Brevet FR2626511A1 — publié le 19890804

t62651I DESCRIPTION La présente invention concerne une buse de découpe laser, une t9te de découpe laser munie d'une telle buse, ainsi qu'un procédé de découpe laser les mettant en oeuvre. Les lasers sont actuellement utilisés dans l'industrie notamment pour le travail de tous les matériaux dans des applications aussi diverses que la découpe, le sondage, le marquage ou le traitement de surface. Usuellement, pour une utilisation en coupage, le faiseeau laser, a la sortie de la source de puissance, est dirigé par réflexion sur un miroir au moins, mobile ou fixe, vers une lentille par laquelle il est focalisé à proximité de la piece à traiter. Un gaz d'assistance est injecté au niveau de la pièce par l'intermiédiaire d'une tête de découpe placée entre la lentille et la piece. La t9te de découpe porte une buse, et elles comportent un orifice central, par lequel passent le gaz d'assistance et le faiseeau laser focalisé. La qualité et la vitesse de la coupe sont déterminées d'une part par la puissancee et la qualité optique du faisceau et d'autre part par la qualité et la vitesse du jet de gaz. Cependant, dans le cas des aciers noirs, encore appelés aciers au carbone faiblement alliés, ou aciers ordinaires, ou aciers doux, notamment, o le gaz d'assistance est en général l'oxygène, une forte vitesse du jet d'oxygène mweme supersonique, ne permet pas d'atteindre des vitesses de coupe élevées, car cette vitesse est limitée de toute façon par la vitesse d'oxydation de la matière à couper. Les buses utilisées jusqu'à présent en découpe ne permettent pas de stabiliser l'écoulement gazeux et leur utilisation ne permet d'obtenir que des performances modestes de découpe du point de vue de la qualité et des vitesses de coupe. Les modifications de direction de découpe engendrent également des défauts de coupe; les turbulences du jet laissent aussi des traces visibles sur les faces de coupe. C'est la forme de la buse qui est déterminante pour la qualité de la découpe. La présente invention revendiquée remédie à ces inconvénients et a pour objet une buse de découpe laser, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux tronçons coaxiaux subséquents, en ce que le diamètre intérieur du premier tronçon est décroissant de son diamètre d'entrée à son diamètre de sortie, en ce que l'enveloppe intérieure est tangante à sa sortie à un cylindre de diamètre d, en ca que le second tronçon est cylindrique de diamètre D et de longueur 1 et en ce que le rapport D/d est compris entre 1,1 et 1,3 et le rapport 1/d est compris entre 0,35 et 1. Il est avantageux, selon l'invention, que l'enveloppe interne du premier tronçon soit dépourvue d'angle vif. En effet, cette disposition permet des écoulements gazeux encore plus stables et dépourvus de turbulence. Ces caractéristiques qui seront décrites plus en détail ci-après, permettent une découpe performante'avec une consommation de gaz raisonnable,Hors des plages de dimension décrites selon l'invention, les vitesses de coupe se dégradent. La présente invention concerne également des têtes de découpe laser équipées des buses selon l'invention. La présente invention a également pour objet un procédé de découpe laser d'un matériau du type mettant en oeuvre une source de puissance laser, des moyens de transmission du faisceau laser, une tête de découpe pour faisceau laser a gaz d'assistance, caractérisé en ce que le gaz d'assistance a une.vitesse sonique et en ce que la. buse laser est telle que définis selon le premier objet de l'invention. Un tel procédé et une telle buse sont en particulier adaptés à la découpe des aciers noirs, et notamment des aciers noirs d'une épaisseur de 6 à 15 mm environ, comme cela apparaîtra dans la description détaillée suivante. D'antres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et au vue de la figure 1 unique qui représente une buse selon l'invention. Sur la figure 1 apparatt une buse 1 Cylindrique avec un canal axial 2 o passent le faisceau focalisé et le gaz d'assistance. Un filetage 3 permet de fixer la buse au bout de la tite de découpe, non représentée. Dans le premier tronçon 4, le canal 2 ne présente aucun angle vif. L'extrémité aval du premier tronçon 4 est tangente & un cylindre de diamètre d. Le second tronçon 5, subséquent au premier tronçon 4 est cylindrique de diamAtre D. L'extrémité amont du tronçon 5 est tronconique, comme il est possible de l'obtenir par usinage. On a réalisé une buse telle que décrite selon l'invention ci-dessus, en cuivre, et on l'a montée sur la tête d'un dispositif de découpe laser usuel, la source de puissance est un laser au C02 (puissance 1500 W) et le gaz d'assistance de l'oxygène. La forme de l'enveloppe intérieure est constituée de deux arcs de cercle tangents dont l'un est eonvexe et l'autre concave, l'enveloppe intérieure présentant une tangente verticale à l'extrémité aval du premier tronçon 4. Dans cet exemple de réalisation de l'invention, la longueur 1 est d'environ 1 minm. On a découpé un acier noir de 8 mm d'épaisseur à 1,50 m/mn en employant un débit de 60 à 70 1/mn. de gaz (vitesse sonique). On a défini un indice de qualité de la coupe (i allant de I à , observation à l'oeil nu) i x A v est un critère de qualité de la buse. (A v = vitesse de référence maximum obtenue - vitesse effective). Par comparaison, on a réalisé la coupe du même acier dans les conditions analogues, c'est à dire avec une buse de type tuyère de Laval de diamètre intérieur 2,8 mm et diamètre terminal 4 mm, pour une vitesse de coupe de 1,2 m/mm et un débit de 100 l/min. Dans ces conditions, on a: i x v 10 Z. RUVENDICATIONS 1. Buse de découpe laser, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux tronçons coaxiaux subséquents (4,5), en ce que le diamètre intérieur du premier tronçon (4) est décroissant de son diamntre d'entrée à son diamètre de sortie, en ce que l'enveloppe intérieure est tangente à sa sortie à un cylindre de diamètre d, en ce que le second tronçon (5) est cylindrique de diamètre D et de longueur 1 et en ce que le rapport D/d est compris entre 1,1 et 1,3 et le rapport li/d est compris entre 0,35 et0. et 1. 2. Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe du premier tronçon (4) est dépourvue d'angle vif. 3. Buse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'enveloppe interne est constituée de deux arcs de eercle tangents dont l5 n est convexe et l'autre concave, l'enveloppe intérieure présentant une tangente verticale à l'extrémité aval du premier tronçon (4). 4. Buse selon la revendication 1 à 3, caractérisée en ce que la longueur 1 est d'environ I mm. 5. Tîte de découpe laser, caractérisée aen ce qu'elle comporte une buse selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Procédé de découpe laser d'un matériau, du type mettant en oeuvre une source de puissance laser, des moyens de transmission du faisceau laser, une tîte de découpe pour faisceau laser à gaz d'assistance, caractérisé en ce que le gaz d'assistance a une vitesse sonique et en ce que la buse laser comporte au moins deux tronçons coaxiaux subséquents, en ce que le diamètre intérieur du premier tronçon est décroissant de son diamètre d'entrée à son diamètre de sortie, en ce que l'enveloppe intérieure est tangente à sa sortie à un cylindre de diamètre d, en ce que le second tronçon est cylindrique de diamètre D et de longueur 1 et en ce que le rapport D/d est compris entre Il1 et 1,3 et le rapport 1/d est compris entre 0,35 et 1. 7. Procédé de d&coupe laser selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe du premier tronçon (4) de la buse est dépourvue d'angle vif. 8. Procédé dé découpe laser selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la longueur 1 est d'environ 1 mm. 9. Procédé de découpe selon l'une des revendications 6 a $t caractérisé en ce que l'enveloppe intérieure est constituée de deux arcs de cercle tangents dont l'un est convexe et l'autre concave, l'enveloppe intérieure présentant une tangente verticale à l'extrémité aval du premier tronçon (4). 10. Procédé de découpe laser selon l'une des revendications 6 a 9, caractérisé en ce que le matériau est un acler noir, notamment un acier noir d'épaisseur comprise entre 6 et 15 mm.