ES3031761T3

ES3031761T3 - Laser cutting method using a nozzle with mobile element having an improved external profile

Info

Publication number: ES3031761T3
Application number: ES17197254T
Authority: ES
Inventors: Thomas Jouanneau; Philippe Lefebvre
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2025-07-11
Anticipated expiration: 2033-02-13
Also published as: KR20140142348A; PL3300831T3; MX2014011942A; CN104220209B; AU2013244880B2; CN104220209A; US20150336210A1; AU2013244880A1; JP6158299B2; EP3300831A1; IN2014DN08591A; FR2989013B1; CA2868207A1; FR2989013A1; SG11201406302SA; EP2834035A1; US9616525B2; ZA201407158B; WO2013150195A1; EP2834035B1

Abstract

La invención se refiere a una boquilla para corte por láser que comprende un cuerpo de boquilla (1) que comprende un alojamiento axial (5) y un primer orificio de salida (11) situado en la cara frontal (1a) del cuerpo de boquilla (1), un elemento móvil (2) dispuesto en el alojamiento axial (5) del cuerpo de boquilla (1), que comprende una parte frontal (2a) que forma un faldón y que comprende un segundo orificio de salida (12), pudiendo dicho elemento móvil (2) desplazarse en traslación en el alojamiento axial (5) en dirección al primer orificio de salida (11) bajo el efecto de una presión de gas ejercida sobre el elemento móvil (2) hasta que la parte frontal (2a) que forma un faldón del elemento móvil (2) sobresale del alojamiento axial (5) a través del primer orificio de salida (11), y un elemento elástico (8) dispuesto en el alojamiento axial (5), entre el cuerpo de boquilla (1) y el elemento móvil (2) que ejerce una fuerza de recuperación elástica sobre el elemento móvil (2). Según la invención, la parte frontal (2a) comprende una porción final (17) cuyo diámetro exterior disminuye gradualmente hacia el segundo orificio de salida (12). Cabezal de enfoque e instalación de corte láser asociada. Método de corte por rayo láser que utiliza una boquilla según la invención, un cabezal de enfoque láser según la invención o una instalación según la invención. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de corte utilizando una boquilla láser con un elemento móvil con perfil externo mejorado La invención se refiere a un procedimiento de corte de una pieza mediante rayo láser utilizando una boquilla con un elemento móvil interno que comprende un faldón que permite concentrar el gas de corte en el canal de corte y que ofrece, además, una implementación en el ámbito industrial y una vida útil mejoradas.

El corte con rayo láser requiere el uso de una boquilla, generalmente de cobre, que tenga el efecto de canalizar el gas y dejar pasar el rayo láser.

Las boquillas suelen tener diámetros de su orificio de salida comprendidos entre 0,5 y 3 mm para una distancia de trabajo comprendida entre 0,6 y 2 mm.

Para permitir el corte, es necesario usar presiones elevadas, generalmente de varios bares, en la cabeza de focalización para permitir que el gas entre en el canal para expulsar el metal fundido.

Sin embargo, una gran parte del gas utilizado, normalmente entre el 50 y el 90 %, no actúa sobre el proceso de corte, es decir, sobre la expulsión del metal fundido, porque sale por los lados del canal de corte.

De hecho, estas pérdidas de gas se deben a la enorme diferencia entre la sección de paso del orificio de boquilla y el tamaño del punto focal. Por ejemplo, a título indicativo, la sección de paso de una boquilla con un orificio de salida con un diámetro igual a 1,5 mm es 25 veces mayor que la sección del punto focal creado por el rayo láser que pasa a través de esta boquilla.

Sin embargo, si se aplica una proporción insuficiente de gas, aparecen defectos de corte, en particular rebabas adherentes y/o trazas de oxidación.

Intentar solucionar este problema reduciendo el diámetro del orificio de la boquilla no es lo ideal, ya que existe entonces el riesgo de que el rayo láser incida en el interior de la boquilla y la deteriore, lo que además deteriora también la calidad de corte y/o los rendimientos.

Además, existen cierto número de documentos que proponen diversas soluciones para tratar de favorecer la entrada del gas en el canal, por ejemplo, los documentos EP-A-1669159, JP-A-62006790, JP-A-61037393, JP-A-63108992, JP-A-63040695 y U<s>-A-4,031,351. El documento JP63040695 A divulga una boquilla de corte por láser que tiene como objetivo resolver el problema de reducir las rayaduras en la chapa que se ha de cortar. Sin embargo, ninguna de estas soluciones es realmente ideal porque a menudo tienen una arquitectura compleja de implementar, ocupan más espacio que una boquilla convencional y/o presentan una eficacia limitada.

En particular, el documento US-A-4,031,351 divulga una boquilla de corte por láser que comprende un elemento móvil cuyo extremo es presionado por un resorte contra la superficie de la pieza que se ha de cortar para favorecer la inyección del gas de corte en el canal.

El principal inconveniente de esta solución radica en el hecho de que la fuerza ejercida por el resorte en dirección a la chapa, combinada con la presión del gas de corte, hace que el elemento móvil ejerza una fuerza significativa sobre la chapa que se ha de cortar. De ello resulta un riesgo de deformación, rayadura o incluso arrastre de la chapa, que generalmente se coloca simplemente sobre la mesa de la máquina de corte industrial. Para solucionar esto, en la solicitud de patente francesa nro. 1154224, presentada el 16 de mayo de 2011, se propuso disponer un elemento móvil en el cuerpo de una boquilla láser. Este elemento móvil es capaz de desplazarse axialmente en dicho cuerpo, bajo el efecto de una presión de gas, en dirección a la superficie de la chapa que se ha de cortar. De ello resulta un acercamiento del elemento móvil a la superficie superior de la chapa que se ha de cortar, que entra en contacto con la chapa, formando así un faldón, cuyo perfil externo tiene forma cilíndrica, mediante el cual el gas de corte se canaliza y concentra al nivel del canal, lo que obliga al gas a entrar en el canal y mejora su eficacia.

Además, esta boquilla incluye un elemento elástico que ejerce una fuerza de retorno elástica sobre el elemento móvil en una dirección que tiende a alejarlo de la chapa. Por consiguiente, cuando se desconecta el gas, el elemento móvil puede hacerse retornar a su posición de reposo y, por lo tanto, el faldón puede volver al interior del cuerpo de boquilla.

Sin embargo, esta solución presenta algunos inconvenientes, en particular en el ámbito industrial.

De hecho, diferentes tipos de obstáculos pueden hallarse en la superficie de la chapa que se ha de cortar y obstaculizar el desplazamiento del elemento móvil a su posición de trabajo, es decir, en contacto con la chapa.

Por ejemplo, pueden ser sobreespesores de metal fundido resultantes de proyecciones que se produzcan durante las fases de perforación y de comienzo del corte, o partes ya cortadas que permanezcan atrapadas en la chapa y situadas en ángulo con respecto a la superficie de la chapa, es decir, de las cuales una parte esté ubicada por encima del nivel de la superficie superior de la chapa. Los cortes iniciados desde un borde de chapa también pueden crear escalones o desniveles, es decir, diferencias de nivel entre diferentes partes de la chapa, debido a una deformación o un descenso de ciertas partes de la chapa que se producen durante el corte.

Esto tiene como resultado riesgos de sacudidas y choques en la zona del extremo del faldón situado enfrente de la chapa cuando la pared periférica del faldón se enfrenta a obstáculos eventualmente presentes en la chapa. El desplazamiento del faldón puede ralentizarse, incluso frenarse bruscamente o incluso detenerse.

Los choques producidos en la zona del extremo del faldón, si la máquina de corte los detecta, pueden provocar paradas de emergencia intempestivas de la máquina. Estos choques también pueden dañar y afectar a la eficacia del faldón, hasta el punto de hacer que se rompa o se deteriore por completo. Entonces es necesario reemplazar el elemento móvil de la boquilla, lo que conduce a un aumento de los costes de producción y a una disminución de la productividad de la máquina de corte industrial.

Estos problemas son aun más importantes en el contexto de los llamados cortes «anidados», que se utilizan ampliamente en la industria debido al ahorro de material que se logra, ya que las piezas cortadas en una misma chapa están muy juntas entre sí, pudiendo algunas piezas incluso tener bordes comunes.

En el documento JP-A-7251287 se ha propuesto una boquilla láser que comprende un elemento móvil y un resorte que ejerce una fuerza que tiende a presionar dicho elemento sobre la chapa. Además, esta boquilla utiliza la fuerza ejercida por el gas de corte que escapa por debajo de la superficie de dicho elemento situada frente a la chapa que se ha de cortar para provocar que el elemento móvil se aleje ligeramente de la chapa.

Sin embargo, esta solución es difícil de implementar porque exige un control preciso de las diferentes fuerzas involucradas para ajustar y mantener el alejamiento deseado. Además, este alejamiento reduce la eficacia de inyección del gas en el canal. También sigue planteando un problema durante las etapas del procedimiento en las que la boquilla no suministra gas de corte, o bien sólo una presión de gas de corte baja alimenta la boquilla.

Este es particularmente el caso cuando se perfora la chapa, lo que se lleva a cabo con presiones de gas bajas, normalmente inferiores a 4 bar, o durante desplazamientos rápidos de la boquilla por encima de la chapa, a una distancia típica de 0,5 mm a unos pocos mm, que se realizan sin gas de corte ni rayo, en particular cuando se cortan varias piezas anidadas en una misma chapa. Para aumentar la velocidad y el ritmo de producción, estas operaciones se llevan a cabo generalmente evitando elevar el dispositivo que soporta la boquilla en relación con su posición en la configuración de corte.

En estas situaciones, la solución del documento JP-A-7251287 no permite que el elemento móvil se aleje de la chapa y uno se enfrenta a los problemas mencionados anteriormente, ya que el elemento móvil sobresale constantemente al exterior del cuerpo de la boquilla. Esto también plantea un problema durante las fases de perforación, debiendo impedirse una proximidad demasiado grande de la boquilla a la chapa debido a las proyecciones significativas de metal fundido generadas.

El problema que se plantea es, por lo tanto, proponer una boquilla de corte por rayo láser para la que los problemas mencionados anteriormente se reduzcan considerablemente, o incluso se eliminen, en particular, una boquilla láser cuyo desplazamiento sobre la chapa cortada se vea mucho menos alterado en caso de obstáculos situados en la superficie de dicha chapa y para la que los choques resultantes del encuentro de la boquilla con dichos obstáculos se reduzcan considerablemente en comparación con las soluciones existentes.

Además, la boquilla láser de la presente invención debe poder implementarse en el ámbito industrial, presentar una robustez y una vida útil mejoradas en comparación con las soluciones existentes y no perturbar el funcionamiento de la máquina de corte en la que está instalada dicha boquilla.

La solución de la presente invención es entonces un procedimiento de corte según la reivindicación 1.

La invención se comprenderá ahora mejor gracias a la siguiente descripción con referencia a las figuras adjuntas, entre las cuales:

- la Figura 1A esquematiza un cabeza de focalización de una instalación de corte por láser convencional,

- la Figura 1B esquematiza el tamaño del punto láser en relación con el tamaño del orificio de boquilla,

- la Figura 2 es un esquema en sección del cuerpo de una boquilla según la invención,

- la Figura 3 es un esquema en sección de una boquilla según la solicitud de patente francesa nro. 1154224, - la Figura 4 es un esquema en sección de una boquilla según un modo de realización de la invención,

- la Figura 5 es un esquema en sección del cuerpo de una boquilla según otro modo de realización no reivindicado;

- las Figuras 6A y 6B muestran la boquilla de la invención con el elemento móvil en dos posiciones diferentes, y

- la Figura 7 ilustra el desplazamiento del elemento móvil de una boquilla según la invención por encima de un desnivel.

La Figura 1A representa la cabeza de focalización 20 de una instalación de corte por láser convencional, a la que está fijada una boquilla láser 21 convencional, por la que pasan un rayo láser focalizado y un gas auxiliar (flecha 23) que sirve para expulsar el metal fundido por el rayo afuera del canal 31 de corte formado por el rayo 22 en la pieza metálica que se ha de cortar 30, por ejemplo, una chapa de acero o acero inoxidable.

El gas auxiliar puede ser un gas activo, tal como oxígeno, aire, CO2, hidrógeno, o un gas inerte, tal como argón, nitrógeno, helio, o una mezcla de varios de estos gases activos y/o inertes. La composición del gas se elige en particular de acuerdo con la naturaleza de la pieza que se ha de cortar.

El rayo que impacta en la pieza fundirá en ésta el metal, que será expulsado por debajo de la pieza por la presión del gas auxiliar.

La Figura 1B permite ver claramente la sección S1 de paso del orificio 24 de la boquilla 21 en relación con el tamaño S2 del punto focal del rayo 22. Como puede verse, la sección S1 es mucho mayor que el tamaño S2 del punto focal del rayo 22, lo que provoca, con las boquillas convencionales, un consumo elevado de gas auxiliar, del que sólo una pequeña proporción se utilizará para expulsar el metal fundido del canal de corte 31.

Para reducir considerablemente el consumo de gas, así como la presión requerida para el corte, se ha propuesto en la solicitud de patente francesa nro. 1154224 una boquilla láser apta y concebida para cortar con un rayo láser mediante la implementación de un caudal de gas y/o una presión de gas reducidos gracias a una arquitectura de boquilla específica que permite forzar una mayor proporción de gas a entrar en el canal 31 y expulsar en éste eficazmente el metal fundido, independientemente de la potencia del láser y de la longitud de onda del rayo.

Según el documento FR nro. 1154224, la boquilla láser comprende al menos dos componentes esenciales, a saber, un cuerpo 1 de boquilla que coopera con un elemento móvil 2 dispuesto de forma móvil dentro del cuerpo 1 de la boquilla, estando un modo de realización correspondiente ilustrado en las Figuras 2 y 3.

Más precisamente, como se ve en la Figura 2, el cuerpo 1 de boquilla, que está hecho de un material conductor, por ejemplo, cobre o latón, está destinado a fijarse a la cabeza de focalización láser 20 de la instalación láser.

Ventajosamente, el cuerpo 1 de boquilla es una pieza de revolución y está atravesado de un lado a otro por un alojamiento axial 5 con un eje AA que se extiende desde la cara trasera 1b del cuerpo 1 hasta la cara delantera de dicho cuerpo 1.

El alojamiento axial 5 desemboca al nivel de las dos caras delantera 1a y trasera 1b del cuerpo 1 de boquilla. Por lo tanto, la cara trasera 1b lleva un primer orificio de entrada 11', mientras que la cara delantera 1a lleva un primer orificio de salida 11 del cuerpo de boquilla 1, siendo los primeros orificios de entrada 11' y de salida 11 coaxiales al eje AA.

Este alojamiento axial 5 es de hecho una cavidad, por ejemplo, de forma cilíndrica, que comprende un resalte 9 interno que sobresale radialmente hacia el centro del alojamiento 5, estando formado dicho resalte interno 9 por una restricción 15 de la sección del alojamiento axial 5 al nivel del primer orificio de salida 11 ubicado en la cara delantera 1a del cuerpo 1 de boquilla.

La boquilla del documento FR nro. 1154224 también incluye un elemento móvil 2 que se inserta en el alojamiento 5 del cuerpo 1 de boquilla, preferiblemente de forma coaxial al cuerpo 1, como se ve en la Figura 3. Este elemento móvil 2 es apto y está concebido para moverse en traslación a lo largo del eje AA dentro del alojamiento 5 del cuerpo 1 de boquilla.

Según el documento FR nro. 1154224, este elemento móvil 2 comprende una parte delantera 2a que forma un faldón 6 de forma cilíndrica, es decir, tubular, dispuesto en el alojamiento axial 5 del cuerpo de boquilla 1 y que comprende un paso axial 4 con un segundo orificio de salida 12 que desemboca al nivel de la parte delantera 2 que forma dicho faldón 6.

Durante el uso de la boquilla, el rayo láser 22 y el gas auxiliar 23 atraviesan el paso axial 4 del elemento móvil 2 y salen de nuevo por el segundo orificio de salida 12 que desemboca al nivel de la parte delantera 2a que forma dicho faldón 6.

El elemento móvil 2 se puede desplazar axialmente con respecto al cuerpo 1 de la boquilla a lo largo del eje AA. De hecho, el elemento móvil 2 se desplaza bajo el efecto de la presión del gas auxiliar 23 que se ejerce sobre dicho elemento móvil 2, lo que tiende a empujarlo en dirección a la pieza que se ha de cortar 30.

El movimiento de traslación a lo largo del eje AA del elemento móvil 2 provocará el acercamiento del faldón 6 a la superficie superior 30 de la chapa que se ha de cortar, que entrarán en contacto entre sí, como se ilustra en la Figura 4A.

De este modo, el gas se canalizará mediante el faldón 6 y se concentrará al nivel del punto láser y, por tanto, del canal, lo que mejorará en gran medida su eficacia y la expulsión del metal.

Un elemento elástico 8, tal como un resorte, está dispuesto en el alojamiento axial 5, entre el cuerpo de boquilla 1 y el elemento móvil 2, para ejercer una fuerza de retorno elástica sobre el elemento móvil 2 en una dirección que tiende a alejarlo de la pieza que se ha de cortar. Por lo tanto, al final del corte, cuando se desconecta el gas y la presión del gas deja de ejercerse sobre el elemento móvil 2, este último puede hacerse retornar a su posición de reposo y, por lo tanto, el faldón 6 puede volver al interior del alojamiento 5.

El elemento elástico 8 permite así limitar el fenómeno de desgaste del faldón 6 durante las fases de perforación de la chapa que generalmente preceden a las fases de corte. De hecho, la perforación se lleva a cabo la mayoría de las veces con presiones de gas bajas, normalmente inferiores a 4 bar. El elemento elástico ejerce entonces una fuerza de retorno suficiente para que el faldón 6 vuelva a subir por completo o casi por completo al alojamiento 5 y, por lo tanto, esté protegido de las proyecciones de metal fundido creadas por la perforación.

Además, el elemento elástico 8 facilita los desplazamientos rápidos de la cabeza de corte a una corta distancia por encima de la chapa, sin gas de corte ni rayo, ya que la presión del gas deja entonces de ejercerse sobre el elemento móvil y el faldón 6 vuelve al interior del alojamiento 5. Sólo vuelve a subir el faldón 6 y no es necesario levantar la cabeza de focalización que sostiene la boquilla.

Según el documento FR nro. 1154224, el elemento móvil 2 comprende una parte delantera 2a que forma un faldón 6 de forma cilíndrica, es decir, de diámetro exterior constante a lo largo del eje AA.

Sin embargo, como ya se ha explicado, esta forma cilíndrica plantea un problema cuando hay obstáculos, irregularidades o sobreespesores, o desniveles, más altos que el nivel de la superficie superior de la chapa que se ha de cortar, en la superficie de la chapa que se ha de cortar, por ejemplo, como resultado de proyecciones de metal fundido o de piezas cortadas que queden bloqueadas en el esqueleto de la chapa.

De hecho, en esta configuración, la pared periférica externa de la parte delantera 2a constituye una pared perpendicular a la superficie de la chapa que se ha de cortar, es decir, vertical, cuya resistencia frente a un obstáculo es relativamente alta, en particular a las altas velocidades de corte que se encuentran en el corte por láser, normalmente entre 0,1 y 50 m/min, dependiendo del grosor de la chapa que se ha de cortar. El resultado es una mala absorción de los choques por parte del faldón 6 y un desplazamiento de dicho faldón fácilmente obstaculizado, ralentizado o incluso frenado bruscamente o incluso detenido. En otras palabras, el perfil externo cilíndrico del faldón favorece los choques frontales entre la superficie externa de dicho faldón y los obstáculos eventualmente presentes en la chapa.

Además, la presencia de una arista viva en el extremo de la parte delantera 2a, como puede verse en la Figura 3, favorece más la aparición de fisuras o roturas del faldón 6 en caso de choque y debilita el elemento móvil 2.

Para solucionar esto, la presente invención propone una boquilla láser con un elemento móvil mejorado, en particular cuya parte delantera 2a, que forma un faldón, es apta y está concebida para desplazarse sobre obstáculos, irregularidades o desniveles, y esto cuando el elemento móvil está en su posición de trabajo, es decir, en contacto con la superficie superior de la chapa que se ha de cortar.

Más precisamente, la parte delantera 2a de dicho elemento móvil comprende una porción terminal conformada para pasar por encima de un desnivel o un obstáculo sin choque o con un choque muy reducido a nivel del faldón 6, y sin ninguna o con muy poca reducción en la velocidad de desplazamiento de la boquilla.

Según la invención, la parte delantera 2a comprende una porción de extremo 17 cuyo diámetro exterior disminuye progresivamente en dirección al segundo orificio de salida 12. De esta manera, la parte delantera 2a está conformada para facilitar su paso sobre relieves u obstáculos presentes en la superficie de la chapa. Los choques se absorben mejor porque la reducción gradual del diámetro exterior de la porción de extremo 17 favorece la elevación del faldón 6 hacia el alojamiento 5 cuando el faldón 6 encuentra un desnivel o en un obstáculo puntual.

Por porción de extremo se entiende una porción de la parte delantera 2a ubicada en el extremo de dicha parte delantera, es decir, enfrente de la superficie superior de la chapa que se ha de cortar.

En un modo de realización de la invención, la porción de extremo 17 comprende al menos un chaflán 18 que forma un ángulo a con respecto a la cara delantera 1a del cuerpo de boquilla 1. El ángulo a del al menos un chaflán 18 está comprendido entre 0,1 y 80°, preferiblemente entre 10 y 45°.

En el caso ilustrado en la Figura 4, la porción de extremo 17 comprende un único chaflán 18. Según la invención, el perfil externo de la porción de extremo 17 tiene forma troncocónica.

Ventajosamente, la parte delantera 2a también comprende una porción cilíndrica 16 de diámetro exterior sustancialmente constante, preferiblemente dispuesta aguas arriba de la porción de extremo 17, es decir, más alejada del segundo orificio de salida 12 que la porción de extremo 17.

En otro modo de realización no reivindicado, ilustrado en la Figura 5, el perfil externo de la porción de extremo 17 comprende al menos una porción de forma curvilínea. Preferiblemente, el perfil externo de la porción de extremo 17 comprende al menos una porción de forma convexa. El radio de curvatura de la al menos una porción de forma convexa está normalmente comprendido entre 0,1 y 2 mm.

De este modo, esta boquilla permite eliminar o limitar en gran medida la presencia de aristas vivas en la zona del extremo de la parte delantera 2a.

La porción cilíndrica 16 tiene un diámetro exterior comprendido preferiblemente entre 3 y 8 mm, aun más preferiblemente del orden de 6 mm.

Al nivel del segundo orificio de salida 12, es decir, al nivel de la cara de extremo de la parte delantera 2a situada enfrente de la chapa que se ha de cortar, la porción de extremo 17 tiene un diámetro exterior comprendido entre 2,5 y 7 mm, preferiblemente del orden de 4 mm.

Cabe señalar que la pared periférica externa del elemento móvil 2 comprende un tope 10, preferiblemente un tope anular que se extiende por la totalidad o parte de la periferia de dicho elemento móvil 2, estando posicionado el elemento elástico 8 entre el resalte 9 y el tope 10.

Opcionalmente, al menos un elemento de estanqueidad 7 está dispuesto entre el cuerpo de boquilla 1 y el elemento móvil 2, en particular una o varias juntas tóricas 7, lo que permite garantizar la estanqueidad entre el cuerpo de boquilla 1 y el inserto móvil 2. Preferiblemente, dicho al menos un elemento de estanqueidad 7 está dispuesto en una garganta periférica 14 dispuesta en la pared periférica externa del elemento móvil 2.

Como puede verse en las Figuras 4 y 5, la boquilla es de tamaño estándar, es decir, sus dimensiones totales no aumentan en comparación con una boquilla de corte convencional, lo que es ventajoso y compatible para cortes por anidamiento, es decir, de piezas dentro de una misma chapa con muy poca distancia entre las distintas piezas.

Además, la boquilla de la invención presenta la otra ventaja de ser compatible con los sistemas de sensor capacitivo. De hecho, la pieza hecha de cobre u otro material conductor se adapta a la altura especificada por el sensor capacitivo, como una boquilla estándar. Es el inserto móvil 2 el que, bajo la presión del gas, entra en contacto con la chapa 30 que se ha de cortar y, por lo tanto, permite limitar las fugas de gas.

El elemento móvil 2 está hecho preferiblemente de un material eléctricamente aislante, material compuesto, cerámica técnica, polímero, por ejemplo, polieteretercetona (Peek), Vespel®, cerámica o pírex, y adopta la geometría interna de una boquilla de corte por láser, es decir, puede tener un perfil interno cónico, con un canal de salida cilíndrico o no cilíndrico, troncocónico, de tipo convergente/divergente (es decir, una tobera de Laval) o cualquier otra geometría adecuada.

Cabe señalar que por material eléctricamente aislante se entiende un material que no conduce la electricidad, es decir, que impide el paso de corriente eléctrica entre dos elementos conductores de electricidad.

Preferiblemente, el elemento móvil 2 es una pieza de revolución hecha de un único bloque de material.

En el caso de que el elemento móvil 2 no esté hecho de un material aislante eléctrico, al menos una porción de la superficie externa del elemento móvil 2 está cubierta con una capa de material aislante eléctrico, solidaria o no solidaria con el elemento móvil 2. Esta capa de material aislante sirve entonces de interfase de aislamiento eléctrico entre el elemento móvil 2 y el cuerpo 1 de boquilla.

Además, la boquilla de la invención comprende un elemento móvil 2 cuyo diámetro de orificio de salida 12 está comprendido entre 0,5 y 5 mm.

De hecho, el elemento móvil 2 de la boquilla según la invención es, por lo tanto, capaz de desplazarse entre varias posiciones que comprenden al menos:

- una posición de reposo en la que el faldón 6 de la parte delantera 2a está completamente o casi completamente retraído en el alojamiento axial 5 del cuerpo de boquilla 1, como se ilustra en la Figura 6B, y

- una posición de trabajo en la que el faldón 6 de la parte delantera 2a sobresale completamente o casi completamente al exterior del alojamiento axial 5 del cuerpo de boquilla 1, a través del primer orificio de salida 11, y entra en contacto con la pieza que se ha de cortar, como se ilustra en la Figura 6A.

Por supuesto, el elemento móvil 2 puede ocupar posiciones intermedias en las que el faldón 6 sólo sobresalga parcialmente al exterior del alojamiento axial 5 del cuerpo de boquilla 1. Estas posiciones intermedias pueden depender, en particular, de la presión ejercida por el gas sobre el elemento móvil 2.

De hecho, la combinación del perfil externo específico del extremo de la parte delantera 2a y la disposición del elemento elástico 8 proporciona una mejora aun mayor en el funcionamiento de la boquilla de la invención. Por un lado, la forma de la porción terminal permite que el faldón 6 pase sobre un desnivel o sobre un obstáculo puntual al favorecer la elevación del faldón hacia el alojamiento 5 y evita los choques frontales con obstáculos en la chapa.

Esto se ilustra en la Figura 7, donde el elemento móvil 2 está esquematizado con su faldón 6, sin cuerpo 1 para mayor claridad, desplazándose sobre una chapa que se ha de cortar 30 en una dirección de corte 32. Sin obstáculos, el faldón 6 se desplaza en contacto con la chapa gracias a la presión ejercida por el gas de corte sobre el elemento móvil 2, representada por la flecha de línea continua (__). Como puede verse, cuando se encuentra un obstáculo o un desnivel, en este caso un desnivel o un escalón simulado por una pieza 33 colocada sobre la chapa 30, el chaflán dispuesto al nivel de la porción de extremo 17 favorece una elevación del faldón 6, representada por la flecha en línea discontinua (— ). Una vez encima del obstáculo 33, el faldón 6 se acerca a la superficie del obstáculo 33 y continúa su acción de guiar el gas de corte al canal.

Además, el elemento elástico 8 permite limitar la presión ejercida por el elemento móvil 2 sobre la pieza que se ha de cortar cuando éste se desplaza en dirección a la pieza bajo el efecto del gas de corte. Más precisamente, la fuerza de retorno del elemento elástico 8 está dimensionada ventajosamente para mantener el elemento móvil 2 en contacto con la pieza que se ha de cortar y, al mismo tiempo, limitar la presión que dicho elemento ejerce sobre la chapa, con el fin de minimizar en gran medida, o incluso eliminar, cualquier riesgo de deformación de la chapa en la que se corta la pieza, de rayaduras en la superficie de la chapa y de arrastre de la chapa.

De esta manera, la presente invención proporciona una mayor flexibilidad de movimiento al faldón 6 y le permite seguir las variaciones de nivel que puedan presentarse en la superficie de la chapa que se ha de cortar, lo que mejora su implementación en el ámbito industrial.

Esto limita los riesgos de que la máquina se detenga en caso de un obstáculo al desplazamiento de la cabeza y de colisiones bruscas del faldón con obstáculos.

La solución de la presente invención conduce así a una boquilla con un elemento móvil con una robustez, vida útil e implementación mejoradas en comparación con una boquilla según el documento FR nro. 1154224.Ejemplos

Para mostrar la eficacia de la boquilla según la invención en comparación con una boquilla estándar, es decir, una boquilla convencional sin elemento móvil y, por lo tanto, el interés de forzar el gas a entrar en el canal de corte gracias a la implementación de un faldón montado en un elemento móvil, se realizaron pruebas comparativas utilizando una instalación de corte con un generador de láser de CO2 para generar un rayo láser que se lleva a una cabeza de focalización que comprende óptica de focalización, a saber, lentes.

La cabeza de focalización láser está equipada, según sea el caso, con una boquilla estándar con un orificio de salida de 1,8 mm de diámetro o con una boquilla según la Figura 3 con un faldón móvil cilíndrico y un paso axial con un perfil cónico con un canal de salida cilíndrico con un diámetro de 1,8 mm. Además, el perfil exterior del faldón móvil incluye un chaflán con un ángulo a de aproximadamente 30° con respecto a la horizontal, es decir, con respecto a la cara delantera del cuerpo de boquilla.

El gas auxiliar utilizado es nitrógeno.

La chapa que se ha de cortar es de acero inoxidable 304 L de 5 mm de espesor.

Además, se simula un desnivel con una altura de 0,8 mm en una zona de la chapa que se ha de cortar cubriendo una porción de la chapa que se ha de cortar con otro trozo de chapa de 0,8 mm de espesor, como se esquematiza en la Figura 7.

El rayo láser tiene una potencia de 4 kW y la velocidad de corte es de 2,6 m/min.

Los resultados obtenidos mostraron que:

- con la boquilla estándar, una presión de gas de 14 bar es insuficiente para obtener un corte de calidad. De hecho, a 14 bar, los bordes de corte tienen numerosas rebabas adherentes. Esto demuestra que la evacuación del metal fundido no se realiza correctamente debido a una acción insuficiente del gas sobre el metal fundido que debe ser expulsado. Para eliminar estas rebabas, fue necesaria una presión de 16 bar.

- con la boquilla de la invención, las pruebas realizadas a presiones que oscilaban entre 1 y 5 bar condujeron a cortes de buena calidad, es decir, a bordes de corte sin rebabas adherentes. El faldón de la boquilla permite que el gas se canalice al canal y que el metal fundido se expulse de manera eficaz. Además, la boquilla cruza con facilidad y sin sacudidas el desnivel de 0,8 mm simulado en la chapa, y esto sin una disminución excesiva de la velocidad de corte al cruzar el desnivel. Téngase en cuenta que 0,8 mm es normalmente la altura máxima de los desniveles u obstáculos que se pueden encontrar en una chapa cortada con un rayo láser.

Estas pruebas demuestran claramente la eficacia de una boquilla según la invención, que permite reducir considerablemente las presiones de gas que se han de aplicar en comparación con una boquilla estándar, siendo por lo demás iguales todas las condiciones, y por lo tanto también reducir el consumo de gas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de corte de una pieza (30) mediante un rayo láser en el que:

- se dispone una boquilla láser (1,2) enfrente de la superficie superior de la pieza (30), comprendiendo dicha boquilla láser (1, 2) un cuerpo (1) de boquilla que tiene una cara delantera (1a), un alojamiento axial (5) y un primer orificio de salida (11) situado al nivel de la cara delantera (1 a), y que comprende un elemento móvil que tiene una parte delantera (2a) que forma un faldón (6) y un paso axial (4) con un segundo orificio de salida (12) que desemboca al nivel de dicha parte delantera (2a) que forma un faldón (6), siendo dicho elemento móvil (2) apto para desplazarse en traslación en el alojamiento axial (5) en dirección al primer orificio de salida (11) bajo el efecto de una presión de gas ejercida sobre el elemento móvil (2) hasta que la parte delantera (2a) que forma un faldón del elemento móvil (2) sobresale al exterior del alojamiento axial (5) a través del primer orificio de salida (11), un elemento elástico (8) dispuesto en el alojamiento axial (5), entre el cuerpo de boquilla (1) y el elemento móvil (2), que ejerce una fuerza de retorno elástica sobre el elemento móvil (2),

- se dirige un rayo láser (22) focalizado a través de la boquilla láser (1, 2) para realizar una fusión del material que constituye la pieza (30) que se ha de cortar y crear un canal de corte (31),

- se alimenta a la boquilla láser (1,2) gas auxiliar (23) y se expulsa el material de la pieza (30) fundido por el rayo láser (22) afuera del canal de corte (31) por medio del gas auxiliar (23),

- se realiza un desplazamiento en traslación del elemento móvil (2) en el alojamiento axial (5) bajo el efecto de la presión del gas auxiliar (23) ejercida sobre el elemento móvil (2) de modo que el elemento móvil (2) se acerque a la superficie superior de la pieza (30), comprendiendo la parte delantera (2a) una porción de extremo (17) cuyo diámetro exterior disminuye progresivamente en dirección al segundo orificio de salida (12), teniendo el perfil exterior de dicha porción de extremo (17) forma troncocónica.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se realiza un acercamiento del elemento móvil (2) hasta que dicho elemento móvil (2) esté en contacto con la superficie superior de la pieza (30), siendo canalizado el gas auxiliar (23) por el faldón (6) al canal de corte (31).

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el elemento móvil (2) se desplaza entre varias posiciones que comprenden al menos:

- una posición de reposo en la que el faldón (6) está completamente retraído en el alojamiento axial (5), y

- una posición de trabajo en la que el faldón (6) sobresale completamente al exterior del alojamiento axial (5) del cuerpo de boquilla (1), a través del primer orificio de salida (11), y entra en contacto con la pieza (30).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el elemento móvil (2) ocupa al menos una posición intermedia en la que el faldón (6) sólo sobresale parcialmente al exterior del alojamiento axial (5), dependiendo dicha posición intermedia de la presión ejercida por el gas auxiliar (23) sobre el elemento móvil (2).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se realiza un desplazamiento del faldón (6) por encima de la superficie superior de la pieza (30) siguiendo una dirección de corte (32), estando el faldón (6) en contacto con la superficie superior de la pieza (30) y presentando dicha superficie superior al menos un aumento de nivel (33) de acuerdo con la dirección de corte (32), realizándose una elevación del faldón (6) hacia el alojamiento axial (5) por medio de la porción de extremo (17) de la parte delantera (2a) cuando el faldón (6) encuentra el aumento de nivel (33).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que se realiza un desplazamiento del faldón (6) por encima de la superficie superior de la pieza (30) a una velocidad constante o casi constante.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la presión del gas auxiliar está comprendida entre 1 y 5 bar.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el gas auxiliar (23) es un gas inerte, preferiblemente nitrógeno.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la pieza (30) es de acero inoxidable.