ES2615900T3

ES2615900T3 - Boquilla láser con elemento móvil interno y cubierta externa, cabeza de focalización que comprende dicha boquilla, instalación láser que comprende dicha cabeza; procedimiento de corte por rayo láser que utiliza uno de los dispositivos precedentes

Info

Publication number: ES2615900T3
Application number: ES13791853.8T
Authority: ES
Inventors: Thomas Jouanneau; Philippe Lefebvre
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: IN2015DN02924A; SG11201503578TA; CN104781034A; MX2015005755A; FR2997883B1; AU2013343369B2; US9844832B2; BR112015010517A2; ZA201503145B; RU2015121893A; FR2997883A1; CA2886923C; EP2916992B1; MX340054B; AU2013343369A1; JP6224121B2; EP2916992A1; CN104781034B; US20170182589A1; JP2015534905A

Abstract

Boquilla láser que comprende: - un cuerpo (1) de boquilla que comprende un primer alojamiento axial (5) que comprende un primer orificio de salida (11) situado a nivel de una cara delantera (1a) del cuerpo de boquilla (1), y - un elemento móvil (2) dispuesto en el primer alojamiento axial (5) del cuerpo de boquilla (1), que comprende una parte delantera (2a) que forma faldón y un paso axial (4) con un segundo orificio de salida (12) que desemboca a nivel de la citada parte delantera (2a) que forma faldón, y - un elemento elástico (8) dispuesto en el primer alojamiento axial (5), entre el cuerpo (1) de boquilla y el elemento móvil (2), caracterizado por que - el elemento móvil (2) es apto para desplazarse en traslación en el primer alojamiento axial (5) en dirección al primer orificio de salida (11) bajo el efecto de una presión gaseosa que se ejerce sobre el elemento móvil (2), - el elemento elástico (8) ejerce una fuerza de solicitación elástica sobre el elemento móvil (2) que tiende a oponerse al movimiento de traslación en el primer alojamiento axial (5) en dirección al primer orificio de salida (11), y - una cubierta externa (13) forma manguito alrededor de todo o parte del cuerpo (1) de boquilla.

Description

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DESCRIPCION

Boquilla laser con elemento movil interno y cubierta externa, cabeza de focalizacion que comprende dicha boquilla, instalacion laser que comprende dicha cabeza; procedimiento de corte por rayo laser que utiliza uno de los dispositivos precedentes

La invencion concierne a una boquilla laser de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 (vease, por ejemplo, el documento US-A-4.031.351), utilizable en corte por haz laser con elemento movil interno que comprende un faldon que permite concentrar el gas de corte en la ranura de corte y que ofrece, ademas, una implementacion en el ambito industrial asf como una duracion de vida de servicio mejoradas.

El corte por haz laser necesita la utilizacion de una boquilla generalmente de cobre que tiene por efecto canalizar el gas y dejar pasar el haz laser.

Las boquillas tienen tfpicamente diametros de su orificio de salida comprendido entre 0,5 mm y 3 mm para una distancia de trabajo comprendida entre 0,6 mm y 2 mm.

Con el fin de permitir el corte, es necesario utilizar presiones elevadas, en general de varios bares, en la cabeza de focalizacion con el fin de permitir al gas entrar en la ranura para expulsar el metal en fusion.

Ahora bien, una gran parte del gas utilizado, tfpicamente entre el 50% y 90%, no tiene ninguna accion sobre el proceso de corte, es decir sobre la expulsion del metal en fusion, porque la misma va a los lados de la ranura de corte.

Estas perdidas de gas son de hecho debidas a la enorme diferencia entre la seccion de paso del orificio de la boquilla y el tamano de la mancha focal. Asf, a tftulo indicativo, la seccion de paso de una boquilla con orificio de salida de diametro igual a 1,5 mm es 25 veces mayor que la seccion de la mancha focal creada por el haz que atraviesa esta boquilla.

Ahora bien, si se emplea una proporcion insuficiente de gas, se asiste entonces a la aparicion de defectos de corte, en particular rebabas adherentes y/o trazas de oxidacion.

Intentar poner remedio a esto reduciendo el diametro del orificio de la boquilla no es ideal porque entonces se corre el riesgo de que el haz laser golpee el interior de la boquilla y la deteriore, lo que por otra parte deteriora igualmente la calidad de corte y/o las prestaciones.

Existen por otra parte un cierto numero de documentos que proponen diversas soluciones para intentar favorecer la entrada del gas en la ranura, por ejemplo los documentos EP-A-1669159, JP-A-62006790, JP-A-61037393, JP-A- 63108992, JP-A-63040695 y US-A-4.031.351.

Ahora bien, ninguna de estas soluciones es verdaderamente ideal porque generalmente son de arquitectura compleja de poner en practica, de volumen superior al de una boquilla clasica, y/o que presenta una eficacia limitada.

Especialmente, el documento US-A-4.031.351 divulga una boquilla de corte por laser que comprende un elemento movil cuya extremidad queda adherida por un muelle contra la superficie de la pieza que haya que cortar para favorecer la inyeccion del gas de corte en la ranura.

El inconveniente mayor de esta solucion reside en el hecho de que la fuerza ejercida por el muelle en direccion a la chapa, acumulada a la presion del gas de corte, conduce al elemento movil a ejercer un esfuerzo importante sobre la chapa que haya que cortar. Resulta asf un riesgo de deformacion, de rayado, incluso de arrastre de la chapa, la cual en general se coloca simplemente sobre la mesa de la maquina industrial de corte.

Para remediarlo, se ha propuesto en la solicitud de patente francesa n°1154224, depositada el 16 de mayo de 2011, disponer un elemento movil en el interior del cuerpo de una boquilla laser. Este elemento movil es apto para desplazarse axialmente en el interior del citado cuerpo, bajo el efecto de una presion gaseosa, y esto en direccion a la superficie de la chapa que hay que cortar. Resulta asf una aproximacion del elemento movil a la superficie de la chapa que hay que cortar que entra en contacto con la chapa, formando asf un faldon por el cual el gas de corte es concentrado a nivel de la ranura, lo que fuerza al gas a entrar en la misma y mejora su eficacia.

Ademas, esta boquilla comprende un elemento elastico que ejerce una fuerza de solicitacion elastica sobre el elemento movil en un sentido tendente a alejarle de la chapa. Asf, cuando se corta el gas, el elemento movil puede ser solicitado hacia su posicion de reposo y por tanto el faldon a entrar en el interior del cuerpo de boquilla.

Sin embargo, esta solucion continua planteando problemas, especialmente en el marco de una utilizacion industrial.

Asf, las maquinas industriales de corte por laser y las cabezas de focalizacion laser asociadas ponen en practica, de modo en sf conocido, un sistema de sensor de distancia capacitativo para asegurar un desplazamiento de la cabeza de focalizacion a una distancia constante por encima de la chapa que haya que cortar.

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Este sistema utiliza el efecto capacitativo para detectar pequenas variaciones de distancia entre dos elementos conductores que forman un condensador. La distancia que separa los dos elementos conductores es determinada midiendo la capacidad electrica de este condensador, la cual depende especialmente de la permitividad dielectrica del medio que les separa.

Una maquina de corte esta generalmente provista de una boquilla laser tradicional formada de un material electricamente conductor tal como el cobre. Cuando la boquilla esta montada en la extremidad de la cabeza, la misma esta unida electricamente al sistema de sensor capacitativo. De este modo, el sensor capacitativo puede medir la capacidad electrica entre la chapa y la superficie plana de la boquilla situada enfrente de la chapa.

El sensor capacitativo esta a su vez unido electricamente a los mandos de desplazamientos de la chapa de focalizacion de manera que se ajusta el posicionamiento en altura de la cabeza en caso de variaciones de la capacidad medida o se detiene el desplazamiento de la cabeza en caso de contacto entre la boquilla y la chapa.

Este sistema de sensor capacitativo permite asegurar prestaciones de corte constantes, en terminos de velocidad y calidad de corte, manteniendo el punto de focalizacion del haz laser en una posicion constante con respecto a la superficie de la chapa. El mismo permite tambien activar la parada de la maquina en caso de obstaculos presentes en la chapa.

Es por tanto indispensable no perturbar su funcionamiento.

Ahora bien, la utilizacion de una boquilla laser de elemento movil tal como se describe en la solicitud de patente francesa n° 1154224 es diffcilmente compatible con tal sistema.

En efecto, el elemento movil de la boquilla forma un faldon en contacto con la chapa que haya que cortar. Para garantizar su resistencia al calor desprendido por el procedimiento de corte asf como a las proyecciones de metal fundido, el elemento movil puede estar formado de un material metalico tal como el cobre, el laton o analogo.

Sin embargo, el elemento movil metalico esta entonces a la vez en contacto con la chapa, es decir al mismo potencial electrico que esta, y en contacto con las paredes internas del cuerpo de boquilla, formado a su vez tambien de un material electricamente conductor. Hay que desactivar por tanto el sensor capacitativo para evitar un fallo de la maquina de corte.

Una solucion para autorizar el funcionamiento del sensor capacitativo de la maquina sena utilizar un elemento movil formado de un material aislante electricamente. Pero esta solucion no es ideal porque los materiales aislantes electricamente son en general poco resistentes al fuerte calor desprendido por el procedimiento de corte, a las proyecciones de metal en fusion y/o a los choques termicos.

El problema que se plantea es por tanto paliar todos o parte de los inconvenientes anteriormente mencionados, proponiendo especialmente una boquilla cuyas robustez, duracion de la vida de servicio e implementacion en el ambito industrial resulten ampliamente mejoradas con respecto a las soluciones existentes y que no perturbe, o perturbe netamente menos que en la tecnica anterior, el funcionamiento de un sistema de sensor de distancia capacitativo que equipa una maquina de corte industrial.

La solucion de la presente invencion es entonces una boquilla laser tal como se define en la reivindicacion 1, y que comprende

- un cuerpo de boquilla que comprende un primer alojamiento axial que comprende un primer orificio de salida situado a nivel de una cara delantera del cuerpo de boquilla,

- un elemento movil dispuesto en el primer alojamiento axial del cuerpo de boquilla, que comprende una parte delantera que forma faldon y un paso axial con un segundo orificio de salida que desemboca a nivel de la citada parte delantera que forma faldon, siendo el elemento movil apto para desplazarse en traslacion en el primer alojamiento axial en direccion al primer orificio de salida bajo el efecto de una presion gaseosa que se ejerce sobre el elemento movil, y

- un elemento elastico dispuesto en el primer alojamiento axial, entre el cuerpo de boquilla y el elemento movil, ejerciendo el citado elemento elastico una fuerza de solicitacion elastica sobre el elemento movil que tiende a oponerse al movimiento de traslacion en el primer alojamiento axial en direccion al primer orificio de salida.

y la misma comprende ademas una cubierta externa que forma manguito alrededor de todo o parte del cuerpo de boquilla.

Segun el caso, la boquilla de la invencion puede comprender una o varias de las caractensticas tecnicas siguientes:

- la cubierta externa comprende una primera pared periferica y el cuerpo de boquilla comprende una segunda pared periferica, estando las citadas primera y segunda paredes perifericas totalmente o en parte en contacto o espaciadas una de la otra.

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- el elemento movil es apto para desplazarse en traslacion en el primer alojamiento axial en direccion al primer orificio de salida hasta que la parte delantera sobresalga al exterior del citado primer alojamiento axial a traves del primer orificio de salida.

- la cubierta externa comprende un segundo alojamiento axial que comprende un tercer orificio de salida situado a nivel de una cara delantera de la citada cubierta externa, desembocando el citado tercer orificio de salida aguas arriba del citado segundo orificio de salida del paso axial del elemento movil cuando la parte delantera sobresale al exterior del primer alojamiento axial.

- el cuerpo de boquilla esta formado de un material aislante electricamente y la cubierta externa esta formada de un material conductor electricamente.

- el elemento movil es apto para desplazarse entre varias posiciones que comprenden:

. una posicion de reposo en la cual la parte delantera del elemento movil esta totalmente o casi totalmente introducida en el alojamiento axial, y

. una posicion de trabajo en la cual el faldon de la parte delantera del elemento movil sobresale totalmente o casi totalmente al exterior del alojamiento axial, a traves del primer orificio de salida.

- al menos un elemento de estanqueidad esta dispuesto entre el cuerpo de boquilla y el elemento movil, por ejemplo una o varias juntas toricas.

- el citado al menos un elemento de estanqueidad esta dispuesto en una garganta periferica dispuesta en la pared periferica externa del elemento movil,

- el paso axial del elemento movil tiene un perfil de forma conica, troncoconica o convergente/divergente.

- el cuerpo de boquilla es de un material aislante electricamente, en particular ceramica tecnica aislante electricamente, por ejemplo del tipo A^O3, AlN, ZrO2 o A^TiOs, un material polfmero, por ejemplo polieteretercetona (Peek) o Vespel ®, de ceramica electricamente aislante o de pfrex.

- la cubierta externa esta formada de un material conductor electricamente por ejemplo un material metalico, tal como acero, bronce, acero refractario, cubre, laton, o un material ceramico electricamente conductor.

- el elemento movil esta formado totalmente o en parte de un material conductor electricamente, por ejemplo un material metalico, tal como acero, bronce, acero refractario, cobre, laton, o un material ceramico electricamente conductor. Preferentemente, el elemento movil esta formado de un material electricamente conductor que induzca un rozamiento limitado sobre la chapa para limitar un desgaste de la chapa.

- de manera alternativa, el elemento movil es de un material aislante electricamente, preferentemente resistente a la temperatura/el calor, en particular una ceramica tecnica aislante electricamente, por ejemplo de tipo A^O3, AlN, ZrO2 o Al2TiO5, un material polfmero, por ejemplo polieteretercetona (Peek) o Vespel ®, de ceramica electricamente aislante o de pfrex.

La invencion se refiere igualmente a una cabeza de focalizacion laser que comprende al menos una optica de focalizacion, por ejemplo una o varias lentes o espejos, especialmente una lente de focalizacion y una lente de colimacion, y la misma comprende ademas una boquilla laser de acuerdo con la invencion.

Ventajosamente, la cabeza de focalizacion de acuerdo con la invencion, comprende ademas un sistema de sensor capacitativo, estando la cubierta externa unida electricamente al citado sistema sensor capacitativo.

Por otra parte, la invencion concierne tambien a una instalacion laser que comprende un generador laser, una cabeza de focalizacion laser y un dispositivo de transporte de haz laser unido al citado generador laser y a la citada cabeza de focalizacion laser, y la cabeza de focalizacion laser es de acuerdo con la invencion.

Preferentemente, el generador o fuente laser es de tipo CO2, YAG, de fibras o de discos, preferentemente de fibras o de discos, especialmente una fuente laser de fibras de iterbio.

De acuerdo todavfa con otro aspecto, la invencion se refiere igualmente a un procedimiento de corte por haz laser de una pieza metalica, en el cual se emplee una boquilla de acuerdo con la invencion, una cabeza de focalizacion laser de acuerdo con la invencion o una instalacion de acuerdo con la invencion.

Preferentemente, en el transcurso del procedimiento de corte de acuerdo con la invencion, la distancia entre la pieza metalica cortada y la cabeza de focalizacion es ajustada a partir de uno o varios valores de capacidad electrica medidos entre la cubierta externa y la pieza metalica.

La invencion se comprendera ahora mejor gracias a la descripcion que sigue hecha en referencia a las Figuras anejas, en las cuales:

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- la Figura 1A esquematiza una cabeza de focalizacion de una instalacion de corte por laser clasica,

- la Figura 1B esquematiza el tamano del punto laser con respecto al tamano del orificio de boquilla,

- la Figura 2A es un esquema en corte del cuerpo de una boquilla de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion,

- la Figura 2B es un esquema en corte de una boquilla de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion sin que un elemento movil esta dispuesto en la misma,

- la Figura 3 es una vista en tres dimensiones de una boquilla de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion, y

- las Figuras 4A y 4B muestran la boquilla de la invencion con el elemento movil en dos posiciones diferentes.

La Figura 1A representa la cabeza de focalizacion 20 de una instalacion de corte por laser clasica, a la cual esta fijada una boquilla laser 21 clasica que es atravesada por un haz laser focalizado y por gas de asistencia (vease la flecha 23) que sirve para expulsar el metal fundido por el haz fuera de la ranura 31 de corte formada por el haz 22 en la pieza metalica que haya que cortar 30, por ejemplo una chapa de acero o de acero inoxidable.

El gas de asistencia puede ser un gas activo, tal como oxfgeno, aire, CO2, hidrogeno, o un gas inerte, tal como el argon, el nitrogeno, el helio, o una mezcla de varios de estos gases activos y/o inertes. La composicion del gas es elegida especialmente en funcion de la naturaleza de la pieza que haya que cortar.

El haz que impacta con la pieza fundira el metal que sera expulsado por debajo de la pieza por la presion del gas de asistencia.

La Figura 1B permite visualizar bien la seccion S1 de paso del orificio 24 de la boquilla 21 con respecto al tamano S2 de la mancha focal del haz 22. Como se ve, la seccion S1 es muy superior al tamano S2 de la mancha focal 22, lo que genera, con las boquillas clasicas, un consumo elevado de gas de asistencia del que solamente una pequena proporcion servira para expulsar el metal fundido fuera de la ranura de corte 31.

Para reducir considerablemente el consumo de gas asf como la presion necesaria para el corte, se ha propuesto en la solicitud de patente francesa n° 1154224 una boquilla laser apta y concebida para cortar con un haz laser poniendo en practica un caudal de gas y/o una presion de gas reducidos gracias a una arquitectura de boquilla particular que permite forzar una proporcion mas importante de gas a entrar en la ranura 31 y expulsar de la misma eficazmente el metal fundido, y esto, cualquiera que sea la potencia laser y la longitud de onda del haz.

De acuerdo con el documento FR n°1154224, la boquilla laser comprende un cuerpo 1 de boquilla que coopera con un elemento movil 2 dispuesto y de modo movil en el interior del cuerpo 1 de la boquilla. El cuerpo 1 de boquilla esta ventajosamente formado de un material conductor, preferentemente cobre, y el elemento movil 2 puede ser aislante electricamente, o un conductor electricamente.

Hay que observar que en el marco de la presente invencion, se entiende por material electricamente aislante, o material dielectrico, un material que no conduce la electricidad, es decir que impide el paso de corriente electrica entre dos elementos conductores electricos. A la inversa, un material conductor electricamente contiene numerosos portadores de carga electrica que pueden desplazarse facilmente bajo la accion de un campo electromagnetico.

Sin embargo, ninguna de estas soluciones es ideal, y esto por las razones ya mencionadas. Por una parte, los materiales electricamente aislantes, tales como los materiales plasticos o analogos, no son apropiados por ser poco resistentes a las elevadas temperaturas, tfpicamente de 1000 °C a 2000 °C, encontradas en la proximidad de la ranura de corte y/o demasiado abrasivos frente a la superficie de la chapa. Por otra parte, utilizar un material electricamente conductor impone desactivar el sensor capacitativo, lo que perjudica la fiabilidad y las prestaciones del procedimiento de corte.

Para poner remedio a esto, la invencion propone una boquilla laser mejorada de manera que permita a un sensor capacitativo detectar la superficie de la chapa que haya que cortar y ajustar la posicion de la cabeza de focalizacion con respecto a la citada superficie.

Como se ve en la Figura 2A, la boquilla de la invencion se distingue por que la misma comprende tres componentes esenciales, a saber un cuerpo 1 de boquilla, un elemento movil 2 y una cubierta externa 13 que forma manguito alrededor de todo o de parte del cuerpo 1 de boquilla.

Ventajosamente, el cuerpo 1 de boquilla, de primera pared periferica 1c, es una pieza de revolucion atravesada de parte a parte por un primer alojamiento axial 5 de eje AA que se extiende desde la cara trasera 1b del cuerpo 1 hasta la cara delantera 1a del citado cuerpo 1. El primer alojamiento axial 5 desemboca a nivel de dos caras delantera 1a y trasera 1b del cuerpo 1 de boquilla. La cara trasera 1b lleva por tanto un primer orificio de entrada 11',

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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 de eje AA.

Este primer alojamiento axial 5 es de hecho un vaciado, por ejemplo de forma cilmdrica que comprende un primer resalte 9 interno que se proyecta radialmente hacia el centro del primer alojamiento 5, estando formado el citado primer resalte interno 9 por una restriccion de la seccion del alojamiento axial 5 a nivel del primer orificio de salida 11 situado en la cara delantera 1a del cuerpo 1 de boquilla Preferentemente, el primer resalte interno 9 esta dispuesto a nivel del fondo 15 del citado alojamiento axial 5.

La boquilla comprende por otra parte un elemento movil 2 que se inserta en el primer alojamiento 5 del cuerpo 1 de boquilla, preferentemente coaxialmente con el cuerpo 1, como se ve en la Figura 2. Este elemento movil 2 es apto y esta concebido para desplazarse en traslacion segun el eje AA en el interior del primer alojamiento 5 del cuerpo 1 de boquilla, en direccion al primer orificio de salida 11.

La pared periferica 2c del elemento movil 2 comprende ventajosamente un primer tope 10 dispuesto a nivel de la superficie externa enfrente del citado resalte 9. Preferentemente, el primer tope 10 es de forma anular y se extiende sobre toda o parte de la periferia del elemento movil 2.

Este elemento movil 2 comprende una parte delantera 2a que forma un faldon 6 de forma cilmdrica, es decir tubular, dispuesto en el primer alojamiento axial 5 del cuerpo de boquilla 1 y que comprende un paso axial 4 con un segundo orificio de salida 12 que desemboca a nivel de la parte delantera 2a que forma el citado faldon 6.

El paso axial 4 puede tener un perfil interno conico, con canal de salida cilmdrico o no, troncoconico, de tipo convergente/divergente (es decir tobera de Laval) o cualquier otra geometna adaptada. Preferentemente, el diametro del segundo orificio de salida 12 esta comprendido entre 0,5 mm y 5 mm.

Durante la utilizacion de la boquilla, el haz laser 22 y el gas de asistencia 23 atraviesan el paso axial 4 del elemento movil 2 y salen por el segundo orificio de salida 12 que desemboca a nivel de la parte delantera 2a que forma el citado faldon 6.

El elemento movil 2 es desplazable axialmente con respecto al cuerpo 1 de la boquilla segun el eje AA. De hecho, el elemento movil 2 se desplaza bajo el efecto de la presion del gas de asistencia 23 que se ejerce sobre el citado elemento movil 2, lo que tiende a empujarle en direccion a la pieza que haya que cortar 30. Ventajosamente, el elemento movil 2 es apto para desplazarse en traslacion hasta que la parte delantera 2a sobresalga al exterior del primer alojamiento 5, a traves del primer orificio de salida 11.

El desplazamiento en traslacion segun el eje AA del elemento movil 2 provocara la aproximacion del faldon 6 a la superficie superior 30 de la chapa que haya que cortar, que entraran en contacto uno con la otra, como esta ilustrado en la Figura 4B.

Asf, el gas sera canalizado por el faldon 6 y se encontrara concentrado a nivel de la mancha laser y por tanto de la ranura, lo que mejorara de modo importante su eficacia y la expulsion del metal se realizara mejor.

De acuerdo con la invencion, una cubierta externa 13 esta dispuesta alrededor de todo o parte del cuerpo 1 de boquilla. De hecho, la cubierta externa 13 comprende un segundo alojamiento axial 7 en el cual esta dispuesto al menos parcialmente el cuerpo (1) de boquilla.

Ventajosamente, la segunda pared periferica 13c y el segundo alojamiento axial 7 de la cubierta externa 13 son de forma general cilmdrica. El segundo alojamiento axial 7 comprende un segundo resalte interno 17, dispuesto preferentemente a nivel de la extremidad aguas arriba de la cubierta 13.

En el marco de la invencion, los terminos aguas arriba y aguas abajo son definidos con respecto al sentido de circulacion del gas de corte en el interior de la boquilla laser, es decir del orificio de entrada 11' del elemento movil 2 en direccion al orificio de salida 11 del citado elemento movil 2.

La pared periferica externa 1c del cuerpo 1 de boquilla comprende un segundo tope 18 dispuesto enfrente del segundo resalte interno 17, permitiendo el citado segundo tope 18 un mantenimiento de la cubierta externa 13 alrededor del cuerpo 1 de boquilla.

Las citadas primera y segunda paredes perifericas 1c y 13c de la cubierta externa 13 y del cuerpo 1 de boquilla pueden estar totalmente o en parte en contacto o espaciadas una de la otra. En la Figura 2, entre la primera y segunda paredes 1c y 13c esta dispuesto un espacio. Tfpicamente, una distancia del orden de algunos mm separa las citadas primera y segunda paredes perifericas 1c y 13c.

Ventajosamente, la cubierta externa 13 comprende un segundo alojamiento axial 7 que comprende un tercer orificio de salida 14 situado a nivel de una cara delantera 13a de la citada cubierta externa 13. La cubierta externa 13 comprende ademas una cara trasera 13b situada en el lado opuesto a la cara delantera 13a de la cubierta 13.

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Preferentemente, la segunda pared periferica 13c de la cubierta externa 13 se extiende al menos hasta la cara delantera 1a del cuerpo 1 de boquilla y alrededor de o parte de la periferia del citado cuerpo 1 de boquilla. Esta puede ser maciza o comprender una porcion perforada 40, como muestra la figura 3, lo que es ventajoso cuando se desee reducir el peso de la cubierta externa 13.

Ventajosamente, el citado tercer orificio de salida 14 de la cubierta 13 puede desembocar a nivel, aguas arriba o aguas abajo, de la cara delantera 1a del cuerpo 1 de boquilla. Preferentemente, la cubierta 13 esta concebida de modo que el citado tercer orificio de salida 14 desemboque aguas arriba del citado segundo orificio de salida 12 del paso axial 4 del elemento movil 2 cuando la parte delantera 2a sobresalga al exterior del primer alojamiento axial 5.

El cuerpo 1 de boquilla, la cubierta externa 13 y el elemento movil 2 son preferentemente piezas de revolucion dispuestas coaxialmente una con otra, preferentemente formadas de un bloque de material.

El cuerpo 1 de boquilla esta destinado a fijarse a la cabeza de focalizacion laser 20 de la instalacion laser. El mismo esta formado de un material electricamente conductor en las boquillas clasicas. Sin embargo, de acuerdo con la invencion, el mismo esta formado preferentemente de un material aislante electricamente, de material compuesto o no, tal como una ceramica tecnica, un polfmero, por ejemplo polieteretercetona (Peek), Vespel®, o pfrex.

El elemento movil 2 puede estar formado de un material aislante o conductor electricamente. Sin embargo, el elemento movil 2 esta formado preferentemente de un material conductor electrico. Este tipo de material ofrece una mayor resistencia a las elevadas temperaturas asf como a los choques, mecanicos y/o termicos. Este material conductor electricamente puede ser un material metalico, por ejemplo acero, bronce, acero refractario, cobre, laton, un material ceramico electricamente conductor. Preferentemente, el elemento movil esta formado de un material electricamente conductor que induce un rozamiento limitado sobre la chapa para limitar un desgaste de la chapa, es decir poco o nada abrasivo.

La cubierta externa 13 esta ventajosamente formada de un material conductor electricamente, por ejemplo un material metalico, tal como acero, bronce, acero refractario, cobre, laton, o un material ceramico electricamente conductor.

Se comprende entonces que la boquilla de la invencion ofrece la ventaja de ser compatible con los sistemas de sensor capacitativo, al tiempo que pone en practica un elemento movil formado de un material electricamente conductor, mas resistente y mas adaptado a un posicionamiento en la proximidad de una ranura de corte por laser, lo que no era posible con las boquillas de elemento movil de acuerdo con la tecnica anterior.

En efecto, en condicion de utilizacion, el cuerpo 1 de boquilla esta montado en la extremidad de una cabeza de focalizacion que esta situada enfrente de la chapa que haya que cortar. Ventajosamente, esta cabeza de focalizacion comprende, de modo en sf conocido, un sistema de sensor capacitativo. Tfpicamente, el cuerpo 1 de boquilla comprende medios de ensamblaje del citado cuerpo 1 a la cabeza de focalizacion 20, por ejemplo un fileteado tal como ilustra la Figura 3.

Ventajosamente, cuando la boquilla laser de acuerdo con la invencion esta ensamblada a la cabeza de focalizacion, la cubierta externa 13 esta conformada de manera que al menos una porcion de la superficie externa de la citada cubierta, preferentemente al menos una porcion de la cara trasera 13b, este unida electricamente al sistema de sensor capacitativo que equipa la cabeza. Ventajosamente, esta conexion electrica se efectua por contacto de la al menos una porcion de superficie de la cubierta externa 13 con una pieza de la cabeza formada de un material electricamente conductor que forma parte del sistema de sensor capacitativo.

El elemento movil 2 electricamente conductor se pone en contacto con la chapa y por tanto al mismo potencial electrico que esta. Esto no perturba el sensor capacitativo puesto que el cuerpo 1 de boquilla, en contacto con el elemento movil 2, es de un material aislante electrico.

El sensor capacitativo permanece operativo y mide uno o varios valores de capacidad electrica entre la cubierta externa 13, preferentemente la cara delantera 13a de la cubierta 13, y la superficie superior de la pieza que haya que cortar. A partir de estos valores, el sensor permite ajustar la distancia entre la cubierta y la chapa a un valor constante o casi constante, tfpicamente entre 0,1 mm y 5 mm, preferentemente entre 0,5 mm y 2 mm, y corregir los defectos de planitud de la chapa. El sensor permite tambien evitar la colision con una pieza ya cortada, pero mantenida acunada en el esqueleto de corte, activando una subida de la cabeza de focalizacion o una parada de la maquina de corte.

De este modo, la cara delantera 13a de la cubierta externa 13 de material conductor electrico, y de aqm la cabeza de focalizacion, puede ser mantenida a una altura mantenida constante por el sensor capacitativo, como es el caso con una boquilla estandar de cobre, sin elemento movil interno.

Ademas, este o no el elemento movil 2 en contacto con la chapa, los valores de capacidades electricas medidos entre la cubierta externa 13 y la chapa permanecen inalterados. La sustitucion de una boquilla laser clasica por una boquilla de acuerdo con la invencion en una instalacion industrial de corte por laser es por tanto totalmente

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transparente con respeto al sistema de sensor capacitativo que equipa la cabeza de focalizacion y la instalacion de corte por laser existente.

De acuerdo con la invencion, un elemento elastico 8, tal como un muelle, esta dispuesto en el primer alojamiento axial 5, entre el cuerpo de boquilla 1 y el elemento movil 2 de manera que ejerce una fuerza de solicitacion elastica sobre el elemento movil 2 en un sentido que tiende a alejarle de la pieza que haya que cortar. As^ a final del corte, cuando se corta el gas y deja de ejercerse la presion gaseosa sobre el elemento movil 2, este puede ser solicitado hacia su posicion de reposo y por tanto el faldon 6 a entrar en el interior del primer alojamiento 5. El elemento elastico 8 esta dispuesto ventajosamente entre el primer tope 10 y el primer resalte 9.

El elemento elastico 8 permite asf limitar el fenomeno de desgaste del faldon 6 durante las fases de perforacion de la chapa que generalmente preceden a las fases de corte. En efecto, la perforacion es realizada generalmente con bajas presiones de gas, tipicamente menos de 4 bares. El elemento elastico ejerce entonces una fuerza de solicitacion suficiente para que el faldon 6 suba totalmente o casi totalmente hacia el primer alojamiento 5 y asf quede protegido de las proyecciones de metal fundido generadas por la perforacion.

Ademas, el elemento elastico 8 facilita los deslizamientos rapidos de la cabeza de corte a pequena distancia por encima de la chapa, sin gas de corte ni haz, puesto que entonces deja de ejercerse la presion gaseosa sobre el elemento movil y el faldon 6 entra al interior del primer alojamiento 5. Solo el faldon 6 sube y no es necesario levantar la cabeza de focalizacion que soporta a la boquilla.

Ademas, el elemento elastico 8 permite limitar la presion ejercida por el elemento movil 2 sobre la pieza que haya que cortar cuando el mismo se desplace en direccion a la pieza bajo el efecto de gas de corte. De modo mas preciso, la fuerza de solicitacion del elemento elastico 8 esta ventajosamente dimensionada de manera que mantenga el elemento movil 2 en contacto con la pieza que haya que cortar al tiempo que limite la presion que el citado elemento ejerce sobre la chapa, para minimizar de modo importante, incluso eliminar, cualquier riesgo de deformacion de la chapa en la cual la pieza es cortada, de rayados de la superficie de la chapa, y de arrastre de la chapa.

Segun el caso, el elemento movil 2 puede comprender una parte delantera 2a de forma cilmdrica, es decir de diametro externo constante a lo largo del eje AA, o una porcion terminal conformada para pasar sobre un desnivel o un obstaculo sin choque o con un choque reducido de modo importante a nivel del faldon 6.

Ventajosamente, la parte delantera 2a comprende una porcion terminal cuyo diametro externo disminuye progresivamente en direccion al segundo orificio de salida 12. De este modo, la parte delantera 2a esta conformada para facilitar su paso sobre relieves u obstaculos presentes en la superficie de la chapa. Los choques son mejor absorbidos porque la disminucion progresiva del diametro externo de la porcion terminal favorece la subida del faldon 6 hacia el alojamiento 5 cuando el faldon 6 encuentra un desnivel o un obstaculo puntual.

Por porcion terminal, se entiende una porcion de la parte delantera 2a situada en la extremidad de la citada parte delantera, es decir enfrente de la superficie superior de la chapa que haya que cortar.

En otro modo de realizacion de la invencion, la porcion terminal comprende al menos un chaflan que forma un angulo a con respecto a la cara delantera 1a del cuerpo de boquilla 1. El angulo a del chaflan esta comprendido entre 0,1° y 80°, preferentemente entre 10° y 45°.

En otro modo de realizacion, ilustrado en la Figura 2A, el perfil externo de la porcion terminal comprende al menos una porcion de forma curvilmea. Preferentemente, el perfil externo de la porcion terminal comprende al menos una porcion de forma convexa. El radio de curvatura de la al menos una porcion de forma convexa esta comprendido tipicamente entre 0,1 mm y 2 mm.

Opcionalmente, al menos un elemento de estanqueidad, por ejemplo una junta elastomera, esta dispuesto entre el cuerpo de boquilla 1 y el elemento movil 2, en particular una o varias juntas toricas, lo que permite asegurar una estanqueidad entre el cuerpo de boquilla 1 y el inserto movil 2. Preferentemente, el citado al menos un elemento de estanqueidad esta dispositivo puesto en una garganta periferica dispuesta en la pared periferica externa del elemento movil 2.

Como se ve en la Figura 2A, la boquilla de la invencion es de volumen estandar, es decir que su volumen no esta aumentado con respecto a una boquilla de corte clasica, lo que es ventajoso y compatible para los cortes por imbricacion, es decir de piezas en el seno de una misma chapa con muy poca separacion entre las diferentes piezas.

De hecho, el elemento movil 2 de la boquilla de acuerdo con la invencion es por tanto apto para desplazarse entre varias posiciones que comprenden al menos:

- una posicion de reposo en la cual el faldon 6 de la parte delantera 2a esta totalmente o casi totalmente introducido en el alojamiento axial 5 del cuerpo de boquilla 1, como ilustra la Figura 4A, y

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- una posicion de trabajo en la cual el faldon 6 de la parte delantera 2a sobresale totalmente o casi totalmente al exterior del primer alojamiento axial 5 del cuerpo de boquilla 1, a traves del primer orificio de salida 11, y entra en contacto con la pieza 30 que haya que cortar, como ilustra la Figura 4B.

Naturalmente, el elemento movil 2 puede ocupar posiciones intermedias en las cuales el faldon 6 sobresale solo parcialmente al exterior del primer alojamiento axial 5 del cuerpo de boquilla 1. Estas posiciones intermedias pueden ser especialmente funcion de la presion ejercida por el gas sobre el elemento movil 2.

La solucion de la presente invencion conduce asf a una boquilla de elemento movil con una robustez, una duracion de vida de servicio y una implementacion en el ambito industrial mejoradas con respecto a una boquilla de acuerdo con el documento Fr n°1154224.

Ejemplos

A fin de mostrar la eficacia de la boquilla de acuerdo con la invencion con respecto a una boquilla estandar, es decir una boquilla clasica sin elemento movil, y por tanto el interes de forzar el gas en la ranura de corte gracias a la puesta en practica de un faldon montado sobre un elemento movil, se han realizado ensayos comparativos utilizando una instalacion de corte con generador laser de tipo CO2 para generar un haz laser que es llevado a una cabeza de focalizacion laser que comprende opticas de focalizacion, a saber lentes.

La cabeza de focalizacion laser esta equipada, segun el caso, con una boquilla estandar con orificio de salida de 1,8 mm o con una boquilla de acuerdo con la Figura 2 con un faldon movil cilmdrico de acero, cuerpo de ceramica tecnica y paso axial de perfil conico con canal de salida cilmdrico de un diametro de 1,8 mm de diametro. Ademas, la boquilla comprende una cubierta externa de cobre. En el transcurso del ensayo, el sensor capacitativo era configurado para ajustar la distancia entre la cara delantera de la cubierta y la superficie superior de la chapa que haya que cortar a una distancia de 1 mm.

El gas de asistencia utilizado es nitrogeno.

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

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

Los resultados obtenidos han demostrado que:

- con la boquilla estandar, una presion del gas de 14 bares es insuficiente para obtener un corte de calidad. En efecto, a 14 bares, los bordes de corte comprenden numerosas rababas adherentes. Esto demuestra que la evacuacion del metal en fusion se hace mal debido a una accion insuficiente del gas sobre el metal en fusion que debe ser expulsado. A fin de eliminar estas rebabas, ha sido necesaria una presion de 16 bares.

- con la boquilla de la invencion, ensayos hechos a presiones que se escalonan entre 1 bar y 5 bares han conducido a cortes de buena calidad, es decir con bordes de corte desprovistos de rebabas adherentes. El faldon de la boquilla permite canalizar el gas hacia la ranura y expulsar eficazmente el metal fundido. Ademas, la boquilla permite un funcionamiento del sensor capacitativo y un mantenimiento de la cabeza a una altura constante con respecto a la superficie superior de la chapa cortada.

Estos ensayos demuestran claramente la eficacia de una boquilla de acuerdo con la invencion que permite reducir considerablemente las presiones de gas que hay que poner en practica con respecto a una boquilla estandar, siendo por otra parte todas las condiciones iguales, y por tanto reducir igualmente los consumos gaseosos. Ademas, el funcionamiento de la instalacion de corte por laser existente no se ve perturbado en modo alguno por el empleo de la boquilla de la invencion. Es facil mantener una altura constante de la cabeza de focalizacion con respecto a la superficie superior de la chapa que haya que cortar midiendo valores de capacidades electricas entre la cubierta externa de la boquilla y la chapa y ajustado el posicionamiento en altura de la cabeza en funcion de eventuales variaciones de los citados valores.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Boquilla laser que comprende:

- un cuerpo (1) de boquilla que comprende un primer alojamiento axial (5) que comprende un primer orificio de salida (11) situado a nivel de una cara delantera (1a) del cuerpo de boquilla (1), y

- un elemento movil (2) dispuesto en el primer alojamiento axial (5) del cuerpo de boquilla (1), que comprende una parte delantera (2a) que forma faldon y un paso axial (4) con un segundo orificio de salida (12) que desemboca a nivel de la citada parte delantera (2a) que forma faldon, y

- un elemento elastico (8) dispuesto en el primer alojamiento axial (5), entre el cuerpo (1) de boquilla y el elemento movil (2),

caracterizado por que

- el elemento movil (2) es apto para desplazarse en traslacion en el primer alojamiento axial (5) en direccion al primer orificio de salida (11) bajo el efecto de una presion gaseosa que se ejerce sobre el elemento movil (2),

- el elemento elastico (8) ejerce una fuerza de solicitacion elastica sobre el elemento movil (2) que tiende a oponerse al movimiento de traslacion en el primer alojamiento axial (5) en direccion al primer orificio de salida (11), y

-una cubierta externa (13) forma manguito alrededor de todo o parte del cuerpo (1) de boquilla.
2. Boquilla de acuerdo con la reivindicacion precedente, caracterizada por que la cubierta externa (13) comprende una primera pared periferica (13c) y el cuerpo (1) de boquilla comprende una segunda pared periferica (1c), estando las citadas primera y segunda paredes perifericas (13c, 1c) totalmente o en parte en contacto o espaciadas una de la otra.
3. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el elemento movil (2) es apto para desplazarse en traslacion en el primer alojamiento axial (5) en direccion al primer orificio de salida (11) hasta que la parte delantera (2a) sobresalga al exterior del citado primer alojamiento axial (5) a traves del primer orificio de salida (11).
4. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la cubierta (13) comprende un segundo alojamiento axial (7) que comprende un tercer orificio de salida (14) situado a nivel de una cara delantera (13a), de la citada cubierta (13) desembocando el citado tercer orificio de salida (14) aguas arriba del citado segundo orificio de salida (12) del paso axial (4) del elemento movil (2) cuando la parte delantera (2a) sobresale al exterior del primer alojamiento axial (5).
5. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el cuerpo (1) de boquilla esta formado de un material aislante electricamente y la cubierta externa (13) esta formada de un material conductor electricamente.
6. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el elemento movil (2) es apto para desplazarse entre varias posiciones que comprenden:

- una posicion de reposo en la cual la parte delantera (2a) del elemento movil (2) esta totalmente o casi totalmente introducida en el alojamiento axial (5) y

- una posicion de trabajo en la cual el faldon de la parte delantera (2a) del elemento movil (2) sobresale totalmente o casi totalmente al exterior del primer alojamiento axial (5) del cuerpo de boquilla, a traves del primer orificio de salida (11).
7. Cabeza de focalizacion laser que comprende al menos una optica de focalizacion, caracterizada por que la misma comprende ademas una boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.
8. Cabeza de focalizacion de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizada por que la misma comprende ademas un sistema de sensor capacitativo, estando unida la cubierta externa (13) de la boquilla electricamente al citado sistema de sensor capacitativo.
9. Instalacion laser que comprende un generador laser, una cabeza de focalizacion laser y un dispositivo de transporte de haz laser unido al citado generador laser y a la citada cabeza de focalizacion laser, caracterizada por que la cabeza de focalizacion laser es de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 u 8.
10. Instalacion de acuerdo con la reivindicacion 9, caracterizada por que el generador laser es de tipo CO2, YAG, de fibras o de discos.
11. Procedimiento de corte por haz laser de una pieza metalica (30), en el cual se pone en practica una boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, una cabeza de focalizacion laser de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 u 8 o una instalacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 o 10.
12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado por que la distancia entre la pieza metalica (30) 5 cortada y la cabeza de focalizacion es ajustada a partir de uno o varios valores de capacidad electrica medidos entre

la cubierta externa (13) y la pieza metalica (30).