ES2611769T3

ES2611769T3 - Boquilla láser de elemento móvil externo

Info

Publication number: ES2611769T3
Application number: ES13791851.2T
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: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-10-23
Also published as: AU2013343367B2; BR112015010564A2; FR2997881B1; SG11201503483WA; AU2013343367A1; US9604310B2; CA2886914A1; FR2997881A1; RU2015121936A; CN104768699B; KR20150082258A; EP2916990B1; ZA201503144B; WO2014072609A1; CN104768699A; US20150290742A1; MX2015005754A; JP6242908B2; EP2916990A1; MX340047B

Abstract

Boquilla que comprende: - un cuerpo (1) de boquilla que comprende un primer paso axial (5) y un orificio de entrada (11') que permite alimentar el citado primer paso axial (5) de gas de asistencia (23), - una cubierta externa (13) que comprende un alojamiento axial (7) y un primer orificio de salida (14) situado a nivel de una cara delantera (13a) de la citada cubierta externa (13), estando dispuesto el cuerpo (1) de boquilla al menos parcialmente en el citado alojamiento axial (7), - un elemento móvil (3) que comprende un segundo paso axial (4) y una parte delantera (3a) que forma faldón, estando dispuesto el citado elemento móvil (3) entre la cubierta externa (13) y el cuerpo (1) de boquilla y siendo móvil en traslación en el alojamiento axial (7) de la cubierta externa (13), y - el elemento elástico (8) dispuesto en el alojamiento axial (7), entre la cubierta externa (13) y el cuerpo (1) de boquilla, caracterizada por que el elemento móvil (3) es apto y está concebido para desplazarse en traslación en el alojamiento axial (7) en dirección al primer orificio de salida (14) bajo el efecto de una presión gaseosa del citado gas de asistencia (23) que se aplica en el citado alojamiento axial (7) y que se ejerce sobre el citado elemento móvil (3), ejerciendo el citado elemento elástico (8) una fuerza de solicitación elástica sobre el elemento móvil (3) que tiende a oponerse al movimiento de traslación del elemento móvil (3) en el alojamiento axial (7) en dirección al primer orificio de salida (14).

Description

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DESCRIPCION

Boquilla laser de elemento movil externo

La invencion concierne a una boquilla laser utilizable en corte con haz laser con elemento movil de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 (vease por ejemplo el documento US3.383.491), comprendiendo la boquilla laser un faldon que permite concentrar el gas de corte en el canal de corte y que ofrece, ademas, una puesta en practica mejorada desde el punto de vista industrial.

El corte con haz laser necesita la utilizacion de una boquilla generalmente de cobre que tiene por efecto canalizar el gas y dejar pasar el haz laser. El gas y el haz se propagan hasta la pieza que haya que cortar a traves de un paso axial que atraviesa el cuerpo de la boquilla. Las boquillas tienen tfpicamente diametros de su orificio de salida comprendidos entre 0,5 mm y 3 mm para una distancia de trabajo comprendida entre 0,6 mm y 2 mm.

A fin de permitir el corte, es necesario utilizar presiones elevadas, en general de varios bares, en el interior del cabezal de focalizacion a fin de permitir al gas entrar en el canal de corte para retirar el metal en fusion.

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

Estas perdidas de gas son de hecho debidas a la gran diferencia entre la seccion de paso del orificio de 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 laser que atraviesa esta boquilla.

Ahora bien, si se pone en practica 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 remediarlo reduciendo el diametro del orificio de la boquilla no es ideal porque se corre entones el riesgo de que el haz laser golpee el interior de la boquilla y le 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 el canal de corte, por ejemplo el documento Ep-A-1669159, JP-A-62006790, JP-A-61037393, JP- A-63108992, JP-A-63040695, US-A-4.031.351, US 3.383.491, DE 198 53 765 C1 y JP-A-2003-260582.

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

Especialmente, el documento US 3.383.491 divulga una boquilla de corte con 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 el canal de corte. El documento DE 198 53 765 C1 describe igualmente un muelle que tiene un efecto similar.

Esta solucion plantea un cierto numero de problemas. Por una parte, la fuerza ejercida por el muelle en direccion a la chapa 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 esta puesta simplemente sobre la mesa de la maquina de corte. Por otra parte, el dispositivo es de puesta en practica compleja y de un volumen muy superior al de una boquilla laser clasica. Esto plantea problemas en el marco de recortes de piezas en imbricacion, es decir de piezas muy proximas sobre una misma chapa. Ahora bien, este tipo de corte es muy empleado en la industria del corte con laser debido a la econoirna de material que el mismo proporciona.

Una solucion alternativa ha sido propuesta en la solicitud de patente francesa n° 1154224, depositada el 16 de mayo de 2011 y no publicada en la fecha de deposito de la presente solicitud. La misma consiste en disponer un elemento movil en el 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 haya que cortar. Resulta asf una aproximacion del elemento movil a la superficie superior de la chapa que haya que cortar hasta encontrarse en contacto con la misma. El elemento movil forma asf un faldon por el cual el gas de corte es canalizado y concentrado a nivel del canal de corte, lo que fuerza al gas a entrar en el citado canal y mejora su eficacia.

Sin embargo, esta solucion no es ideal debido a que el elemento movil debe ser dispuesto en el seno mismo del cuerpo de la boquilla laser, de modo mas preciso en el paso axial del cuerpo de la boquilla.

En efecto, es necesario proponer una solucion que mejore la eficacia del gas y que ademas pueda ser puesta en practica facilmente por una modificacion simple de las boquillas laser existentes y ya comercializadas ampliamente, sin modificacion de su geometna interna.

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Estas boquillas laser clasicas tienen geometnas diversas, estando dedicado cada modelo a un tipo de procedimiento de corte, un tipo de haz laser, un tipo de cabezal de focalizacion... En el marco de una puesta en practica desde el punto de vista industrial, es por tanto primordial proponer una solucion que sea compatible con la mayona, incluso la totalidad, de estas boquillas.

Ahora bien, en la industria del corte con laser existen un gran numero de boquillas cuyo cuerpo no ofrece un volumen de material suficiente para disponer en el mismo un alojamiento axial para un elemento movil interno de acuerdo con la solicitud FR n° 1154224.

Ademas, ciertas aplicaciones de corte necesitan la utilizacion de boquillas denominadas de « doble-flujo » que comprenden, ademas de un paso de gas axial, al menos un paso de gas lateral que atraviesa el cuerpo de boquilla y dispuesto en la proximidad del citado paso axial. La presencia de este o estos pasos suplementarios hace diffcil el mecanizado de un alojamiento en el cuerpo de la boquilla, es decir un agrandamiento del paso axial inicial para acoger en el mismo un elemento movil interno.

Por otra parte, la solucion consistente en disponer un elemento movil en el paso axial de una boquilla clasica, sin agrandamiento previo del citado paso, esta destinada a desaparecer puesto que la misma genera una reduccion del espacio disponible para el paso del haz laser focalizado. Resulta asf un riesgo de calentamiento, incluso de deterioro, de las paredes internas del elemento movil y/o del cuerpo de boquilla, lo que deteriora igualmente la calidad y/o las prestaciones de corte, asf como la productividad del procedimiento.

El problema que se plantea es por tanto paliar todos o parte de los inconvenientes anteriormente citados, proponiendo una boquilla laser que permita especialmente mejorar la eficacia del gas utilizado en el corte con laser, al tiempo que ofrezca una puesta en practica desde el punto de vista industrial y una duracion de vida de servicio considerablemente mejorada con respecto a las soluciones existentes, y que ademas sea compatible con la mayor parte, incluso la totalidad, de las boquillas laser clasicas existentes.

La solucion de la presente invencion es entonces una boquilla laser de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1, que comprende:

- un cuerpo de boquilla que comprende un primer paso axial,

- una cubierta externa que comprende un alojamiento axial, estando dispuesto el cuerpo de boquilla al menos parcialmente en el citado alojamiento axial, y

- un elemento movil que comprende un segundo paso axial y una parte delantera que forma faldon, estando dispuesto el citado elemento movil entre la cubierta externa y el cuerpo de boquilla y siendo movil en traslacion en el alojamiento axial de la cubierta externa.

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

- el alojamiento axial de la cubierta externa comprende un primer orificio de salida situado a nivel de una cara delantera de la citada cubierta externa, siendo el elemento movil apto y estando concebido para desplazarse en traslacion en el alojamiento axial, en direccion al primer orificio de salida, hasta que la parte delantera que forma faldon del elemento movil sobresalga al exterior del alojamiento axial a traves del citado primer orificio de salida del alojamiento axial.

- el cuerpo de boquilla, la cubierta externa y el elemento movil son piezas de revolucion dispuestas coaxialmente una con otra, comprendiendo el cuerpo de boquilla una parte delantera dispuesta al menos parcialmente en el segundo paso axial del elemento movil.

- el primer paso axial del cuerpo de boquilla comprende un segundo orificio de salida situado a nivel de la parte delantera del citado cuerpo de boquilla y el segundo paso axial del elemento movil comprende un tercer orificio de salida situado a nivel de la parte delantera que forma faldon del elemento movil, desembocando el citado tercer orificio de salida aguas abajo del citado segundo orificio de salida cuando la parte delantera sobresale al exterior del alojamiento axial.

- el cuerpo de boquilla comprende al menos un conducto de llegada de gas dispuesto en el seno del citado cuerpo de boquilla y que pone en comunicacion fluidica el primer paso axial del cuerpo de boquilla y el alojamiento axial de la cubierta externa.

- el alojamiento axial comprende un resalte interno, preferentemente dispuesto a nivel del fondo del citado alojamiento axial, y la pared periferica externa del elemento movil comprende un tope dispuesto enfrente del citado resalte, estando dispuesto el elemento elastico entre el tope y el resalte interno.

- la boquilla comprende ademas un elemento tubular que forma manguito alrededor de toda o parte de la parte delantera del cuerpo de boquilla, estando formado el elemento tubular de un material electricamente aislante.

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

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- una posicion de reposo en la cual el faldon de la parte delantera del elemento movil esta introducida totalmente o casi totalmente 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 tercer orificio de salida.

La invencion se refiere igualmente a un cabezal 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, caracterizada por que el mismo comprende ademas una boquilla laser de acuerdo con la invencion.

Por otra parte, la invencion concierne tambien a una instalacion laser que comprende un generador laser, un cabezal de focalizacion laser y un dispositivo de transporte de haz laser unido al citado generador laser y al citado cabezal de focalizacion laser, caracterizada por que el cabezal 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 con otro aspecto, la invencion se refiere igualmente a un procedimiento de corte con haz laser, en el cual se pone en practica una boquilla de acuerdo con la invencion, un cabezal de focalizacion laser de acuerdo con la invencion o una instalacion de acuerdo con la invencion.

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

- la Figura 1A esquematiza un cabezal de focalizacion de una instalacion de corte con laser clasica,

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

- la Figura 2 esquematiza una vista en corte de una boquilla de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion,

- las Figuras 3A y 3B esquematizan vistas en corte de ciertos elementos constitutivos de una boquilla de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion,

- la Figura 4 esquematiza una vista en corte de una boquilla de acuerdo con un modo de realizacion de la invencion, ocupando el elemento movil una posicion diferente de la representada en la Figura 2, y

las Figuras 5A y 5B esquematizan una boquilla de acuerdo con la invencion en funcionamiento, ocupando el elemento movil dos posiciones diferentes.

La Figura 1A representa el cabezal de focalizacion 20 de una instalacion de corte con 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 retirar el metal fundido por el haz laser fuera del canal 31 de corte formado 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 el oxfgeno, el aire, el CO2, el hidrogeno, o un gas inerte, tal como el argon, el nitrogeno, el helio, o una mezcla de varios 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 retirado por debajo de la pieza por la presencia 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 del haz 22, lo que genera, con las boquillas clasicas, un consumo elevado de gas de asistencia del que solamente una pequena proporcion servira para retirar el metal fundido fuera del canal de corte 31.

Para evitar tener que disponer un elemento movil interno en el interior del cuerpo de la boquilla laser clasica, de la Figura 1A, de modo mas preciso en el paso axial de la citada boquilla, la presente invencion propone una boquilla laser de elemento movil externo.

De hecho, la boquilla laser de la invencion, visible en la Figura 2, comprende un cuerpo 1 de boquilla y una cubierta externa 13, visibles en la Figura 3A, que cooperan con un elemento movil 3 dispuesto de modo movil alrededor de al menos una parte del cuerpo 1 de la boquilla. Un elemento movil 3 de acuerdo con la invencion esta esquematizado en la Figura 3B.

De modo mas preciso, el cuerpo 1 de boquilla, preferentemente formado de un material conductor, por ejemplo de cobre o de laton, esta destinado a fijarse sobre el cabezal de focalizacion laser 20 de la instalacion laser.

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Ventajosamente, el cuerpo 1 de boquilla es una pieza de revolucion atravesada de parte a parte por un primer paso axial 5 de eje de simetna AA que se extiende desde la parte trasera 1b del cuerpo 1 hasta la parte delantera 1a del citado cuerpo 1.

En el marco de la invencion, se entiende por parte o cara delantera, las partes de los elementos de la boquilla laser situadas en el lado de la chapa que haya que cortar cuando la boquilla esta en funcionamiento. Siendo designadas las partes o caras opuestas por el termino « trasera ».

El primer paso axial 5 desemboca a nivel de las dos partes delantera 1a y trasera 1b del cuerpo 1 de boquilla. La parte trasera 1b lleva por tanto un segundo orificio de entrada 11', mientras que la parte delantera 1a lleva un segundo orificio de salida 11 del cuerpo de boquilla 1, siendo los segundos orificios de entrada 11' y de salida 11 coaxiales de eje AA.

Este primer paso axial 5 es de hecho un vaciado, que puede ser de diferentes formas, por ejemplo de forma general cilmdrica, troncoconica, con o sin canal cilmdrico de salida, convergente-divergente, es decir de geometna denominada « De Laval », o de cualquier otra geometna.

El segundo orificio de salida 11 es preferentemente de seccion circular de un diametro comprendido preferentemente entre 0,5 mm y 5 mm.

La cubierta externa 13 comprende un alojamiento axial 7 en el cual esta dispuesto al menos parcialmente el cuerpo 1 de boquilla, preferentemente coaxialmente con el citado cuerpo 1. Como se ve en la Figura 3A, el alojamiento axial 7 es pasante y comprende especialmente un primer orificio de salida 14 situado a nivel de la cara delantera 13a de la cubierta externa 13.

Ventajosamente, la cubierta externa 13 comprende un fondo 15 que comprende un resalte 9 interno que se proyecta radialmente hacia el centro del alojamiento 7, estando formado el citado resalte interno 9 por una reduccion 15 de la seccion del alojamiento axial 7 a nivel del primer orificio de salida 14.

De acuerdo con la invencion, la boquilla comprende por otra parte un elemento movil 3 que se inserta en el alojamiento axial 7 de la cubierta externa 13, entre la cubierta externa 13 y el cuerpo 1 de boquilla. Este elemento movil 3 es apto y esta concebido para desplazarse en traslacion segun el eje AA en el interior del primer alojamiento 7 de la cubierta externa 13, hasta que la parte delantera 3a que forma faldon del elemento movil 3 sobresalga al exterior del citado alojamiento 7, como esta representado en la figura 2, a traves del primer orificio de salida 14.

Como se ve en la Figura 3B, el elemento movil 3 es ventajosamente una pieza de revolucion que comprende una parte delantera 3a que forma un faldon de forma general cilmdrica, es decir tubular. El elemento movil 3 comprende ademas un segundo paso axial 4 con un segundo orificio de salida 12 que desemboca a nivel de la parte delantera 3a que forma faldon.

De modo mas preciso, cuando la parte delantera 3a del elemento movil 3 sobresale al exterior del alojamiento axial 7, el tercer orificio de salida 12 del elemento movil 3, preferentemente de seccion circular, desemboca aguas abajo del segundo orificio de salida 11 del cuerpo 1 de boquilla.

La pared periferica externa del elemento movil 3 comprende ventajosamente un tope 10, dispuesto enfrente del resalte interno 9 cuando el elemento movil 3 esta dispuesto en el alojamiento axial 7.

Preferentemente, el elemento movil 3, el cuerpo 1 de boquilla y la cubierta externa 13 son cada uno piezas formadas de un solo bloque y estan dispuestos coaxialmente uno con otro. Dicho de otro modo, los ejes de simetna del elemento movil 3 y de la cubierta externa 13 estan confundidos, o sensiblemente confundidos, con el eje AA del cuerpo 1 de boquilla.

Ventajosamente, la parte delantera 1a del cuerpo 1 de boquilla esta dispuesta al menos parcialmente en el segundo paso axial 4 del elemento movil 3. El elemento movil 3 puede desplazarse axialmente a lo largo de la pared periferica externa de la citada parte delantera 1a del cuerpo 1 de boquilla. El segundo paso axial 4 del elemento movil 3 y la pared periferica externa de la parte delantera 1a tienen preferentemente perfiles de forma cilmdrica.

De acuerdo con la invencion, el elemento movil 3 es por tanto un elemento externo dispuesto alrededor de al menos una parte de la parte delantera 1a del cuerpo 1 de boquilla, es decir al exterior del cuerpo 1 de boquilla y no en su seno.

Preferentemente, el elemento movil 3 es apto para desplazarse en traslacion en el alojamiento axial 7 en direccion al primer orificio de salida 14 bajo el efecto de una presion gaseosa que se aplica en el alojamiento 7 y que se ejerce sobre el citado elemento movil 3. El elemento movil 3 es ventajosamente mantenido al menos parcialmente en el alojamiento 7 gracias al tope 10 y al resalte 9.

De acuerdo con un modo de realizacion particularmente ventajoso de la invencion, ilustrado en las Figuras 2 a 4, 5A y 5B, el cuerpo 1 de boquilla comprende al menos un conducto 6 de llegada de gas dispuesto en el seno del citado cuerpo 1 de boquilla y que pone en comunicacion fluidica el primer paso axial 5 del cuerpo 1 de boquilla y el

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alojamiento axial 7 de la cubierta externa 13. Preferentemente, el cuerpo 1 de boquilla comprende de uno a veinte conductos 6, preferentemente de tres a ocho conductos 6, que atraviesan el citado cuerpo 1. Estos conductos 6 son preferentemente vaciados, o perforaciones, practicados en el cuerpo 1, preferentemente ademas de seccion circular y de un diametro que puede ser del orden de 0,5 mm a 5 mm.

De hecho, la boquilla de la invencion esta destinada a equipar un cabezal de focalizacion montado en una instalacion de corte con laser industrial. Este tipo de instalacion comprende habitualmente al menos una fuente de gas de asistencia unida al menos a una canalizacion. Esta canalizacion es apta y esta concebida para alimentar de gas el cabezal de focalizacion, de modo mas preciso el volumen interno del citado cabezal.

La boquilla laser esta conectada fluidicamente al cabezal de focalizacion, por intermedio del orificio de entrada 11' que pone en comunicacion fluidica el volumen interno del cabezal de focalizacion y el primer paso axial 5 del cuerpo 1 de boquilla. De esta manera, el gas de corte 23 que alimenta el cabezal de focalizacion es distribuido a traves de la boquilla laser de acuerdo con la invencion.

Ventajosamente, el elemento movil 3 de la boquilla es apto y esta concebido para desplazarse en traslacion en el alojamiento 7 de la cubierta externa 13 cuando la fuente de gas alimenta de gas el cabezal de focalizacion y el paso axial 5 de la boquilla laser. El gas 23 ejerce entonces una presion gaseosa sobre el citado elemento movil 3 que induce un desplazamiento del citado elemento 3 en el alojamiento 7.

De hecho, durante la utilizacion de la boquilla de acuerdo con la invencion, el haz laser 22 y el gas de asistencia 23 atraviesan el primer paso axial 5 del cuerpo 1 de boquilla y salen por el segundo orificio de salida 11 que desemboca a nivel de la parte delantera 1a del cuerpo 1.

Como se ve en la Figura 2, cuando el gas 23 alimenta el primer paso axial 5 del cuerpo 1 de boquilla, una parte del gas distribuido en el primer paso axial 5 alimenta igualmente el o los conductos 6 de llegada de gas.

Los conductos 6 desempanan la funcion de conductos de derivacion para distribuir al menos una parte del citado gas 23 en el alojamiento axial 7 de la cubierta externa 13, a fin de que una presion gaseosa se aplique en el alojamiento axial 7 y se ejerza sobre el elemento movil 3.

El elemento movil 3 se desplaza asf axialmente con respecto al cuerpo 1 de la boquilla y a la cubierta externa 13 bajo el efecto de la presion del gas de asistencia 23 el cual tiende a empujarle en direccion a la pieza que haya que cortar 30. El desplazamiento en traslacion segun el eje AA del elemento movil 3 provocara la aproximacion del faldon 3a a la superficie superior 30 de la chapa que haya que cortar, que entraran en contacto una con la otra, como esta ilustrado en la Figura 6B.

Asf, el gas sera canalizado por el faldon 3a y se encontrara concentrado a nivel de la mancha laser y por tanto del canal de corte, lo que mejorara considerablemente su eficacia y se hara mejor la retirada del metal.

De acuerdo con la invencion, un elemento elastico 8, tal como un muelle, esta dispuesto en el alojamiento axial 7, entre la cubierta externa 13 y el cuerpo de boquilla 1, de manera que ejerce una fuerza de solicitacion elastica sobre el elemento movil 3 en un sentido que tiende a alejarle de la pieza 30 que haya que cortar. Dicho de otro modo, la fuerza de solicitacion elastica ejercida por el elemento 8 tiende a oponerse al movimiento de traslacion del elemento movil 3 en direccion al primer orificio de salida 14.

De acuerdo con la invencion, el elemento elastico 8 esta dispuesto en el alojamiento axial 7, entre la cubierta externa 13 y el cuerpo 1 de boquilla, preferentemente entre el resalte 9 y el tope 10.

Asf, al final del corte, cuando se cierre el gas y la presion gaseosa deje de ejercerse sobre el elemento movil 3, este puede ser solicitado hacia la posicion de reposo, es decir hasta que el faldon 3a entre al interior del alojamiento 7.

El elemento elastico 8 permite asf limitar el fenomeno de desgaste del faldon 3a durante las fases de perforacion de la chapa que preceden generalmente a las fases de recorte. 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 3a suba totalmente o casi totalmente en el alojamiento 5 y quede asf protegido de las proyecciones de metal fundido generadas por la perforacion.

El elemento elastico 8 facilita tambien los desplazamientos rapidos del cabezal 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 3a entra al interior del alojamiento 7. Solo el faldon 3a sube y no es necesario levantar el cabezal de focalizacion que soporta la boquilla.

Ademas, el elemento elastico 8 permite limitar la presion ejercida por el elemento movil 3 sobre la pieza que haya que cortar cuando este se desplace en direccion a la pieza bajo el efecto del 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 3 en contacto con la pieza que haya que cortar al tiempo que limite la presion que el citado elemento ejerce sobre la chapa.

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Esto permite minimizar considerablemente, incluso eliminar, cualquier riesgo de deformacion de la chapa en la cual la pieza es recortada, de rayaduras de la superficie de la chapa, y de arrastre de la chapa.

El elemento movil 3 puede estar formado de un material electricamente aislante, preferentemente un material ceramico de tipo A^Oa, AlN, ZrO2 o Al2TiO5, o un material polfmero, por ejemplo polieteretercetona (Peek) o Vespel®, o pirex. Por material electricamente aislante, se entiende un material que no conduce la electricidad, es decir que impide el paso de corriente electrica entre dos conductores electricos.

De manera alternativa, el elemento movil 3 esta formado de un material conductor electricamente, por ejemplo un material metalico tal como el acero, el bronce o el grafito.

Cuando el elemento movil 3 esta formado de un material aislante electricamente, la cubierta externa 13 esta formada de un material electricamente conductor e inversamente.

Opcionalmente, la parte delantera 3a del inserto 3 puede comprender una porcion terminal aguas abajo 17 cuyo diametro externo disminuye progresivamente en direccion al tercer orificio de salida 12. De este modo, la parte delantera 3a esta conformada para facilitar su paso sobre relieves u obstaculos presentes en la superficie de la chapa.

Por porcion terminal aguas abajo, se entiende una porcion de la parte delantera 3a situada en la extremidad aguas abajo de la citada parte delantera, es decir enfrente de la superficie superior de la chapa que haya que cortar.

La porcion terminal aguas abajo esta asf conformada para pasar sobre un desnivel o un obstaculo sin o con un choque considerablemente reducido a nivel del faldon 3a, y sin o entonces con muy poca disminucion de la velocidad de desplazamiento de la boquilla. Se evita tambien la presencia de una arista viva en la extremidad de la parte delantera 3a, lo que proporciona una mayor flexibilidad de movimiento al faldon de la invencion y le permite seguir las variaciones de niveles que pueden presentarse sobre la superficie de la chapa que haya que cortar, lo que mejora todavfa su puesta en practica desde el punto de vista industrial.

En el marco de la invencion, la porcion terminal aguas abajo 17 puede comprender a menos un chaflan que forme un angulo a comprendido entre 0,1° y 80°, preferentemente entre 10° y 45°, con respecto a la cara delantera de la parte delantera 1a del cuerpo de boquilla 1.

De manera alternativa, el perfil externo de la porcion terminal aguas abajo 17 puede comprender al menos una porcion de forma curvilmea, preferentemente al menos una porcion de forma convexa. El radio de curvatura de la al menos una porcion de forma convexa esta tfpicamente comprendido entre 0,1 mm y 2 mm.

Opcionalmente, la boquilla de acuerdo con la invencion puede comprender un elemento tubular 2 que forma manguito alrededor de toda o parte de la parte delantera 1a del cuerpo 1 de boquilla, estando formado el elemento tubular 2 de un material electricamente aislante, tal como polieteretercetona (Peek), Vespel ® o una ceramica electricamente aislante.

Este modo de realizacion es particularmente ventajoso cuando el elemento movil 3 esta formado de un material conductor electricamente, permitiendo el elemento tubular 2 evitar cualquier contacto electrico entre el elemento movil 3 y el cuerpo 1 de boquilla. Se evita asf un fallo de los sistemas de sensor capacitativo de distancia que equipan las maquinas industriales de recorte con laser para asegurar un desplazamiento del cabezal de focalizacion a una distancia constante por encima de la chapa que haya que cortar.

La Figura 4 ilustra otro modo de realizacion de la invencion en el cual la geometna del cuerpo 1 de boquilla y de la cubierta externa 13 vana sensiblemente con respecto al modo de realizacion de la Figura 2 pero cuyo principio de funcionamiento es identico.

Las Figuras 5A y 5B esquematizan un desplazamiento en traslacion del elemento movil 3 bajo el efecto de una presion de gas 23.

En particular, la Figura 5A esquematiza una boquilla de acuerdo con la invencion que comprende un elemento movil 3 cuya parte delantera 3a esta introducida en el alojamiento axial 7. La figura 5B esquematiza el efecto de una presion gaseosa 23 que se aplica en el alojamiento 7 y que se ejerce sobre el elemento movil 3, desplazandose este hasta que la parte delantera 3a que forma faldon sobresalga al exterior del primer alojamiento 7.

De hecho, el elemento movil 3 de la boquilla de acuerdo con la invencion es apto para desplazarse entre varias posiciones que comprenden al menos:

- una posicion de reposo en la cual el faldon 3a esta totalmente o casi talmente introducido en el alojamiento axial 7 de la cubierta externa 13, como esta ilustrado en la Figura 5A, y

- una posicion de trabajo en la cual el faldon 3a sobresale totalmente o casi totalmente al exterior del alojamiento axial 7 de la cubierta externa 13, a traves del primer orificio de salida 14, y entra en contacto con la pieza 30 que haya que cortar, como esta ilustrado en la Figura 5B.

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Naturalmente, el elemento movil 2 puede ocupar posiciones intermedias en las cuales el faldon 3a sobresalga solo parcialmente al exterior del alojamiento axial 7. Estas posiciones intermedias pueden ser especialmente funcion de la presion que reine en el alojamiento axial 7 y que se ejerza sobre el elemento movil 3.

La presente invencion propone por tanto 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 el canal de corte y para retirar eficazmente del mismo el metal fundido, y esto, cualquiera que sea la potencia laser y la longitud de onda del haz.

Como se ve en las Figuras 2 a 4, 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 con los recortes por imbricacion, es decir de piezas en el seno de una misma chapa con muy poca separacion entre las diferentes piezas.

Ademas, la boquilla de la invencion presenta la ventaja mayor de ser compatible con la mayor parte de las boquillas laser existentes en la industria, incluso aquellas cuyo cuerpo es de pequenas dimensiones, puesto que no es necesario disponer un alojamiento axial para acoger el elemento movil en el seno mismo del cuerpo de boquilla. La solucion de la presente invencion propone asf una boquilla laser de elemento movil externo al cuerpo de boquilla cuya puesta en practica industrial esta mejorada.

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 el canal 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 un cabezal de focalizacion laser que comprende opticas de focalizacion, a saber lentes.

El cabezal de focalizacion laser esta equipado, segun el caso, con una boquilla estandar con orificio de salida de 1,8 mm de diametro o con una boquilla segun la Figura 2 con faldon movil y paso axial del cuerpo de boquilla con orificio de salida de 1,8 mm de diametro.

El gas de asistencia utilizado es nitrogeno.

La chapa que haya que cortar es de acero inoxidable 304 L de 5 mm de grosor.

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

Los resultados obtenidos muestran que:

- con la boquilla estandar, una presion del gas de 14 bares es insuficiente para obtener un corte de calidad. En efecto, con 14 bares, los bordes de corte comprenden numerosas rebabas 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 retirado. 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 en el canal de corte y retirar eficazmente el material fundido. Ademas, la boquilla permite el funcionamiento del sensor capacitativo y la distancia entre la parte delantera del cuerpo de boquilla y la superficie superior de la chapa puede ser mantenida constante en el transcurso del procedimiento de corte.

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.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Boquilla que comprende:

- un cuerpo (1) de boquilla que comprende un primer paso axial (5) y un orificio de entrada (11') que permite alimentar el citado primer paso axial (5) de gas de asistencia (23),

- una cubierta externa (13) que comprende un alojamiento axial (7) y un primer orificio de salida (14) situado a nivel de una cara delantera (13a) de la citada cubierta externa (13), estando dispuesto el cuerpo (1) de boquilla al menos parcialmente en el citado alojamiento axial (7),

- un elemento movil (3) que comprende un segundo paso axial (4) y una parte delantera (3a) que forma faldon, estando dispuesto el citado elemento movil (3) entre la cubierta externa (13) y el cuerpo (1) de boquilla y siendo movil en traslacion en el alojamiento axial (7) de la cubierta externa (13), y

- el elemento elastico (8) dispuesto en el alojamiento axial (7), entre la cubierta externa (13) y el cuerpo (1) de boquilla,

caracterizada por que el elemento movil (3) es apto y esta concebido para desplazarse en traslacion en el alojamiento axial (7) en direccion al primer orificio de salida (14) bajo el efecto de una presion gaseosa del citado gas de asistencia (23) que se aplica en el citado alojamiento axial (7) y que se ejerce sobre el citado elemento movil (3), ejerciendo el citado elemento elastico (8) una fuerza de solicitacion elastica sobre el elemento movil (3) que tiende a oponerse al movimiento de traslacion del elemento movil (3) en el alojamiento axial (7) en direccion al primer orificio de salida (14).
2. Boquilla de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que el elemento movil (3) es apto y esta concebido para desplazarse en traslacion en el alojamiento axial (7), en direccion al primer orificio de salida (14), hasta que la parte delantera (3a) que forma faldon del elemento movil (3) sobresalga al exterior del alojamiento axial (7) a traves del citado primer orificio de salida (14) del alojamiento axial (7).
3. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el cuerpo (1) de boquilla, la cubierta externa (13) y el elemento movil (3) son piezas de revolucion dispuestas coaxialmente una con otra, comprendiendo el cuerpo (1) de boquilla una parte delantera (1a) dispuesta al menos parcialmente en el segundo paso axial (4) del elemento movil (3).
4. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el primer paso axial (5) del cuerpo (1) de boquilla comprende un segundo orificio de salida (11) situado a nivel de la parte delantera (1a) del citado cuerpo (1) de boquilla y el segundo paso axial (4) del elemento movil (3) comprende un tercer orificio de salida (12) situado a nivel de la parte delantera (3a) que forma faldon del elemento movil (3), desembocando el citado tercer orificio de salida (12) aguas abajo del citado segundo orificio de salida (11) cuando la parte delantera (3a) sobresale al exterior del alojamiento axial (7).
5. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el cuerpo (1) de boquilla comprende al menos un conducto (6) de llegada de gas dispuesto en el seno del citado cuerpo (1) de boquilla y que pone en comunicacion fluidica el primer paso axial (5) del cuerpo (1) de boquilla y el alojamiento axial (7) de la cubierta externa (13).
6. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el alojamiento axial (7) comprende un resalte interno (9), preferentemente dispuesto a nivel del fondo (15) del citado alojamiento axial (7), y la pared periferica externa del elemento movil (3) comprende un tope (10) dispuesto enfrente del citado resalte interno (9), estando dispuesto el elemento elastico (8) entre el tope (10) y el resalte interno (9).
7. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la misma comprende ademas un elemento tubular (2) que forma manguito alrededor de toda o parte de la parte delantera (1a) del cuerpo (1) de boquilla, estando formado el elemento tubular (2) de un material electricamente aislante.
8. Boquilla de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el elemento movil (3) es apto para desplazarse entre varias posiciones que comprenden:

- una posicion de reposo en la cual la parte delantera (3a) del elemento movil (3) esta totalmente o casi totalmente introducida en el alojamiento axial (7), y

- una posicion de trabajo en la cual el faldon de la parte delantera (3a) del elemento movil (3) sobresale totalmente o casi totalmente al exterior del alojamiento axial (7) a traves del tercer orificio de salida (14).
9. Cabezal de focalizacion laser que comprende al menos una optica de focalizacion, caracterizado por que el mismo comprende ademas una boquilla laser de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.
10. Instalacion laser que comprende un generador laser, preferentemente un laser de tipo CO2, YAG, de fibras o de discos, un cabezal de focalizacion laser y un dispositivo de transporte de haz laser unido al citado generador laser y al citado cabezal de focalizacion laser, caracterizada por que el cabezal de focalizacion laser es de acuerdo con la reivindicacion 9.

5 11. Instalacion de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizada por que la misma comprende una fuente de gas y

al menos una canalizacion de llegada de gas que une fluidicamente el cabezal de focalizacion y la citada fuente de gas, estando unido fluidicamente el primer paso (5) del cuerpo (1) de boquilla laser al cabezal de focalizacion y desplazandose el elemento movil (3) en traslacion en el alojamiento axial (7) del cuerpo (1) de boquilla cuando la fuente de gas alimenta el cabezal de focalizacion y la boquilla laser.

10 12. Procedimiento de corte con haz laser, en el cual se pone en practica una boquilla de acuerdo con una de las

reivindicaciones 1 a 8, un cabezal de focalizacion laser de acuerdo con la invencion 9 o una instalacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 u 11.