Nozzle and Gas Pressure
O bico é uma ponta cônica com um canal que direciona o feixe laser. O diâmetro do orifício do bico depende da espessura e da densidade do material processado.
O contato do sensor capacitivo se fecha diretamente sobre o bico (geralmente por meio de um isolador cerâmico). O sensor gera os sinais que mantêm a distância (standoff) prescrita entre o bico e a peça durante o trabalho.
Materiais dos bicos
Os bicos são feitos de cobre, que dissipa bem o calor e mantém suas propriedades capacitivas em altas temperaturas. Costumam receber um revestimento de cromo, que impede que gotas de metal incandescente, expulsas da zona de corte, grudem na superfície do bico. Quando aderem, a distância ótima entre o bico e a peça se perde — por isso bicos sem revestimento de cromo precisam ser trocados com mais frequência.
Tipos construtivos de bicos
- Bicos simples (camada única) são usados para fornecer nitrogênio e gases inertes no corte de aços inoxidáveis e outros aços de alta liga, alumínio, titânio, zinco e latão.
- Bicos duplos (camada dupla) são usados no corte com oxigênio de aços de baixa liga. Dentro do bico há um inserto que conduz dois gases diferentes. O fluxo interno é oxigênio puro (99,999 %), e o fluxo externo protege o jato de oxigênio do ar atmosférico. A proteção é necessária porque as impurezas do ar alteram os parâmetros de combustão e, consequentemente, o desempenho da máquina.
Escolha do diâmetro do orifício
Os bicos são selecionados de forma inversamente proporcional à pressão de gás utilizada.
O diâmetro do orifício de saída é escolhido em função da espessura do metal a cortar. Quanto maior a espessura, maior o diâmetro do orifício.
O diâmetro também influencia a seção, a velocidade e a forma do fluxo de gás. Quanto maior o diâmetro, maiores esses valores, mais eficientemente o material fundido é removido e mais rápido é o corte.
Não faz sentido citar valores específicos (diâmetro do bico), pois em cada caso os valores são determinados pela potência, pela distância focal, pelo standoff e por outros parâmetros.
A menor entrada de ar atmosférico ou de outros gases altera os parâmetros de combustão e, com isso, o desempenho da máquina. Por isso a camada externa de gás atua como uma "blindagem" protetora para a coluna interna de gás.
Funções do bico
Com o orifício corretamente centralizado em relação ao feixe laser, o bico cumpre as seguintes funções:
- Protege a lente contra poeira, respingos e outras impurezas; direciona o feixe laser para a área de corte definida.
- Conduz o gás de assistência até a zona de corte com vazão regulada. Isso melhora a qualidade das arestas e evita a formação de rebarbas.
- Garante a coaxialidade entre o jato de gás e o feixe laser.
- Expulsa da zona de corte o material fundido formado quando o feixe aquece o metal até o ponto de fusão.
- Com oxigênio, ocorre uma reação de oxidação com o metal aquecido pelo laser. O calor liberado eleva a temperatura na zona de corte, aumentando a velocidade de corte e a espessura cortada.
- Nitrogênio e gases inertes (argônio, hélio) expulsam o ar atmosférico (que contém oxigênio) da zona de corte, evitando a oxidação do material. As arestas ficam limpas e lisas, dispensando o descascamento mecânico de óxidos.
- Resfria as arestas de corte, impedindo deformações térmicas do material.
Algumas versões são cromadas; a função do revestimento é impedir a aderência das gotas de fundido expulsas da zona de corte.
O bico é um item de consumo da máquina laser. Faz parte da cabeça de corte e evita a oxidação rápida ou o chamuscamento das superfícies aquecidas.
Gás de assistência
O gás de assistência é pulverizado coaxialmente ao feixe laser para proteger a lente da contaminação e dos respingos incandescentes; em alguns casos — quando é oxigênio — para reagir com o metal e soprar a escória fundida da parte inferior da zona de corte; com aço inoxidável, para resfriar o metal e expulsá-lo.
Pressão de gás
A pressão do gás de assistência determina a eficácia da expulsão da escória e, portanto, influencia diretamente a qualidade final do corte a laser.
Cada metal exige uma pressão de gás ótima diferente. Se a pressão for muito baixa, o material fundido não é expulso a tempo e adere à face traseira da aresta de corte.
Se for muito alta, enfraquece a capacidade de corte do feixe laser, deixando o kerf mais largo e rugoso.
Efeito do gás de assistência sobre a perfuração (piercing)
- Com pressão baixa, perfurar fica mais difícil e o tempo de operação aumenta.
- Com pressão excessivamente alta, o ponto de penetração funde demais e se forma uma grande mancha de fusão.
Por isso, a pressão de gás na perfuração de chapa fina é maior do que na chapa grossa.
Geometria do bico
A pressão de gás e a distância do metal ao bico (standoff) são fatores muito importantes no corte a laser — afetam a qualidade.
Oscilações no gradiente de pressão e na força lateral sobre a frente de corte prejudicam a remoção da escória pelo jato de gás, deteriorando a qualidade do corte.
Verifique a geometria do bico algumas vezes ao dia; se houver deformação, substitua o bico imediatamente. Lembrete: o bico é um consumível.
Tipos de bicos
- Tipo A "Saia". Ponta padrão com cone truncado. Nome derivado da semelhança com uma saia. Pouco indicado para cortar contornos próximos entre si (sobe sobre a aresta vizinha). A vantagem é que o sensor tem muito mais tempo para evitar a colisão do bico com a aresta de corte.
- Tipo B "Sombrero". Nome derivado da semelhança com o chapéu mexicano. A parte cônica é mais alta, com ângulos suaves nas laterais. Excelente para cortar contornos próximos (não sobe sobre a aresta vizinha). Desvantagem: o sensor tem muito menos tempo para reagir e evitar a colisão, podendo danificar o revestimento ou o anel cerâmico.
- Tipo C "Sombrero-parábola" (meio-sombrero), alta velocidade. Sombrero com paredes parabólicas — modificação do sombrero que permite "contornar" obstáculos suavemente e evitar a colisão com a aresta. Bicos de alta velocidade são intermediários entre os bicos clássicos e o sombrero. O perfil parabólico dá mais tempo de reação ao sensor capacitivo. Como o sombrero, permite cortar peças com contornos próximos, mas se sai pior nesse aspecto.
- Tipo D "Sombrero-flecha". Bico com ponta arredondada, indicado para chapas de até 0,3 mm. Diferentemente da versão de cabeça chata, esse tipo não arrasta a chapa nos primeiros milímetros após o recuo da cabeça, mantendo a precisão. O formato impede que a chapa "grude" no bico durante o levantamento da cabeça.
Bicos do tipo sombrero são usados principalmente em máquinas acima de 4 kW. A pressão por economia de material está levando ao uso desse tipo em máquinas acima de 1 kW.
Face de assento do bico
Em todos os tipos citados, a face de assento pode ter, em corte, formato hexagonal ou circular. Modelos hexagonais podem ser usados em máquinas com troca automática de bicos. Sem automação, qualquer um dos dois formatos serve.
É importante entender que cada formato tem prós e contras.
Usar um bico com o formato correto evita danos à cerâmica, deslocamento da chapa, perda de eficiência e queda na qualidade do corte.
Marcas populares
- WSX — equivalente chinês da peça do fabricante alemão Precitec (Light Cutter). Compatível com a maioria das cabeças de corte. Material: cobre de alta qualidade. Disponível em versão de camada simples e dupla.
- Raytools. Bicos reforçados. Diversos tamanhos conforme a aplicação. Incompatíveis com cabeças IPG Precitec.
- Unimach. Bicos de fabricante russo. Calculados para alta pressão de gás. Material: liga de cobre com revestimento de cromo. Sopro de ar para resfriamento.
- Tag. Bicos cilíndricos de cobre. Aplicação: corte a laser manual em aço carbono, inox e alumínio.
- IPG Photonic — peça cônica de cobre com revestimento cromado e ponta aguda. Alta precisão. Indicado para corte padrão e microcorte. Compatível com cabeças Precitec, WSX e outras.
- Bodor. Bicos de camada simples e dupla, com ou sem cromo. Alta precisão de laser e gás. Longa vida útil.