FR3105043A1 - Laser cutting system - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une système (102) de découpe laser comportant une tête de découpe (122), la tête de découpe (122) comportant une sortie optique (126) destinée à l’émission d’un faisceau optique suivant un axe de propagation (A-A) prédéterminé, le système de découpe (102) étant caractérisé en ce qu’il comprend, en outre, un dispositif (123) d’arrêt de faisceau comportant un boîtier (132), le boîtier (132) comprenant une paroi (138) délimitant une cavité (140), la cavité (140) débouchant à l’extérieur du boîtier (132) par une ouverture (144), l’ouverture (144) étant orientée vers la sortie optique (126), l’axe de propagation (A-A) traversant l’ouverture (144), le boîtier (132) comprenant également un port (150) d’amenée de fluide dans la cavité (140), et un port (152) d’évacuation de fluide depuis la cavité (140), le port d’amenée (150) et le port d’évacuation (152) étant distincts de l’ouverture (144). Figure pour l’abrégé : figure 3.The invention relates to a laser cutting system (102) comprising a cutting head (122), the cutting head (122) comprising an optical output (126) for emitting an optical beam along a propagation axis. (AA) predetermined, the cutting system (102) being characterized in that it further comprises a beam stop device (123) comprising a housing (132), the housing (132) comprising a wall ( 138) delimiting a cavity (140), the cavity (140) opening out to the outside of the housing (132) through an opening (144), the opening (144) being oriented towards the optical output (126), the axis propagation (AA) passing through the opening (144), the housing (132) also comprising a port (150) for supplying fluid into the cavity (140), and a port (152) for discharging fluid from the cavity (140). cavity (140), the supply port (150) and the discharge port (152) being separate from the opening (144). Figure for the abstract: Figure 3.
Description
La présente invention concerne un système de découpe laser comportant une tête de découpe, la tête de découpe comportant une sortie optique destinée à l’émission d’un faisceau optique suivant un axe de propagation prédéterminé.The present invention relates to a laser cutting system comprising a cutting head, the cutting head comprising an optical output intended for the emission of an optical beam along a predetermined axis of propagation.
L’invention s’applique au domaine de la découpe, notamment de la découpe débouchant, en particulier au moyen d’un laser. L’invention est notamment susceptible d’être mise en œuvre pour des opérations de démantèlement, en particulier en cas d’accident grave.The invention applies to the field of cutting, in particular through-cutting, in particular by means of a laser. The invention is particularly likely to be implemented for dismantling operations, in particular in the event of a serious accident.
Un système de découpe laser 2 de l’état de la technique est représenté en fonctionnement sur les figures 1 et 2. Le système de découpe laser 2 est destiné à la découpe de pièces, par exemple une pièce 4.A state-of-the-art laser cutting system 2 is shown in operation in Figures 1 and 2. The laser cutting system 2 is intended for cutting parts, for example a part 4.
Plus spécifiquement, la figure 1 est une représentation en section du système de découpe laser 2 de l’état de la technique, dans un plan contenant un axe de propagation A-A et une direction de déplacement X-X d’une tête de découpe 6 du système de découpe laser 2. En outre, la figure 2 est une vue en coupe de la scène de la figure 1, selon un plan orthogonal à ladite direction de déplacement.More specifically, FIG. 1 is a representation in section of the laser cutting system 2 of the state of the art, in a plane containing an axis of propagation A-A and a direction of displacement X-X of a cutting head 6 of the system of laser cutting 2. In addition, Figure 2 is a sectional view of the scene of Figure 1, along a plane orthogonal to said direction of movement.
Comme cela apparaît sur ces figures, la tête de découpe 6 est mise en regard d’une surface endroit 8 de la pièce 4 à découper, et la surface endroit est irradiée au moyen d’un faisceau laser de puissance 10 issu de la tête de découpe et présentant une densité d’énergie suffisante pour entraîner la fusion du matériau dans lequel la pièce est réalisée. En outre, la tête de découpe est mise en mouvement parallèlement à la surface endroit 8 pour former une saignée 12 débouchante. Le déplacement de la tête de découpe est illustré par une flèche sur la figure 1.As shown in these figures, the cutting head 6 is placed opposite a face surface 8 of the part 4 to be cut, and the face surface is irradiated by means of a power laser beam 10 coming from the head of cutting and having a sufficient energy density to cause the melting of the material in which the part is made. In addition, the cutting head is moved parallel to the face surface 8 to form a groove 12 through. The movement of the cutting head is illustrated by an arrow in figure 1.
En fonctionnement, lors d’une phrase d’approche de la tête de découpe, le faisceau laser 10, encore distant la pièce 4, et se propageant généralement parallèlement à un bord de celle-ci, est d’abord approché de la pièce pour amorcer la découpe.In operation, during an approach sentence of the cutting head, the laser beam 10, still distant from the part 4, and generally propagating parallel to an edge of the latter, is first approached to the part to start cutting.
Puis, lors de la découpe proprement dite, une partie de l’énergie du faisceau laser de puissance est déposée dans la pièce pour entraîner la fusion de la matière dont est constituée la pièce 4. En particulier, dans le cas de la découpe laser débouchante, la vitesse de déplacement de la tête de découpe par rapport à la pièce, ainsi que de la densité d’énergie du faisceau laser 10, sont judicieusement choisies afin d’obtenir une fusion du matériau sur la totalité de l’épaisseur de la pièce. Il en résulte une saignée 12 de découpe qui s’étend de la surface endroit 8 de la pièce à sa surface envers 9, située à l’opposé de la surface endroit 8.Then, during the actual cutting, part of the energy of the power laser beam is deposited in the part to cause the melting of the material of which the part 4 is made. In particular, in the case of emerging laser cutting , the speed of movement of the cutting head relative to the part, as well as the energy density of the laser beam 10, are judiciously chosen in order to obtain a melting of the material over the entire thickness of the part . This results in a cutting groove 12 which extends from the front surface 8 of the part to its reverse surface 9, located opposite the front surface 8.
La partie de la saignée 12 qui est le plus éloignée de la surface endroit 8 est appelée «fond de saignée 14». Comme cela apparaît sur les figures 1 et 2, le fond de saignée 14 est localisé au niveau de la surface envers 9 de la pièce. Plus précisément, la saignée débouche sur la surface envers 9 par le fond de saignée 14.The part of the groove 12 which is farthest from the face surface 8 is called “bottom of the groove 14”. As shown in Figures 1 and 2, the groove bottom 14 is located at the back surface 9 of the part. More precisely, the groove leads to the reverse surface 9 via the groove bottom 14.
Un front de coupe 16, formant la limite, suivant une direction de déplacement X-X de la tête de découpe, entre la saignée 12 et la partie non fondue de la pièce 4 est également représenté.A cutting edge 16, forming the limit, along a direction of movement X-X of the cutting head, between the kerf 12 and the unmelted part of the part 4 is also shown.
Pendant la phase d’approche, la totalité de l’énergie du faisceau laser, dite «énergie initiale» se propage au-delà de la pièce, sans être interrompue par celle-ci.During the approach phase, all of the energy of the laser beam, known as the “initial energy”, propagates beyond the part, without being interrupted by it.
En outre, lors de la découpe, la partie de l’énergie du faisceau laser qui n’est pas déposée dans la pièce, dite «énergie initiale résiduelle» ou «énergie résiduelle», se propage sous forme de rayonnement au-delà de la saignée.In addition, during cutting, the part of the energy of the laser beam which is not deposited in the part, known as the "residual initial energy" or "residual energy", propagates in the form of radiation beyond the bleeding.
L’énergie initiale du faisceau laser (pendant la phase d’approche) comme l’énergie résiduelle (pendant la découpe) sont susceptibles d’atteindre des structures 5 situées au-delà de la saignée, et ainsi de les endommager en augmentant leur température de surface, affectant de ce fait l’intégrité de leurs fonctions de tenue mécanique ou d’étanchéité. Un tel endommagement est potentiellement préjudiciable, notamment dans le cadre d’opérations de démantèlement.The initial energy of the laser beam (during the approach phase) as the residual energy (during cutting) are likely to reach structures 5 located beyond the kerf, and thus damage them by increasing their temperature. surface, thereby affecting the integrity of their mechanical strength or sealing functions. Such damage is potentially harmful, particularly in the context of dismantling operations.
Pour bloquer la propagation de l’énergie initiale et de l’énergie résiduelle afin qu’elles n’affectent pas l’intégrité des structures 5 présentes en arrière-plan de la pièce à découper, il a été proposé d’agencer, entre la pièce découpée et les structures à protéger en arrière-plan, un écran destiné à absorber cette énergie.To block the propagation of the initial energy and of the residual energy so that they do not affect the integrity of the structures 5 present in the background of the part to be cut, it has been proposed to arrange, between the cut part and the structures to be protected in the background, a screen intended to absorb this energy.
Toutefois, une telle approche ne donne pas entière satisfaction.However, such an approach is not entirely satisfactory.
En effet, il est attendu de tels écrans qu’ils présentent une capacité d’absorption suffisante, ce qui se traduit souvent par un besoin d’éloignement par rapport à la pièce à découper, souvent important, typiquement de l’ordre de quelques mètres. La mise en place de tels écrans est souvent incompatible avec les contraintes d’encombrement des chantiers.Indeed, such screens are expected to have a sufficient absorption capacity, which often translates into a need for distance from the part to be cut, often significant, typically of the order of a few meters. . The installation of such screens is often incompatible with the space constraints of construction sites.
En outre, de tels écrans ne sont pas adaptés aux polluants générés par la découpe, dont l’origine va être décrite ci-dessous, et qu’il convient, pour des raisons sanitaires, de collecter afin d’éviter leur dispersion dans le chantier. En effet, la matière fondue et les scories incandescentes projetées lors de la découpe ont tendance à adhérer auxdits écrans et à s’accumuler à leur surface, ce qui les détériore et dégrade leurs performances.In addition, such screens are not suitable for the pollutants generated by cutting, the origin of which will be described below, and which, for health reasons, should be collected in order to avoid their dispersion in the construction site. . In fact, the molten material and the incandescent slag projected during cutting tend to adhere to said screens and accumulate on their surface, which deteriorates them and degrades their performance.
Lors de l’opération de découpe, le fluide que constitue la matière fondue est évacué par la surface envers 9 de la pièce, à travers le fond de saignée 14, grâce aux forces d’impact et de cisaillement d’un jet 18 de gaz de chasse dirigé vers le front de coupe 16 (en d’autres termes, une fraction du jet 18 pénètre dans la saignée 12 et s’en échappe par la surface envers).During the cutting operation, the fluid which constitutes the molten material is evacuated by the reverse surface 9 of the part, through the groove bottom 14, thanks to the impact and shear forces of a jet 18 of gas hunting directed towards the cutting edge 16 (in other words, a fraction of the jet 18 enters the groove 12 and escapes through the back surface).
En fonction de la puissance du jet de gaz 18, une partie de la matière fondue et des scories éjectées adhère aux berges du fond de saignée 14, en se refroidissant, en un dépôt 19. Le dépôt 19 est évacué avec les parties découpées de la pièce 4. Le reste de la matière fondue et des scories est projeté au-delà de la saignée, formant une partie des polluants. Comme indiqué précédemment, cette matière fondue et ces scories incandescentes projetées s’accumulent en partie à la surface des écrans mentionnés ci-dessus.Depending on the power of the gas jet 18, part of the molten material and the ejected slag adheres to the banks of the kerf bottom 14, while cooling, in a deposit 19. The deposit 19 is evacuated with the cut parts of the piece 4. The rest of the molten material and slag is projected beyond the kerf, forming part of the pollutants. As previously indicated, this molten material and projected incandescent slag accumulate partly on the surface of the screens mentioned above.
Outre ladite matière fondue et lesdites scories (incandescentes ou non) projetées au-delà de la saignée, les polluants comportent également des poussières, aérosols, gaz et fumées, produits lors de la découpe. De tels polluants comportent éventuellement de nouveaux composés issus de réactions chimiques entre la matière fondue et le milieu environnant. De tels nouveaux composés comprennent notamment, suivant la nature du gaz de chasse présent dans le jet de gaz 18, de l’oxygène ou de l’azote (oxydes, nitrures, etc.).In addition to said molten material and said slag (incandescent or not) projected beyond the groove, the pollutants also include dust, aerosols, gases and fumes produced during cutting. Such pollutants possibly include new compounds resulting from chemical reactions between the molten material and the surrounding environment. Such new compounds include in particular, depending on the nature of the hunting gas present in the gas jet 18, oxygen or nitrogen (oxides, nitrides, etc.).
Un but de l’invention est donc de proposer un dispositif de découpe laser apte à la fois à bloquer la propagation de l’énergie initiale et de l’énergie résiduelle et à collecter au moins en partie les polluants générés pendant la découpe, tout en étant moins sujet à une détérioration du fait des polluants.An object of the invention is therefore to propose a laser cutting device able both to block the propagation of the initial energy and of the residual energy and to collect at least in part the pollutants generated during the cutting, while being less subject to deterioration due to pollutants.
A cet effet, l’invention a pour objet un système de découpe laser du type précité, comprenant, en outre, un dispositif d’arrêt de faisceau comportant un boîtier, le boîtier comprenant une paroi délimitant une cavité, la cavité débouchant à l’extérieur du boîtier par une ouverture, l’ouverture étant orientée vers la sortie optique, l’axe de propagation traversant l’ouverture, le boîtier comprenant également un port d’amenée de fluide dans la cavité, et un port d’évacuation de fluide depuis la cavité, le port d’amenée et le port d’évacuation étant distincts de l’ouverture.To this end, the subject of the invention is a laser cutting system of the aforementioned type, further comprising a beam stopping device comprising a housing, the housing comprising a wall delimiting a cavity, the cavity opening out at the exterior of the case by an opening, the opening being oriented towards the optical outlet, the axis of propagation passing through the opening, the case also comprising a port for supplying fluid into the cavity, and a port for evacuating fluid from the cavity, the inlet port and the outlet port being separate from the opening.
En effet, dans un tel système de découpe laser, l’ouverture est agencée de sorte qu’un faisceau laser de puissance émis au niveau de la sortie optique se propage dans la cavité et soit intercepté par le boîtier. La présence des ports d’amenée et d’évacuation autorise la circulation d’un liquide d’atténuation dans la cavité, avantageusement choisi pour être absorbant à la longueur d’onde du faisceau laser de puissance, de façon à absorber au moins en partie l’énergie totale (pendant la phase d’approche) et l’énergie résiduelle (pendant la phase de découpe d’une pièce). Une telle circulation de liquide d’atténuation engendre un transport de l’énergie absorbée hors du boîtier.Indeed, in such a laser cutting system, the opening is arranged so that a power laser beam emitted at the optical output propagates in the cavity and is intercepted by the housing. The presence of the supply and evacuation ports allows the circulation of an attenuation liquid in the cavity, advantageously chosen to be absorbent at the wavelength of the power laser beam, so as to absorb at least in part the total energy (during the approach phase) and the residual energy (during the part cutting phase). Such a circulation of attenuation liquid generates a transport of the absorbed energy out of the casing.
En outre, la partie de l’énergie du faisceau laser de puissance qui n’est pas totalement absorbée lors de sa propagation par le liquide d’atténuation est absorbée par des surfaces internes de la paroi du boîtier, la paroi étant refroidie par l’écoulement du liquide d’atténuation, ce qui accroît la robustesse et la longévité du boîtier. De cette façon, le boîtier est susceptible d’être placé à proximité de la pièce à découper sans risque d’endommagement de celui-ci.In addition, the part of the energy of the power laser beam which is not totally absorbed during its propagation by the attenuating liquid is absorbed by internal surfaces of the wall of the housing, the wall being cooled by the flow of attenuation liquid, which increases the robustness and longevity of the housing. In this way, the box is likely to be placed close to the part to be cut without risk of damaging it.
En outre, en fonctionnement, du fait de la disposition de l’ouverture, au moins une partie des scories et des particules incandescentes est interceptée, refroidie et évacuée par le liquide d’atténuation en écoulement. Un tel écoulement contribue également à la collecte, à l’incorporation et à l’évacuation des particules et aérosols produits lors de la découpe. De cette façon, l’accumulation des polluants, au niveau du boîtier, est évitée.In addition, in operation, due to the arrangement of the opening, at least a portion of the slag and glowing particles are intercepted, cooled and removed by the flowing attenuating liquid. Such a flow also contributes to the collection, incorporation and evacuation of particles and aerosols produced during cutting. In this way, the accumulation of pollutants, at the housing level, is avoided.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le système de découpe laser comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles:According to other advantageous aspects of the invention, the laser cutting system comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in all technically possible combinations:
- la tête de découpe comporte également au moins une buse configurée pour émettre un jet de gaz suivant au moins une direction de soufflage, l’axe de propagation et l’au moins une direction de soufflage étant sécants ou confondus, l’ouverture du boîtier étant configurée pour intercepter au moins une partie du jet de gaz;- the cutting head also comprises at least one nozzle configured to emit a jet of gas along at least one direction of blowing, the axis of propagation and the at least one direction of blowing being secant or coincident, the opening of the housing being configured to intercept at least a portion of the gas jet;
- le système de découpe laser comporte, en outre, une source laser configurée pour générer un faisceau laser de puissance présentant une longueur d’onde d’émission prédéterminée, la tête de découpe et la source laser étant configurées de sorte que le faisceau laser de puissance débouche hors de la tête de découpe par la sortie optique en se propageant suivant l’axe de propagation, le dispositif d’arrêt de faisceau comportant également un réservoir de liquide d’atténuation et une pompe, la pompe étant connectée entre le réservoir et le port d’amenée et étant configurée pour acheminer le liquide d’atténuation, suivant un débit appartenant à une plage de débits prédéterminée, depuis le réservoir jusqu’au port d’amenée pour son injection dans la cavité du dispositif d’arrêt, le port d’amenée étant configuré de façon à, pour un débit de liquide quelconque dans la plage de débits, délivrer le liquide d’atténuation dans la cavité en un jet interceptant l’axe de propagation, le liquide d’atténuation présentant un coefficient d’absorption non nul dans une première plage de longueurs d’onde autour de la longueur d’onde d’émission;- the laser cutting system further comprises a laser source configured to generate a power laser beam having a predetermined emission wavelength, the cutting head and the laser source being configured so that the laser beam of power emerges out of the cutting head via the optical outlet by propagating along the axis of propagation, the beam stopper device also comprising a reservoir of attenuation liquid and a pump, the pump being connected between the reservoir and the supply port and being configured to supply the attenuation liquid, according to a flow rate belonging to a predetermined range of flow rates, from the reservoir to the supply port for its injection into the cavity of the stop device, the inlet port being configured to, for any liquid flow rate within the flow rate range, deliver the attenuating liquid into the cavity in a jet intercepting the axis of propagation, the attenuating liquid having a coefficient d non-zero absorption in a first range of wavelengths around the emission wavelength;
- la paroi du boîtier comporte une face interne orientée vers la cavité, et sur laquelle un périmètre prédéterminé délimite une zone d’impact autour d’un point d’intersection entre l’axe de propagation et la face interne, au moins la zone d’impact étant réalisée dans un matériau absorbant dans une deuxième plage de longueurs d’onde autour de la longueur d’onde d’émission, de préférence la face interne étant réalisée dans un matériau absorbant dans la deuxième plage de longueurs d’onde;- the wall of the case has an internal face oriented towards the cavity, and on which a predetermined perimeter delimits an impact zone around a point of intersection between the axis of propagation and the internal face, at least the zone d the impact being made of a material that absorbs in a second range of wavelengths around the emission wavelength, preferably the internal face being made of a material that absorbs in the second range of wavelengths;
- le port d’amenée est configuré de façon à, pour un débit de liquide quelconque dans la plage de débits prédéterminée, délivrer le liquide d’atténuation dans la cavité en un jet balayant au moins la zone d’impact de la face interne du boîtier;- the supply port is configured so as to, for any liquid flow rate in the predetermined flow rate range, deliver the attenuation liquid into the cavity in a jet sweeping at least the impact zone of the internal face of the housing;
- le port d’amenée et le port d’évacuation sont configurés de façon à, pour un débit de liquide quelconque dans la plage de débits prédéterminée, émettre le liquide d’atténuation dans la cavité en un jet intégralement collecté par le port d’évacuation, quelle que soit l’orientation du boîtier;- the supply port and the discharge port are configured so as to, for any liquid flow rate within the predetermined flow rate range, emit the attenuation liquid into the cavity in a jet entirely collected by the evacuation, regardless of the orientation of the housing;
- le dispositif d’arrêt de faisceau comporte, en outre, un organe de surveillance configuré pour comparer un débit de liquide en amont du port d’amenée et un débit de liquide en aval du port d’évacuation, et pour délivrer un signal d’alerte si le débit de liquide en aval du port d’évacuation est inférieur au débit de liquide en amont du port d’amenée;- the beam stop device further comprises a monitoring device configured to compare a flow rate of liquid upstream of the supply port and a flow rate of liquid downstream of the discharge port, and to deliver a signal d alert if the liquid flow rate downstream of the discharge port is less than the liquid flow rate upstream of the supply port;
- l’ouverture est configurée pour intercepter une matière fondue et/ou des scories non adhérentes produites par une pièce agencée entre l’ouverture et la sortie optique et éclairée par le faisceau laser de puissance;- the opening is configured to intercept a molten material and/or non-adherent slag produced by a part arranged between the opening and the optical outlet and illuminated by the power laser beam;
- l’ouverture est configurée pour intercepter au moins une partie du jet de gaz émis par chaque buse;- the opening is configured to intercept at least part of the gas jet emitted by each nozzle;
- le système de découpe laser comprend un bras de jonction reliant la tête de découpe au dispositif d’arrêt;- the laser cutting system includes a connecting arm connecting the cutting head to the stop device;
- le dispositif d’arrêt de faisceau comporte un organe d’introduction de turbulences agencé en amont de l’axe de propagation dans un sens allant du port d’amenée vers le port d’évacuation, et configuré pour conférer un caractère turbulent à un écoulement d’un liquide dans la cavité entre le port d’amenée et le port d’évacuation, en fonction de la viscosité du liquide, de dimensions transverses d’un jet du liquide issu du port d’amenée et d’une vitesse du liquide dans la cavité;- the beam stop device comprises a turbulence introduction member arranged upstream of the axis of propagation in a direction going from the supply port to the evacuation port, and configured to confer a turbulent character on a flow of a liquid in the cavity between the inlet port and the outlet port, as a function of the viscosity of the liquid, of the transverse dimensions of a jet of liquid issuing from the inlet port and of a velocity of the liquid in the cavity;
- le dispositif d’arrêt de faisceau comporte un organe d’injection configuré pour injecter un gaz et/ou des particules dans la cavité, en amont de l’axe de propagation dans un sens allant du port d’amenée vers le port d’évacuation.- the beam stop device comprises an injection member configured to inject a gas and/or particles into the cavity, upstream of the axis of propagation in a direction going from the supply port to the port of evacuation.
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels:The invention will be better understood using the following description, given solely by way of non-limiting example and made with reference to the appended drawings in which:
Un système de découpe laser 102 selon l’invention est illustré par la figure 3. Sur cette figure est également représentée une pièce 4 à découper, distante d’une structure 5 à préserver.A laser cutting system 102 according to the invention is illustrated by FIG. 3. This figure also shows a part 4 to be cut, remote from a structure 5 to be preserved.
Le système de découpe laser 102 est représenté en fonctionnement, lors de la réalisation d’une saignée 12 débouchante dans la pièce 4.The laser cutting system 102 is shown in operation, when making a kerf 12 opening into part 4.
Les caractéristiques de la saignée 12 ont été décrites précédemment en référence aux figures 1 et 2.The characteristics of the groove 12 have been described previously with reference to Figures 1 and 2.
Le système de découpe laser 102 comporte une source laser 120, une tête de découpe 122 et un dispositif 123 d’arrêt de faisceau.The laser cutting system 102 includes a laser source 120, a cutting head 122 and a beam stop device 123.
La source laser 120 est configurée pour générer un faisceau laser de puissance 124, destiné à la découpe de la pièce 4.The laser source 120 is configured to generate a power laser beam 124, intended for the cutting of the part 4.
La tête de découpe 122 est configurée pour émettre le faisceau laser de puissance 124 en direction de la pièce 4 pour sa découpe.The cutting head 122 is configured to emit the power laser beam 124 in the direction of the part 4 for its cutting.
Le dispositif d’arrêt 123 est configuré pour absorber l’énergie initiale et l’énergie résiduelle du faisceau laser de puissance 124, et pour capter au moins une partie des polluants émis lors de la découpe de la pièce 4. Le dispositif d’arrêt 124 est conçu pour résister à l’impact de la matière fondue et des scories produites lors de la découpe de la pièce 4.The stop device 123 is configured to absorb the initial energy and the residual energy of the power laser beam 124, and to capture at least some of the pollutants emitted during the cutting of the part 4. The stop device 124 is designed to withstand the impact of molten material and dross produced when cutting part 4.
Comme indiqué précédemment, la source laser 120 est configurée pour générer le faisceau laser de puissance 124.As previously indicated, the laser source 120 is configured to generate the power laser beam 124.
Par exemple, la longueur d’onde du faisceau de puissance 124, dite «longueur d’onde d’émission», est comprise entre 900nm (nanomètres) et 1200nm, de préférence entre 950nm et 1150nm.For example, the wavelength of the power beam 124, called “emission wavelength”, is between 900nm (nanometers) and 1200nm, preferably between 950nm and 1150nm.
Avantageusement, la source laser 120 est configurée de sorte que la puissance du faisceau laser de puissance 124 puisse être modifiée au cours du temps, par exemple commandée au moyen d’un signal de commande appliqué en entrée de la source laser 120.Advantageously, the laser source 120 is configured so that the power of the power laser beam 124 can be modified over time, for example controlled by means of a control signal applied at the input of the laser source 120.
La tête de découpe 122 est configurée pour émettre le faisceau laser de puissance 124, comme cela a été mentionné précédemment.Cutting head 122 is configured to emit power laser beam 124, as previously mentioned.
La tête de découpe 122 comporte une sortie optique 126, la source laser 120 et la tête de découpe 122 coopérant de sorte que le faisceau laser de puissance 124 débouche hors de la tête de découpe 122 par la sortie optique 126 en se propageant suivant un axe de propagation A-A.The cutting head 122 includes an optical output 126, the laser source 120 and the cutting head 122 cooperating so that the power laser beam 124 emerges out of the cutting head 122 through the optical output 126 by propagating along an axis of propagation A-A.
Par exemple, le faisceau laser de puissance 124 est acheminé à travers une fibre optique 125 jusqu’à un organe optique 127 de focalisation et de collimation de la tête de découpe 122, destiné à mettre en forme le faisceau laser de puissance 124. Puis, le faisceau laser de puissance 124 se propage avantageusement jusqu’à la sortie optique 126 à travers un canal 129 ménagé dans la tête de découpe 122 et débouchant à l’extérieur de la tête de découpe 122 par la sortie optique 126.For example, the power laser beam 124 is routed through an optical fiber 125 to an optical member 127 for focusing and collimating the cutting head 122, intended to shape the power laser beam 124. Then, the power laser beam 124 advantageously propagates as far as the optical output 126 through a channel 129 made in the cutting head 122 and emerging outside the cutting head 122 via the optical output 126.
La tête de découpe 122 est mobile, de préférence selon les trois directions de l’espace. En particulier, la tête de découpe 122 est apte à se déplacer le long d’une direction de déplacement X-X, de façon à permettre la formation de la saignée 12 dans la pièce 4 sous l’action du faisceau laser de puissance 124.The cutting head 122 is mobile, preferably in the three directions of space. In particular, the cutting head 122 is capable of moving along an X-X direction of movement, so as to allow the formation of the kerf 12 in the part 4 under the action of the high-power laser beam 124.
La tête de découpe 122 comporte, en outre, au moins une buse 128.The cutting head 122 further comprises at least one nozzle 128.
La buse 128 est configurée pour émettre un jet de gaz 130 selon au moins une direction de soufflage B-B, par exemple un jet cylindrique, ou encore un jet planaire. Dans ce dernier cas, le jet de gaz 130 planaire s’étend avantageusement dans le plan P défini par la direction de déplacement X-X et l’axe de propagation A-A.The nozzle 128 is configured to emit a jet of gas 130 in at least one blowing direction B-B, for example a cylindrical jet, or even a planar jet. In the latter case, the planar gas jet 130 advantageously extends in the plane P defined by the direction of displacement X-X and the axis of propagation A-A.
Par «jet de gaz planaire s’étendant dans le plan P», il est entendu, au sens de la présente invention, un jet de gaz 130 qui est aplati suivant une direction orthogonale au plan P.By “planar gas jet extending in the plane P”, it is understood, within the meaning of the present invention, a gas jet 130 which is flattened in a direction orthogonal to the plane P.
Par exemple, la buse 128 est configurée de sorte que l’axe de propagation A-A s’étende dans le jet de gaz 130 correspondant. Dans ce cas, l’axe de propagation A-A du faisceau laser de puissance 124 et la direction de soufflage B-B sont confondus.For example, the nozzle 128 is configured so that the axis of propagation A-A extends into the corresponding gas jet 130. In this case, the axis of propagation A-A of the power laser beam 124 and the direction of blowing B-B coincide.
Selon un autre exemple, la buse 128 est configurée de sorte que la direction de soufflage B-B forme un angle avec l’axe de propagation du faisceau laser de puissance 124. Dans ce cas, l’axe de propagation A-A du faisceau laser de puissance 124 et la direction de soufflage B-B sont sécants, la direction de soufflage appartenant avantageusement au plan défini par la direction de déplacement X-X et l’axe de propagation A-A.According to another example, the nozzle 128 is configured so that the B-B blowing direction forms an angle with the axis of propagation of the power laser beam 124. In this case, the axis of propagation A-A of the power laser beam 124 and the direction of blowing B-B are secant, the direction of blowing advantageously belonging to the plane defined by the direction of displacement X-X and the axis of propagation A-A.
Comme indiqué précédemment, le dispositif d’arrêt 123 est configuré pour absorber l’énergie initiale et l’énergie résiduelle du faisceau laser de puissance 124 délivré par la tête de découpe 122.As previously indicated, the stopper 123 is configured to absorb the initial energy and the residual energy of the power laser beam 124 delivered by the cutting head 122.
Le dispositif d’arrêt 123 comporte un boîtier 132, un réservoir 134 de liquide d’atténuation 136 et une pompe 137.The arresting device 123 comprises a housing 132, a reservoir 134 of attenuating liquid 136 and a pump 137.
Le boîtier 132 est relié au réservoir 134 par l’intermédiaire de la pompe 137, la pompe 137 étant configurée pour acheminer le liquide d’atténuation 136 depuis le réservoir 134 vers le boîtier 132, et plus précisément vers une cavité 140 du boîtier 132.Housing 132 is connected to reservoir 134 via pump 137, pump 137 being configured to convey attenuation liquid 136 from reservoir 134 to housing 132, and more precisely to a cavity 140 of housing 132.
Le boîtier 132 est destiné à capter l’énergie du faisceau laser de puissance 124 qui n’est pas déposée dans la pièce 4. Une telle énergie captée par le boîtier 132 sera ensuite évacuée, soit par échange thermique avec l’environnement du boitier 132 par rayonnement ou convection, soit par échauffement du liquide d’atténuation 136 utilisé comme caloporteur.The housing 132 is intended to capture the energy of the power laser beam 124 which is not deposited in the part 4. Such energy captured by the housing 132 will then be evacuated, either by heat exchange with the environment of the housing 132 by radiation or convection, or by heating of the attenuation liquid 136 used as coolant.
Le boîtier 132 est également destiné à collecter au moins une partie des polluants générés lors de la découpe de la pièce 4.The box 132 is also intended to collect at least some of the pollutants generated during the cutting of the part 4.
En outre, la pompe 137 est configurée pour acheminer le liquide d’atténuation 136 depuis le réservoir 134 jusqu’au boîtier 132, selon un débit appartenant à une plage de débits prédéterminée.Furthermore, the pump 137 is configured to convey the attenuation liquid 136 from the reservoir 134 to the housing 132, according to a flow rate belonging to a range of predetermined flow rates.
Avantageusement, le liquide d’atténuation 136 n’est pas transparent dans une plage de longueurs d’onde autour de la longueur d’onde d’émission. Par exemple, à la longueur d’onde d’émission, le liquide d’atténuation présente un coefficient d’absorption compris entre 15m-1(par mètre) et 150m-1. De telles valeurs s’entendent en condition statique, c’est-à-dire lorsque le liquide d’atténuation 136 est au repos. En effet, les performances d’atténuation du liquide d’atténuation 136 (c’est-à-dire la capacité du liquide d’atténuation à réduire l’énergie atteignant la zone d’impact 148) sont améliorées en régime turbulent et par injection de bulles ou de particules, comme cela sera décrit par la suite.Advantageously, the attenuation liquid 136 is not transparent in a range of wavelengths around the emission wavelength. For example, at the emission wavelength, the attenuation liquid has an absorption coefficient of between 15m -1 (per meter) and 150m -1 . Such values are understood to be in static condition, that is to say when the attenuation liquid 136 is at rest. Indeed, the attenuation performance of the attenuation liquid 136 (that is to say the capacity of the attenuation liquid to reduce the energy reaching the impact zone 148) is improved in turbulent regime and by injection bubbles or particles, as will be described later.
De préférence, le liquide d’atténuation 136 est ininflammable.Preferably, the attenuating liquid 136 is non-flammable.
Le boîtier 132 comprend une paroi 138 délimitant la cavité 140 précédemment mentionnée. La paroi 138 comprend une face interne 142 orientée vers la cavité 140.The housing 132 comprises a wall 138 delimiting the cavity 140 previously mentioned. The wall 138 includes an inner face 142 facing the cavity 140.
Comme cela apparaît sur la figure 3, la cavité 140 débouche à l’extérieur du boîtier 132 par une ouverture 144 ménagée dans la paroi 138, et orientée vers la sortie optique 126.As shown in Figure 3, the cavity 140 opens outside the housing 132 through an opening 144 made in the wall 138, and oriented towards the optical output 126.
Plus précisément, le boîtier 132 est agencé de sorte que l’axe de propagation A-A du faisceau laser de puissance 124 traverse l’ouverture 144. En outre, l’ouverture 144 est avantageusement configurée pour intercepter, en l’absence de la pièce 4, au moins une partie du jet de gaz 130 émis par la buse 128. L’ouverture 144 est également avantageusement configurée de façon à intercepter, en présence de la pièce 4, une partie du jet de gaz 130 modifié par la géométrie de la saignée 12 et dévié par le front de coupe 16, ainsi qu’une partie au moins de la matière fondue et des scories produites lors de la découpe de la pièce 4 et qui ne s’accumulent pas sur les berges de la saignée 12 en formant le dépôt 19.More precisely, the housing 132 is arranged so that the axis of propagation A-A of the power laser beam 124 passes through the opening 144. In addition, the opening 144 is advantageously configured to intercept, in the absence of the part 4 , at least part of the gas jet 130 emitted by the nozzle 128. The opening 144 is also advantageously configured so as to intercept, in the presence of the part 4, part of the gas jet 130 modified by the geometry of the groove 12 and deflected by the cutting edge 16, as well as at least part of the molten material and the slag produced during the cutting of the part 4 and which do not accumulate on the banks of the groove 12 forming the deposit 19.
Un périmètre prédéterminé délimite, sur la surface interne 142 de la paroi 138, une zone d’impact 148 autour d’un point d’intersection entre l’axe de propagation A-A et la face interne 142. Par exemple, la zone d’impact 148 représente la projection, selon l’axe de propagation A-A, de l’ouverture 144 sur la face interne 142.A predetermined perimeter delimits, on the internal surface 142 of the wall 138, an impact zone 148 around a point of intersection between the axis of propagation A-A and the internal face 142. For example, the impact zone 148 represents the projection, along the axis of propagation A-A, of the opening 144 on the internal face 142.
Avantageusement, au moins la zone d’impact 148 est réalisée dans un matériau absorbant dans une plage de longueurs d’onde autour de la longueur d’onde d’émission. Par exemple, la face interne 142 est entièrement réalisée dans un tel matériau.Advantageously, at least the impact zone 148 is made of a material that absorbs in a range of wavelengths around the emission wavelength. For example, the internal face 142 is entirely made of such a material.
Outre l’ouverture 144, le boîtier 138 comprend également un port 150 d’amenée de fluide dans la cavité 140, et un port 152 d’évacuation de fluide depuis la cavité 140, chacun distinct de l’ouverture 144.In addition to the opening 144, the housing 138 also includes a port 150 for bringing fluid into the cavity 140, and a port 152 for evacuating fluid from the cavity 140, each separate from the opening 144.
Le port d’amenée 150 est relié au réservoir 134 par l’intermédiaire de la pompe 137 pour recevoir le liquide d’atténuation et délivrer ledit liquide d’atténuation 136 dans la cavité 140.Supply port 150 is connected to reservoir 134 via pump 137 to receive attenuation liquid and deliver said attenuation liquid 136 into cavity 140.
En outre, le port d’évacuation 152 est relié à un organe 154 de collecte du liquide d’atténuation pour évacuer le liquide d’atténuation 136 depuis la cavité 140 vers l’organe de collecte 154.Further, the drain port 152 is connected to an attenuating liquid collecting member 154 to drain the attenuating liquid 136 from the cavity 140 to the collecting member 154.
L’écoulement de liquide d’atténuation dans la cavité 140 est avantageux, dans la mesure où il favorise la collecte des polluants par entraînement de cisaillement et/ou par effet Venturi. Le fait que l’ouverture 144 intercepte au moins partiellement le jet de gaz 130 accroît l’efficacité de cette collecte.The flow of attenuating liquid in the cavity 140 is advantageous, insofar as it promotes the collection of pollutants by shear drive and/or by the Venturi effect. The fact that the opening 144 at least partially intercepts the gas jet 130 increases the efficiency of this collection.
Le port d’amenée 150 est configuré de façon à, pour un débit de liquide quelconque dans la plage de débits prédéterminée, délivrer le liquide d’atténuation dans la cavité 140 en un jet interceptant l’axe de propagation A-A. Un tel effet est également susceptible d’être obtenu par une coopération entre le port d’amenée 150 et la paroi 138, cette dernière présentant une forme judicieusement choisie.The supply port 150 is configured so that, for any liquid flow rate within the predetermined flow rate range, the attenuating liquid is delivered into the cavity 140 in a jet intercepting the axis of propagation A-A. Such an effect is also likely to be obtained by cooperation between the supply port 150 and the wall 138, the latter having a judiciously chosen shape.
Par un tel agencement, la partie du faisceau laser de puissance 124 qui se propage dans la cavité 140 est atténuée par absorption le long de son chemin à travers la cavité 140, c’est-à-dire à travers le liquide d’atténuation, avant d’atteindre la zone d’impact 148. Une fraction du faisceau laser de puissance 124 est également diffusée, lors de sa propagation, vers d’autres parties de la surface interne du fait d’inhomogénéités d’indice dans la cavité 140, comme cela sera décrit ultérieurement. Il en résulte que l’énergie déposée dans la zone d’impact 148 est réduite, ce qui facilite son refroidissement et augmente sa durée de vie.By such an arrangement, the portion of the power laser beam 124 which propagates into the cavity 140 is attenuated by absorption along its path through the cavity 140, i.e. through the attenuating liquid, before reaching the impact zone 148. A fraction of the power laser beam 124 is also scattered, during its propagation, towards other parts of the internal surface due to index inhomogeneities in the cavity 140, as will be described later. As a result, the energy deposited in the impact zone 148 is reduced, which facilitates its cooling and increases its life.
Avantageusement, le port d’amenée 150 est également configuré de façon à, pour un débit de liquide quelconque dans la plage de débits prédéterminée, émettre le liquide d’atténuation dans la cavité 140 en un jet balayant au moins la zone d’impact 148 de la face interne 142 du boîtier 132. Un tel effet est également susceptible d’être obtenu par une coopération entre le port d’amenée 150 et la paroi 138, cette dernière présentant une forme judicieusement choisie.Advantageously, the supply port 150 is also configured so as to, for any liquid flow rate in the predetermined flow rate range, emit the attenuation liquid into the cavity 140 in a jet sweeping at least the impact zone 148 of the internal face 142 of the casing 132. Such an effect is also capable of being obtained by cooperation between the supply port 150 and the wall 138, the latter having a judiciously chosen shape.
Ceci est avantageux, dans la mesure où le jet de liquide d’atténuation 140 contribue au refroidissement de la zone d’impact 148 en particulier, et plus généralement des faces interne de la cavité 142, ce qui augmente la durée de vie de la paroi 138 en particulier, donc du boîtier 132.This is advantageous, insofar as the jet of attenuating liquid 140 contributes to the cooling of the impact zone 148 in particular, and more generally of the internal faces of the cavity 142, which increases the life of the wall. 138 in particular, therefore of the box 132.
De préférence, le port d’amenée 150 et le port d’évacuation 152 sont agencés de sorte que, pour un débit de liquide quelconque dans la plage de débits prédéterminée, le port d’évacuation 152 collecte intégralement le jet de liquide d’atténuation émis dans la cavité par le port d’amenée 150, quelle que soit l’orientation du boîtier. Un tel effet est également susceptible d’être obtenu par une coopération entre le port d’amenée 150, le port d’évacuation 152 et la paroi 138, cette dernière présentant une forme judicieusement choisie.Preferably, the supply port 150 and the discharge port 152 are arranged so that, for any liquid flow rate within the predetermined flow rate range, the discharge port 152 entirely collects the jet of attenuating liquid. emitted into the cavity by the supply port 150, regardless of the orientation of the housing. Such an effect is also capable of being obtained by cooperation between the supply port 150, the evacuation port 152 and the wall 138, the latter having a judiciously chosen shape.
Il en résulte que le liquide d’évacuation 140, chargé de polluants générés par la découpe, est intégralement évacué vers l’organe de collecte 154, ce qui est avantageux d’un point de vue sanitaire et/ou écologique.As a result, the evacuation liquid 140, loaded with pollutants generated by the cutting, is completely evacuated towards the collection member 154, which is advantageous from a health and/or ecological point of view.
De préférence, dans ce cas, le dispositif d’arrêt 123 comporte également un organe de surveillance 155 configuré pour comparer un débit de liquide en amont du port d’amenée 150 et un débit de liquide en aval du port d’évacuation 152, et pour délivrer un signal d’alerte si le débit de liquide en aval du port d’évacuation 152 est inférieur au débit de liquide en amont du port d’amenée 150.Preferably, in this case, the stop device 123 also comprises a monitoring device 155 configured to compare a flow rate of liquid upstream of the supply port 150 and a flow rate of liquid downstream of the discharge port 152, and to issue an alert signal if the liquid flow rate downstream of the discharge port 152 is less than the liquid flow rate upstream of the inlet port 150.
Ceci est avantageux, dans la mesure où une chute de débit entre le port d’amenée 150 et le port d’évacuation 152 traduit une fuite de liquide d’atténuation chargé en polluants, par exemple à travers l’ouverture 144.This is advantageous, insofar as a drop in flow between the supply port 150 and the evacuation port 152 reflects a leak of attenuation liquid loaded with pollutants, for example through the opening 144.
De préférence, le dispositif d’arrêt 123 comporte également un organe d’injection 156 configuré pour injecter un gaz et/ou des particules dans la cavité 140, en amont de l’axe de propagation A-A dans un sens allant du port d’amenée 150 vers le port d’évacuation 152.Preferably, the stop device 123 also comprises an injection member 156 configured to inject a gas and/or particles into the cavity 140, upstream of the axis of propagation A-A in a direction going from the inlet port 150 to evacuation port 152.
Ceci est avantageux, dans la mesure où, lors de l’écoulement du liquide d’atténuation dans la cavité, le gaz injecté par l’organe d’injection 156 forme des bulles qui créent des turbulences et des inhomogénéités spatiales d’indice de réfraction, ce qui conduit à une diffusion du faisceau laser de puissance 124 dans la cavité. L’énergie déposée dans la zone d’impact 148 est réduite, ce qui facilite son refroidissement et augmente sa durée de vie.This is advantageous insofar as, during the flow of the attenuation liquid in the cavity, the gas injected by the injection member 156 forms bubbles which create turbulence and spatial inhomogeneities of refractive index. , which leads to a diffusion of the power laser beam 124 in the cavity. The energy deposited in the impact zone 148 is reduced, which facilitates its cooling and increases its lifespan.
Par exemple, l’organe 156 d’injection de gaz est un mousseur exploitant l’effet Venturi, ou encore un spray d’injection de gaz.For example, the gas injection member 156 is a foamer exploiting the Venturi effect, or even a gas injection spray.
Les mêmes avantages sont obtenus lorsque organe d’injection 156 est configuré pour injecter des particules dans la cavité 140.The same advantages are obtained when injection member 156 is configured to inject particles into cavity 140.
De préférence encore, le dispositif d’arrêt 123 comporte un organe d’introduction de turbulences (non représenté, tel qu’une une canalisation coudée débouchant dans la cavité par le port d’amenée 150), agencé en amont de l’axe de propagation A-A dans un sens allant du port d’amenée 150 vers le port d’évacuation 152, en particulier agencé en amont du port d’amenée 150. L’organe d’introduction de turbulences est configuré pour conférer un caractère turbulent à l’écoulement du liquide d’atténuation 136 dans la cavité 140. Plus précisément, l’organe d’introduction de turbulences est configuré de sorte à conférer un régime turbulent au liquide d’atténuation lors de son écoulement dans la cavité 140 entre le port d’amenée 150 et le port d’évacuation 152, c’est-à-dire un écoulement présentant un nombre de Reynolds suffisamment élevé, typiquement supérieur à 2000. En particulier, l’organe d’introduction de turbulences est configuré, en fonction de la viscosité du liquide d’atténuation, des dimensions transverses du jet de liquide d’atténuation et de la vitesse du liquide d’atténuation dans la cavité 140, de sorte à conférer un caractère turbulent audit écoulement.Preferably again, the stop device 123 comprises a member for introducing turbulence (not shown, such as a bent pipe opening into the cavity via the supply port 150), arranged upstream of the axis of propagation A-A in a direction going from the supply port 150 to the evacuation port 152, in particular arranged upstream of the supply port 150. The turbulence introduction member is configured to confer a turbulent character on the flow of the attenuation liquid 136 in the cavity 140. More specifically, the turbulence introduction member is configured so as to impart a turbulent regime to the attenuation liquid during its flow in the cavity 140 between the port of supply 150 and the evacuation port 152, that is to say a flow having a sufficiently high Reynolds number, typically greater than 2000. In particular, the turbulence introduction member is configured, according to the viscosity of the attenuating liquid, of the transverse dimensions of the jet of attenuating liquid and of the speed of the attenuating liquid in the cavity 140, so as to confer a turbulent nature on said flow.
De telles turbulences constituent également des inhomogénéités spatiales d’indice de réfraction, qui conduisent à une diffusion du faisceau laser de puissance 124 dans la cavité, et à une baisse de l’énergie déposée dans la zone d’impact 148.Such turbulences also constitute spatial inhomogeneities of refractive index, which lead to a diffusion of the laser beam of power 124 in the cavity, and to a drop in the energy deposited in the impact zone 148.
De préférence, l’organe de collecte 154 comporte un filtre (non représenté) configuré pour filtrer le liquide d’atténuation acheminé depuis le port d’évacuation 152. Par exemple, un tel filtre est un filtre hydro-cyclonique, associé à un caisson de récupération, un filtre de décantation avec cendriers, ou encore un filtre à cartouche pour les poussières et gaz. Avantageusement, le liquide d’atténuation filtré est réintroduit dans le réservoir 136 pour être recyclé, c’est-à-dire réutilisé.Preferably, the collection member 154 comprises a filter (not shown) configured to filter the attenuation liquid conveyed from the evacuation port 152. For example, such a filter is a hydro-cyclonic filter, associated with a box recovery, a settling filter with ashtrays, or a cartridge filter for dust and gas. Advantageously, the filtered attenuation liquid is reintroduced into the tank 136 to be recycled, that is to say reused.
Avantageusement, pour garantir une stabilité dans le temps de la position relative du boîtier 132 par rapport à la tête de découpe 122 (et en particulier par rapport à l’axe de propagation A-A), le système de découpe laser 102 comprend un bras de jonction 149 reliant la tête de découpe 122 au dispositif d’arrêt 123.Advantageously, to guarantee stability over time of the relative position of the housing 132 with respect to the cutting head 122 (and in particular with respect to the axis of propagation A-A), the laser cutting system 102 comprises a junction arm 149 connecting the cutting head 122 to the stop device 123.
Par exemple, afin de ne pas interférer avec la pièce 4, et comme illustré par la figure 3, le bras de jonction 149 présente une forme en U, chacune de ses extrémités étant reliée respectivement à la tête de découpe 122 et au dispositif d’arrêt 123.For example, in order not to interfere with the part 4, and as illustrated by FIG. 3, the connecting arm 149 has a U-shape, each of its ends being connected respectively to the cutting head 122 and to the cutting device. stop 123.
En variante, le bras de jonction 123 présente une épaisseur, dans une direction orthogonale au plan P, qui est inférieure à la largeur attendue de la saignée 12 dans cette même direction. Dans ce cas, en fonctionnement, le bras de liaison 149 s’étend dans la saignée 12 sans entrer en contact avec la pièce 4 lors de sa découpe.As a variant, the junction arm 123 has a thickness, in a direction orthogonal to the plane P, which is less than the expected width of the groove 12 in this same direction. In this case, in operation, the connecting arm 149 extends in the groove 12 without coming into contact with the part 4 during its cutting.
Avantageusement, le bras de jonction 149 est configuré pour permettre un ajustement de l’écartement entre la tête de découpe 122 et le dispositif d’arrêt 123. Ceci est avantageux pour limiter l’encombrement du système de découpe laser 102 et éloigner le boîtier 132 de la structure 5 en arrière-plan, en maintenant le boîtier 132 aussi près que possible de la surface envers 9 de la pièce 4, en prenant en compte la hauteur du dépôt 19.Advantageously, the connecting arm 149 is configured to allow adjustment of the spacing between the cutting head 122 and the stop device 123. This is advantageous to limit the size of the laser cutting system 102 and move the housing 132 of the structure 5 in the background, keeping the box 132 as close as possible to the reverse surface 9 of the part 4, taking into account the height of the deposit 19.
En fonctionnement, la pompe 137 du système de découpe 102 est mise en marche de façon à entraîner le liquide d’atténuation depuis le réservoir 134 vers la cavité 140 du boîtier 132 à travers le port d’amenée 150. En outre, la source laser 120 est mise en route.In operation, the pump 137 of the cutting system 102 is turned on so as to drive the attenuating liquid from the reservoir 134 to the cavity 140 of the housing 132 through the supply port 150. In addition, the laser source 120 is started.
Pendant la phase d’approche de la tête de découpe 122 de la pièce 4, l’intégralité de l’énergie du faisceau laser de puissance 124 est déposée dans le dispositif d’arrêt 123. Plus précisément, une partie de l’énergie du faisceau laser de puissance 124 est absorbée par le liquide d’atténuation 136 et évacuée sous forme de chaleur à travers le port d’évacuation 152 par le liquide d’atténuation 136 échauffé, l’autre partie étant absorbée par la face interne 142 de la paroi 138 du boîtier 132 (soit au niveau de la zone d’impact 148, soit au niveau d’autres parties de la face interne 142 recevant une fraction du faisceau laser de puissance 124 qui est diffusée par le liquide d’atténuation).During the approach phase of the cutting head 122 of the part 4, all of the energy of the power laser beam 124 is deposited in the stop device 123. More precisely, part of the energy of the power laser beam 124 is absorbed by the attenuating liquid 136 and exhausted as heat through the exhaust port 152 by the heated attenuating liquid 136, the other part being absorbed by the internal face 142 of the wall 138 of housing 132 (either at the level of the impact zone 148, or at the level of other parts of the internal face 142 receiving a fraction of the power laser beam 124 which is diffused by the attenuation liquid).
Lorsque la tête de découpe 122 atteint la pièce 4, le faisceau laser de puissance 124 dépose une partie de son énergie dans la pièce 4 pour entraîner sa fusion et former la saignée 12. La matière fondue est évacuée vers la surface envers 9 de la pièce 4 par le jet de gaz 130.When the cutting head 122 reaches the part 4, the powerful laser beam 124 deposits part of its energy in the part 4 to cause it to melt and form the kerf 12. The molten material is evacuated towards the reverse surface 9 of the part. 4 by gas jet 130.
Une partie de la matière fondue se solidifie au niveau du fond de saignée 14 en un dépôt 19. Le reste de la matière fondue est éjecté sous forme de scories (conjointement aux particules, gaz, fumées, etc. résultant de la découpe) vers le dispositif d’arrêt 132, et plus spécifiquement vers l’ouverture 144, et emporté vers l’organe de collecte 154 par le liquide d’atténuation 136. Une telle collecte est due, d’une part, au jet de gaz 130 qui est intercepté par l’ouverture 144, et, d’autre part à l’écoulement du liquide d’atténuation 136 qui favorise cette capture par entrainement de cisaillement et/ou par effet Venturi.A part of the molten material solidifies at the level of the groove bottom 14 in a deposit 19. The rest of the molten material is ejected in the form of slag (together with the particles, gases, fumes, etc. resulting from the cutting) towards the stop device 132, and more specifically towards the opening 144, and carried towards the collection member 154 by the attenuating liquid 136. Such collection is due, on the one hand, to the gas jet 130 which is intercepted by the opening 144, and, on the other hand, to the flow of the attenuating liquid 136 which promotes this capture by shearing and/or by the Venturi effect.
Claims (12)
le système de découpe (102) étant caractérisé en ce qu’il comprend, en outre, un dispositif (123) d’arrêt de faisceau comportant un boîtier (132), le boîtier (132) comprenant une paroi (138) délimitant une cavité (140), la cavité (140) débouchant à l’extérieur du boîtier (132) par une ouverture (144), l’ouverture (144) étant orientée vers la sortie optique (126), l’axe de propagation (A-A) traversant l’ouverture (144),
le boîtier (132) comprenant également un port (150) d’amenée de fluide dans la cavité (140), et un port (152) d’évacuation de fluide depuis la cavité (140), le port d’amenée (150) et le port d’évacuation (152) étant distincts de l’ouverture (144).Laser cutting system (102) comprising a cutting head (122), the cutting head (122) comprising an optical output (126) intended for the emission of an optical beam along a predetermined propagation axis (AA),
the cutting system (102) being characterized in that it further comprises a device (123) for stopping the beam comprising a housing (132), the housing (132) comprising a wall (138) delimiting a cavity (140), the cavity (140) emerging outside the housing (132) through an opening (144), the opening (144) being oriented towards the optical output (126), the axis of propagation (AA) passing through the opening (144),
the housing (132) also comprising a port (150) for supplying fluid into the cavity (140), and a port (152) for discharging fluid from the cavity (140), the supply port (150) and the exhaust port (152) being separate from the opening (144).
le dispositif (123) d’arrêt de faisceau comportant également un réservoir (134) de liquide d’atténuation (136) et une pompe (137), la pompe (137) étant connectée entre le réservoir (134) et le port d’amenée (150) et étant configurée pour acheminer le liquide d’atténuation (136), suivant un débit appartenant à une plage de débits prédéterminée, depuis le réservoir (134) jusqu’au port d’amenée (150) pour son injection dans la cavité (140) du dispositif d’arrêt (123),
le port d’amenée (150) étant configuré de façon à, pour un débit de liquide quelconque dans la plage de débits, délivrer le liquide d’atténuation (136) dans la cavité (140) en un jet interceptant l’axe de propagation (A-A),
le liquide d’atténuation (136) présentant un coefficient d’absorption non nul dans une première plage de longueurs d’onde autour de la longueur d’onde d’émission.A laser cutting system (102) according to claim 1 or 2, further comprising a laser source (120) configured to generate a power laser beam (124) having a predetermined emission wavelength, the cutting (122) and the laser source (120) being configured so that the power laser beam (124) emerges out of the cutting head (122) through the optical output (126) by propagating along the axis of propagation (AA),
the beam blocking device (123) also comprising a reservoir (134) of attenuating liquid (136) and a pump (137), the pump (137) being connected between the reservoir (134) and the port of supply (150) and being configured to supply the attenuation liquid (136), according to a flow rate belonging to a range of predetermined flow rates, from the reservoir (134) to the supply port (150) for its injection into the cavity (140) of the stop device (123),
the inlet port (150) being configured to, for any liquid flow rate within the range of flow rates, deliver the attenuating liquid (136) into the cavity (140) in a jet intercepting the axis of propagation (AA),
the attenuating liquid (136) exhibiting a non-zero absorption coefficient in a first range of wavelengths around the emission wavelength.
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| FR1915213A FR3105043B1 (en) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | Laser cutting system |
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| FR3105043B1 FR3105043B1 (en) | 2022-04-01 |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20040232120A1 (en) * | 2003-03-05 | 2004-11-25 | Michael Wessner | Cooling duct of a laser processing machine |
-
2019
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Patent Citations (1)
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| US20040232120A1 (en) * | 2003-03-05 | 2004-11-25 | Michael Wessner | Cooling duct of a laser processing machine |
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