Economie de puissance du laser

[Bill Getz]

Bonjour,

C'est une remarque de "thermicien" qui m'est venue en consultant les annonces de ventes de gaveuses laser sur ebay.

Le laser coupe de la matière via l'échauffement provoqué par le rayonnement laser, on atteint donc la température du point de fusion de la matière.

Sans tenir compte des phénomènes de réflexion, si l'on veut découper du métal par exemple, la quantité de chaleur en un point pour atteindre la fusion est un équilibre entre la diffusion de la chaleur dans le métal, la convection naturelle provoqué par l'échauffement au niveau du point et la capacité thermique du métal (afin d'atteindre la fusion).

Or, que ce passe-t-il si je place mon métal juste avant son point de fusion ? Je chauffe à 1500°C ma plaque de fer par exemple.


Ne faut-t-il pas une puissance moindre dans ce cas pour la découpe ?

Le travail sous vide (réduction des pertes convection), n'apporterait pas aussi une amélioration par une réduction de la puissance du laser ?

Si l'on regarde les matériaux que les laser de faible puissance peuvent couper, ce sont des matières isolantes, de faible capacité calorifique (sauf le bois) et de faible point de fusion.

 

[lacier]

Bonjour,

...
Or, que ce passe-t-il si je place mon métal juste avant son point de fusion ? Je chauffe à 1500°C ma plaque de fer par exemple.

Ne faut-t-il pas une puissance moindre dans ce cas pour la découpe ?

Ca parait effectivement séduisant au premier abord. Cependant mon expérience en découpe laser m'a montré le contraire.

Pour préciser, je parle de découpe laser industrielle avec des puissances de 4 kW ou 5 kW. Dans le découpage d'acier, au début la tôle est froide (enfin, à la température ambiante, je n'ai jamais cherché à la refroidir ou la réchauffer !), puis à mesure que les pièces sont découpées, la tôle se réchauffe progressivement.

Si on a programmé à la suite plusieurs petites pièces avec des contours tortueux dans une même zone et que la tôle est un peu épaisse, alors la qualité de coupe se détériore nettement, bavures, tranche striée... Tandis que si on laisse la tôle se refroidir, la qualité revient comme au début. Je n'ai rien découvert, ce phénomène est connu des fabricants de machines. J'ai eu à une époque une machine équipée d'un dispositif de pulvérisation d'eau autour du faisceau laser de manière à refroidir la tôle autour de la zone de coupe par évaporation de ces fines gouttelettes venant au contact de la tôle.

Donc le préchauffage de la matière n'apporterait rien de bon dans ce cas d'utilisation du laser. Est ce généralisable pour les matières autres que l'acier ? Avec un laser autre que CO2 ? Je ne sais pas.
Ah, je me souviens que la découpe d'acier inoxydable se faisait mieux que dans l'acier carbone pour les petits détails, en tôle un peu épaisse, à cause de la faible diffusivité thermique ou conductivité thermique de l'acier inoxydable.

Mais peut on se servir de ces éléments pour extrapoler sur les lasers de faible puissance ? Pas sûr.

 

[Bill Getz]

Est ce que dans le cas d'une découpe sur plaque pré-chauffée par un autre passage, le temps d'exposition était modifié ?

 

[lacier]

En fait comme je l'ai dit précédemment. Dans de la tôle épaisse, la découpe de plusieurs petites pièces côte à côte entraîne une élévation de la température qui dégrade la qualité de coupe.

A ce propos j'ai retrouvé un document qui confirme :

"Face aux problèmes de propagation de la chaleur, qui déforme la coupe, il est parfois préférable de délivrer une intensité beaucoup plus élevé pendant un temps court. On peut ainsi fondre ou vaporiser un volume délimité du matériau, sans laisser le temps à la chaleur de se propager profondément en dehors du volume usiné. En évitant de chauffer les zones éloignées, on réalise une économie d’énergie et la précision est meilleure."

Donc on écartait les pièces ou on demandait lors de la programmation, de découper une pièce à un endroit, puis la suivante dans une zone froide... et on revenait au 1er endroit après quelques découpes dispersées, ainsi on retrouvait une zone où la tôle avait eu le temps de refroidir.

On favorisait la qualité au détriment de la vitesse puisqu'il y avait alors beaucoup de déplacements inutiles.
Mais la vitesse de découpe instantanée était elle plus rapide quand la tôle était chaude ? Pas que je sache. Je crois me souvenir qu'elle était même moins rapide car la dégradation rencontrée pouvait aller jusqu'au refus de coupe (la coupe n'arrive plus à traverser), donc on baisse la vitesse, d'où augmentation de l'échauffement, d'où augmentation du problème ! Il y a sans doute des effets thermochimiques et d'autres, que je ne saurais expliquer !

Pour faire simple, si on diminue la vitesse d'avance, il faudrait diminuer la puissance pour ne pas surchauffer, mais alors pourquoi chercher à avoir des machines toujours plus puissantes : 4 - 5 - 6 ... kW ! Rendement rendement ! Il est vrai que pour la découpe des tôles épaisses, 20-25 mm, le gain avec un laser puissant est flagrant.
Espérant ne vous avoir pas trop barbé avec tout ceci.
A+

 

[Doctor_itchy]

l'avis d'un "laseriste"


le rechauffement de la tole ne sert a rien , la puissance du laser sera sensiblement pareil car le laser "vaporise" le metal et ses deplacement sont rapide , donc l'echauffement n'est pas important comme ça le serais sur un plasma torch , par contre comme dit plus haut , sur des piece complexe ça peu s'echauffer , enfaite ça depend de la matiere et de sa capaciter a absorber la chaleur et l'evacuer

de plus les laser de decoupe on aussi un injecteur de gaz neutre afin de diminuer la temperature de la matiere et de garder la zone de coupe propre

comme dit plus haut aussi , on refroidit la piece pour ameliorer la qualiter de decoupe !!!

la question etait interessante , mais pas applicable pour du laser

par contre pour de la decoupe plasma oui , mais la encore le gain est t'il interessant , l'energie pour rechauffer la piece ne sera t'elle pas plus importante que celle pour decouper ??


point de vue usure laser , c'est negligable , certe la matiere se couperas pe plus vite mais avec un resultat decevant , mais la durée de vie du tube C02 n'en sera pas grandement prolongée de plus se sont des laser a recirculation des gaz donc le gaz du tube repasse dans un regenerateur recycleur donc l'usure n'est pas importante ça consomme quand meme du gaz

sur du laser argon ou krypton la moins on pousse moins le gaz s'use , mais le co² est un peu different

 

[Bill Getz]

Nickel, merci de vos réponses

Donc si il y a vaporisation avec passage solide-liquide-vapeur :

Si je place ma matière dans un état juste à la limite du passage solide-vapeur, peut être qu'il y a alors à ce moment une économie de puissance (les découpes se réalisant toujours à pression atmosphérique )

http://fr.wikipedia.org/wiki/Point_triple



Par exemple :

Substance T (K) --- P (kPa*)
Palladium 1825 --- 3.5 × 10−3
Platinum 2045 --- 2.0 × 10−4
Titanium 1941 --- 5.3 × 10−3
Zinc 692.65 --- 0.065



http://en.wikipedia.org/wiki/Triple_point

 

[LASER]

Bonjour
Pour suivre le raisonnement de " lacier" , qui a mon sens des plus objectif se conditionnant sur son expérience ,
je constate (étant également utilisateur de machine découpe laser ) le même phénomène , sur les tôles dépassant en moyenne les 15mm d’épaisseur.
La ou diverge se raisonnement "logique" , ayant eu des machines de différentes puissance , j'ai constaté qu'une machine fonctionnant a ces limites de puissance accentuait ce phénomène, donc par définition on pourrait imaginer qu' une puissance accompagnée d'un vitesse chauffe moins , ce qui voudrait dire que la montée en température de la tôle se conditionne plus par la vitesse que par la puissance , donc par définition la diffusion de la chaleur diminue lorsque la vitesse augmente ,, et pour que la vitesse augmente il faut plus de puissance ,,semble t il .
il me semble que ses données sont communiquer par les fabriquant ?
Un autre facteur de matière première est a prendre en compte