses simples (monocouche) : utilisées pour l'amenée d'azote et de gaz inertes lors de la découpe d'aciers inoxydables et d'autres aciers fortement alliés, d'aluminium, de titane, de zinc, de laiton.
- Buses doubles (bicouche) : utilisées pour la découpe à l'oxygène d'aciers faiblement alliés. À l'intérieur se trouve un insert qui amène deux gaz différents. Le flux interne est de l'oxygène pur (99,999 %) ; le flux externe protège le jet d'oxygène de l'air atmosphérique. Cette protection est nécessaire car les impuretés de l'air modifient les paramètres de combustion et donc les performances de la machine.
Choix du diamètre de l'orifice
On choisit les buses de manière inversement proportionnelle à la pression de gaz utilisée.
Le diamètre de l'orifice de sortie est choisi selon l'épaisseur du métal à couper. Plus l'épaisseur augmente, plus le diamètre de l'orifice augmente.
Ce diamètre influe également sur la section, la vitesse et la forme du jet de gaz. Plus il est grand, plus ces valeurs sont élevées, plus l'évacuation du métal fondu est efficace et plus la coupe est rapide.
Il est inutile de citer des chiffres précis (diamètre de buse) : dans chaque cas, les valeurs dépendent de la puissance, de la distance focale, du standoff et d'autres paramètres.
La moindre entrée d'air atmosphérique ou d'autres gaz modifie les paramètres de combustion et donc les performances de la machine. C'est pourquoi la couche externe de gaz joue le rôle d'une "gaine" protectrice pour la colonne interne.
Fonctions de la buse
Lorsque l'orifice est correctement centré par rapport au faisceau laser, la buse remplit les fonctions suivantes :
- Protège la lentille des poussières, des projections et des autres impuretés ; dirige le faisceau précisément sur la zone de coupe.
- Amène le gaz d'assistance à la zone de coupe avec un débit réglable. Cela améliore la qualité des bords et empêche la formation de bourrelets.
- Garantit la coaxialité du jet de gaz et du faisceau laser.
- Chasse de la zone de coupe la matière fondue, formée lorsque le faisceau porte le métal à sa température de fusion.
- Avec l'oxygène, une réaction d'oxydation se produit avec le métal chauffé par le laser. La chaleur dégagée élève la température dans la zone de coupe, ce qui permet d'augmenter la vitesse de coupe et l'épaisseur de la tôle découpable.
- L'azote et les gaz inertes (argon, hélium) chassent l'air atmosphérique (qui contient de l'oxygène) de la zone de coupe, évitant ainsi l'oxydation du matériau. Les bords restent propres et lisses : pas besoin d'ébavurer mécaniquement les scories.
- Refroidit les bords de coupe et prévient les déformations thermiques du matériau.
Certaines versions sont chromées ; ce revêtement empêche l'adhérence des gouttes de métal fondu chassées de la zone de coupe.
La buse est un consommable de la machine laser. Elle fait partie de la tête de coupe et évite l'oxydation rapide ou le brûlage des surfaces chauffées.
Gaz d'assistance
Le gaz d'assistance est pulvérisé coaxialement au faisceau laser pour protéger la lentille des salissures et des projections incandescentes ; dans certains cas — s'il s'agit d'oxygène — pour réagir avec le métal et chasser les scories fondues dans la partie inférieure de la zone de coupe ; avec l'acier inoxydable, pour refroidir le métal et l'expulser.
Pression de gaz
La pression du gaz d'assistance détermine l'efficacité de l'évacuation des scories et influe donc directement sur la qualité finale de la découpe laser.
Chaque métal exige une pression de gaz optimale différente. Si la pression est trop basse, le matériau fondu n'est pas évacué à temps et adhère au dos du bord de coupe.
Si elle est trop élevée, elle affaiblit la capacité de coupe du faisceau laser : le kerf devient plus large et plus rugueux.
Effet du gaz d'assistance sur le perçage (piercing)
- À basse pression de gaz, le perçage est plus difficile et le temps d'opération augmente.
- À pression de gaz excessive, le point de pénétration fond trop et il se forme une grande tache de fusion.
C'est pourquoi la pression de gaz au perçage est plus élevée sur tôle fine que sur tôle épaisse.
Géométrie de la buse
La pression de gaz et la distance du métal à la buse (standoff) sont des facteurs très importants en découpe laser — ils influent sur la qualité de coupe.
Les fluctuations du gradient de pression et de la force latérale sur le front de coupe nuisent à l'évacuation des scories par le jet de gaz, ce qui dégrade la qualité de coupe.
Contrôlez la géométrie de la buse plusieurs fois par jour ; en cas de déformation, remplacez-la immédiatement. Rappel : la buse est un consommable.
Types de buses
- Type A "Jupe". Pointe standard à cône tronqué. Son nom vient de la ressemblance visuelle avec une jupe. Mal adaptée à la découpe de contours rapprochés (elle monte sur le bord voisin). Avantage : le capteur dispose de beaucoup plus de temps pour empêcher une collision éventuelle de la buse avec le bord de coupe.
- Type B "Sombrero". Son nom vient de la ressemblance avec le chapeau mexicain. La partie conique est plus haute, avec des angles latéraux faibles. Excellente pour la découpe de contours rapprochés (ne monte pas sur le bord voisin). Inconvénient : le capteur dispose de beaucoup moins de temps pour réagir et empêcher une collision, ce qui peut endommager le revêtement ou l'anneau céramique.
- Type C "Sombrero-parabole" (demi-sombrero), haute vitesse. Sombrero à parois paraboliques — modification de la forme sombrero dont la géométrie permet de "contourner" les obstacles en douceur et d'éviter la collision avec le bord. Les buses haute vitesse sont un compromis entre buses classiques et sombrero. Le profil parabolique laisse au capteur capacitif plus de temps de réaction. Comme le sombrero, elles permettent de couper des pièces aux contours rapprochés, mais s'en sortent moins bien sur ce point.
- Type D "Sombrero-flèche". Buse à sommet arrondi, adaptée aux pièces jusqu'à 0,3 mm d'épaisseur. À la différence de la version à tête plate, ce type n'entraîne pas la tôle sur les premiers millimètres après le retrait de la tête : la précision de coupe est préservée. La forme empêche la tôle de "coller" à la buse lors de la remontée de la tête laser.
Les buses de type sombrero sont principalement utilisées sur les machines de plus de 4 kW. La pression du gain de matière en généralise cependant l'usage aux machines de plus de 1 kW.
Face d'assise de la buse
Pour tous les types ci-dessus, la face d'assise peut, en coupe, être hexagonale ou ronde. Les modèles hexagonaux peuvent être utilisés sur les machines à changeur automatique de buses. Sans automatisation, l'une comme l'autre conviennent.
Il est important de comprendre que chaque forme a ses avantages et ses inconvénients.
L'emploi d'une buse au bon profil évite d'endommager la céramique, le déplacement de la tôle, la perte d'efficacité et la dégradation de la qualité de coupe.
Marques populaires
- WSX — équivalent chinois de la pièce du fabricant allemand Precitec (Light Cutter). Compatible avec la plupart des têtes de coupe. Matériau : cuivre de haute qualité. Disponible en versions simple et double couche.
- Raytools. Buses renforcées. Différentes tailles selon l'application. Non compatibles avec les têtes IPG Precitec.
- Unimach. Buses d'un fabricant russe. Conçues pour une pression de gaz élevée. Matériau : alliage de cuivre avec revêtement chromé. Soufflage d'air pour refroidissement.
- Tag. Buses cylindriques en cuivre. Application : découpe laser manuelle de l'acier au carbone, de l'inox et de l'aluminium.
- IPG Photonic — pièce conique en cuivre avec revêtement chromé et pointe acérée. Haute précision. Pour découpe standard et microdécoupe. Compatible avec les têtes Precitec, WSX et autres.
- Bodor. Buses simple et double couche, chromées ou non. Haute précision du laser et du gaz. Longue durée de vie.