Quel gaz est le meilleur pour la découpe laser ? - Un guide facile à suivre.

Pourquoi le gaz d'assistance est-il nécessaire pour la découpe au laser ? 

Le gaz d'assistance, également appelé «auxiliaire» et «blindage», est un gaz à haute pression qui s'écoule de la tête laser vers la pièce pendant le processus de découpe au laser. 

Le gaz d'assistance souffle sur les bords du métal fondu de la pièce récemment coupée, ce qui donne des bords plus lisses. De plus, ce gaz pousse la pièce découpée et le laitier vers le bas, le séparant du reste de la pièce, ce qui empêche le matériau de se souder à nouveau au même endroit. Il refroidit également les bords, ce qui réduit le nombre de zones affectées par la chaleur.

De plus, il protège la lentille laser, la buse et la lentille des éclaboussures de coupe. Le gaz de protection protège le laser de l'environnement extérieur, tel que la poussière, les débris et l'air. 

Le gaz auxiliaire est un consommable et augmente le coût des opérations de découpe au laser. 

Avantages de l'utilisation de différents types de gaz pour la découpe au laser

Si vous envisagez de démarrer une entreprise de découpe au laser ou si vous souhaitez en savoir plus sur le processus, vous rencontrerez les quatre options suivantes pour les gaz d'assistance. 

Azote 

L'azote est polyvalent et produit des coupes de meilleure qualité. Il est non réactif et ne supporte pas la combustion lors de la découpe au laser ; le processus est donc purement mécanique. 

Lorsque le gaz est réactif, il subit une réaction chimique en frappant le matériau. Cela endommage gravement la qualité du bord ou du trait de scie. 

Contrairement aux autres gaz, l'azote est directement lié à la puissance de la machine. Par conséquent, une plus grande puissance donne de meilleures vitesses et un meilleur travail. 

L'azote est présent sous forme liquide dans les cylindres. Habituellement, la moitié inférieure d'un cylindre est liquide, tandis que la moitié supérieure contient des vapeurs de gaz. 

Dans la découpe laser, une haute pression est nécessaire. Typiquement, l'azote est fourni à une pression de 22 à 30 bars (319 à 435 psi).

Paramètres d'azote gazeux
Épaisseur de matériau	Pression (Bars)	Volume (m3/h)
Moins de 8 mm	15	~ 50
12 mm à 15 mm	15-22	~ 120
Jusqu'à 22 mm	22-30	~ 150

Comme l'azote nécessite une pression plus élevée pour travailler, cela peut augmenter considérablement la vitesse de coupe. Parfois, la pression chute en raison d'une utilisation continue, car la conversion de l'azote liquide en vapeurs dans le réservoir ne peut pas suivre.

Un « vaporisateur d'azote » externe est donc utilisé, ce qui accélère la conversion. Rappelez-vous, cela n'augmente pas la pression d'azote. Au contraire, il augmente le volume d'azote. Ce volume excédentaire maintient une pression élevée et un débit constant. 

Vous pouvez utiliser de l'azote gazeux pour couper l'acier inoxydable, le laiton et l'aluminium. Non seulement il empêche la réaction et la combustion des scories, mais il résiste également à la corrosion. Considérant que le gaz est assez pur. Les critères de pureté de l'azote sont élevés et proches de 99.99 %. 

Toutes les grandes choses à propos de l'azote gazeux ont un prix. C'est le gaz le plus cher parmi toutes les autres options. À mesure que l'épaisseur du matériau augmente, le coût de l'utilisation de l'azote gazeux augmente également. Il dure généralement 10 à 15 fois moins longtemps que les autres gaz. 

L'azote gazeux ne convient pas si votre production fabrique principalement des pièces métalliques, car la réduction des coûts associée à la post-finition augmentera le coût global. Ne l'utilisez que si une précision et une qualité des bords élevées sont requises. 

Oxygène 

Le gaz d'assistance à l'oxygène est également une bonne option pour aider le gaz dans la découpe au laser pour les matériaux plus épais, mais il faut faire attention à ses propriétés d'oxydation. L'oxygène peut réagir avec le métal de base. C'est une réaction exothermique qui crée un excès de chaleur lors de la coupe. Il aide à couper en brûlant les bords mais dans une certaine mesure avant d'endommager le matériau. 

Il convient aux matériaux réfléchissants comme l'acier au carbone et l'acier doux. En raison de l'oxydation, une couche se forme qui augmente le taux d'absorption du laser, facilitant ainsi le processus de découpe. Il convient également aux pièces plus fines. 

En revanche, le même film oxydant attaché à la pièce peut gêner le post-traitement. Le soudage de la pièce devient ensuite un problème, créant des défauts de soudure dans la pièce. 

L'oxygène fonctionne légèrement différemment de l'azote. Il favorise la combustion (similaire à la découpe plasma) des arêtes en fusion et des coups de laitier. La coupe se produit partiellement en raison de ladite oxydation.  

L'exigence de pureté pour l'oxygène est de 99.97 %, ce qui est vital pour la découpe. Plus la pureté est élevée, plus la combustion est importante, ce qui facilite la coupe. 

Cependant, l'augmentation de la pureté augmente considérablement le coût de la bouteille d'oxygène. Par conséquent, les experts recommandent d'augmenter la qualité uniquement lorsqu'il s'agit de tôles très fines (susceptibles d'être endommagées). 

Cela limite la puissance de coupe car l'augmenter pourrait provoquer une brûlure excessive du bord de coupe. De ce fait, une mauvaise qualité de coupe est obtenue.

De plus, la pression et le débit de ce gaz sont plus faibles. Cela permet finalement d'économiser beaucoup sur les coûts d'exploitation. Ce qui en fait une option beaucoup moins chère que l'azote gazeux. 

Paramètres de gaz oxygène
Épaisseur de matériau	Pression (Bars)	Volume (m3/h)
Moins de 8 mm	3 et ci-dessus	~ 20
Jusqu'à 22 mm	10	~ 22

Air comprimé 

L'air comprimé est simple et pratique à utiliser pour la découpe au laser à fibre. C'est aussi le moins cher et surtout utilisé pour les feuilles plus minces, bien que des exceptions soient toujours là. En règle générale, l'acier galvanisé, le laiton et l'aluminium sont coupés à l'aide de celui-ci. 

Même si c'est le moins cher, vous devez tenir compte de certains facteurs avant d'acheter le système. Contrairement à l'oxygène et à l'azote gazeux, vous devez d'abord investir dans des compresseurs et des filtres. Cet investissement initial peut facilement être rentable si une production constante est nécessaire à long terme. 

Les coupes réalisées par air comprimé sont, au mieux, moyennes. Cela est dû au fait que l'air contient 75 % d'azote et 25 % d'oxygène (% en volume), ce qui peut oxyder le matériau et entraîner de mauvaises coupes.

Cependant, il peut également aider au processus de coupe en introduisant l'effet de surcombustion de l'oxygène et la vitesse de coupe élevée de l'azote. Donc, dans un sens, il obtient le meilleur des deux mondes. Cependant, vous remarquerez également une légère teinte jaunâtre sur les coupures due à l'oxygène. 

S'il y a un post-traitement important, l'air comprimé n'est pas recommandé. A part ça, c'est rentable. De nombreuses petites entreprises préfèrent l'air comprimé car il est facilement disponible. 

Même s'il est le plus rentable, il reste un problème majeur concernant ce gaz. L'air contient de l'humidité et des gouttelettes d'huile provenant des compresseurs. Cela contamine l'air, endommageant la lentille de protection ou, dans le pire des cas, la tête laser. Pour l'éviter, une extrême prudence est requise et il ne doit y avoir aucun compromis sur le processus de filtration. 

Argon 

L'argon est le plus rare de tous les gaz et est rarement utilisé dans la découpe laser à fibre. Ce gaz a une chaleur spécifique plus élevée, ce qui signifie qu'il peut absorber la chaleur de la découpe au laser. Ceci peut conduire à une trempe localisée qui se refroidit rapidement au niveau d'une zone d'incision ce qui peut être préjudiciable au matériau. Par conséquent, il n'est utilisé que comme alternative aux métaux qui peuvent réagir avec l'azote.  

Coût des différents gaz pour la découpe laser

Azote 

L'azote coûte le plus cher lorsqu'il s'agit d'un gaz d'assistance. Le prix varie d'un pays à l'autre, mais voici quelques estimations approximatives. Un approvisionnement typique en azote coûte 2.5 $ (aux États-Unis), et dure de 20 à 60 minutes, selon le travail. Vous devez négocier avec le vendeur et voir quelles offres vous pouvez obtenir. Assurez-vous de connaître le nombre de mètres cubes de débit de gaz dont vous avez besoin pour le travail avant de décider des tarifs. 

De nombreuses grandes industries préfèrent les générateurs d'azote pour remplir les bouteilles de gaz. C'est un investissement ponctuel mais payant à long terme. 

Oxygène 

En matière plus fine, l'azote est le mieux adapté et le plus économique. L'azote est sept fois plus rapide dans la coupe des pièces lorsque les épaisseurs peuvent atteindre ⅛ po. Mais le coût de l'azote augmenterait de façon exponentielle sans aucune augmentation de la vitesse.

Pour des épaisseurs plus importantes, l'oxygène est faisable et le travail coûte environ 1 $ de l'heure. Cependant, nous n'avons pas inclus le coût de l'ébavurage et de la finition. 

Air comprimé 

L'air est la solution la plus rentable et contient de l'oxygène et de l'azote à un certain pourcentage. L'air est facilement disponible, donc le coût est l'électricité utilisée pour faire fonctionner le système de plomberie.

L'air comprimé nécessite un investissement initial dans un compresseur à piston ou à vis.

Vous aurez également besoin de sécheurs d'air, de filtres à poussière et à huile avec cette configuration. L'air comprimé avec le moins d'impuretés comme l'eau et les gouttelettes d'huile donnera des coupes de meilleure qualité.

Comment choisir le bon gaz d'assistance pour vos besoins ? 

Vous devez tenir compte de ces facteurs avant de configurer votre système de découpe laser. Même une légère erreur de calcul concernant le gaz d'assistance peut entraîner une perte importante pour votre projet.

Choix des matériaux  

Le type de matériau sur lequel vous travaillerez est l'aspect le plus crucial de la sélection d'un gaz d'assistance. Pour l'acier inoxydable et l'aluminium, l'azote fonctionne mieux. Mais l'oxygène est meilleur pour les matériaux réfléchissants et oxydables comme l'acier doux, l'acier au carbone et l'acier galvanisé. 

L'air comprimé convient également pour l'acier, l'aluminium et le laiton, mais la qualité est réduite. Gardez également à l'esprit le coût de finition lorsque vous utilisez de l'air. 

Grosor 

Pour comprendre comment l'épaisseur joue un rôle vital dans le processus de découpe au laser, vous devez comprendre le principe de base. L'azote est un gaz inerte et n'aide pas à couper mais empêche les faisceaux laser des débris et de la poussière. Il refroidit également la zone de coupe et réduit la zone affectée par la chaleur.

Cependant, cela ne peut être réalisé que pour des matériaux plus minces qui nécessitent moins de puissance laser. Plus l'épaisseur augmente, plus la qualité de la coupe à l'azote diminue. 

Au contraire, l'oxygène aide à couper en brûlant le matériau. Par conséquent, il augmente la capacité de découpe du laser, ce qui entraîne un traitement de matériau plus épais. 

Qualité de finition 

L'azote, de loin, produit des coupes de la plus haute qualité dans des matériaux plus minces. Si le travail ne nécessite pas de post-traitement, la découpe à l'azote est rentable.

L'oxygène produit également des coupes de bonne qualité mais laisse une couche noire d'oxydation au niveau de la zone de coupe. Cela peut nécessiter un travail de post-traitement. 

Vous pouvez utiliser de l'air comprimé pour les travaux effectués uniquement à des fins de fabrication. Les coupes sont de mauvaise qualité mais, en même temps, bon marché. 

Prix 

Le coût de la découpe au laser dépend du matériau, de l'épaisseur, du gaz d'assistance et de la puissance de la machine. L'épaisseur est également relative. Par exemple, une machine de découpe laser de 1500 W peut avoir du mal à découper un travail de 8 mm par rapport à une machine de 3000 W utilisant le même volume de gaz d'assistance.

Une analyse appropriée des coûts du gaz auxiliaire est donc nécessaire avant de démarrer un projet commercial. Cependant, à part le "gaz d'assistance", il n'y a pas de coût de fonctionnement crucial pour une machine de découpe laser. 

Rapide vue d'ensemble 

Gaz	Azote	Oxygène	Air comprimé
Source	Acier inoxydable, Aluminium, Laiton	Acier galvanisé, acier au carbone, acier doux.	Acier, Aluminium Laiton
Épaisseur (de préférence)	3 mm (⅛ po)	8 à 22 mm	1 à 22 mm
Exigence de pureté du gaz	Modérée	crucial	Modérée
Pression	Haute	Low	Low
Le débit (Anglais)	Haute	Modérée	Modérée
Équipement supplémentaire	Vaporisateur d'azote	Aucun	Sécheurs, filtres, compresseurs
Qualité de finition	Mieux	Moyen / Élevé	Modérée
Coût par heure	Haute	Modérée	Low

Conseils pour réduire les coûts de gaz dans votre opération de découpe au laser

Optimisation de l'approvisionnement en gaz

Les machines laser nécessitent une pression et des débits de gaz d'assistance constants pour maintenir la qualité des coupes. De plus, des défauts dans l'alimentation en gaz peuvent entraîner des pertes de charge inutiles affectant la qualité de la production.

La longueur et le diamètre du tuyau déterminent la capacité de débit du gaz auxiliaire. De manière optimale, la conduite d'alimentation en gaz doit avoir un minimum de courbures. Assurez-vous que l'entretien régulier est fait pour éviter des coûts inutiles. 

Pureté du gaz 

La pureté de l'oxygène joue un rôle important dans la capacité de coupe de la machine. Les experts disent que même la baisse de pureté de 99.97% à 99.95% peut affecter négativement le processus.

Dans le cas de l'air comprimé, s'il est mal filtré, il peut détruire la lentille laser. Pour réduire les coûts, faites attention à la pureté du gaz. 

La pureté de l'azote est essentielle, mais elle n'affecte pas la qualité du laser. Le laser est toujours efficace mais est plus sujet aux facteurs extérieurs qui peuvent avoir un impact négatif sur le coût.

Ne pas utiliser la bonne impureté entraînera une mauvaise coupe, ce qui signifie une perte d'argent. Une meilleure qualité équivaut à des coûts réduits. 

Réservoirs de gaz et régulateurs

Les gaz auxiliaires pour la découpe laser sont fournis dans différentes tailles de conteneurs. Par conséquent, il est nécessaire d'évaluer quel type d'approvisionnement convient le mieux pour réduire les coûts.

Pour les petites entreprises, les bouteilles de gaz avec remplissage périodique sont les meilleures. Les grandes maisons de production devraient opter pour des réservoirs de gaz ou leur équipement de génération de gaz. Cela permettra d'économiser le coût de la logistique. 

Les régulateurs, tuyaux et vannes doivent être régulièrement entretenus pour éviter les fuites. Assurez-vous également que les bouteilles sont de qualité supérieure, car elles peuvent polluer le gaz. 

Paramètres de la machine

Il s'agit d'une surveillance en temps réel de la machine de découpe laser. Vous devez sélectionner le bon gaz en fonction du travail si vous utilisez plusieurs systèmes de gaz.

Deuxièmement, la pression est sélectionnée en fonction de l'épaisseur de travail, du matériau et de la forme. Assurez-vous de choisir les bonnes unités, car elles peuvent prêter à confusion. Les bons réglages éviteront le gaspillage de gaz et réduiront donc le coût global. 

De nombreux paramètres doivent être pris en compte dans les paramètres de la machine. L'un d'entre eux est la "taille de la buse" dans la tête laser.

Généralement, une buse plus grande signifie des débits de gaz d'assistance plus importants. Cela peut augmenter la vitesse de coupe. Cependant, cela peut rendre le coût de coupe coûteux. Alors optimisez-le pour réduire le coût tout en maintenant les opérations. 

Conclusion

Après avoir passé en revue les avantages, les capacités et les caractéristiques de chaque gaz d'assistance, vous pouvez facilement choisir le bon gaz pour votre processus de découpe au laser.

L'azote est le meilleur gaz d'assistance pour la découpe laser de qualité de l'acier inoxydable. Au contraire, l'oxygène gazeux convient mieux aux matériaux réfléchissants et oxydables comme l'acier au carbone. 

L'air peut fonctionner sur l'acier, l'aluminium et le laiton, mais la qualité des bords est médiocre, ce qui peut être compensé par de faibles coûts d'exploitation.

N'oubliez pas de faire une analyse détaillée avant de prendre une décision, car il s'agit d'un coût récurrent qui peut faire ou défaire votre projet.

Même si le travail ne vous coûte que dix cents par mètre cube de plus que le marché, le prix finira par monter en flèche et entraînera de grosses pertes. 

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