Nozzle and Gas Pressure
La tobera (boquilla) es una punta de forma cónica con un canal que dirige el haz láser. El diámetro del orificio depende del espesor y la densidad del material a procesar.
El contacto del sensor capacitivo se cierra directamente sobre la tobera (normalmente a través de un aislador cerámico). El sensor genera las señales que mantienen la distancia (standoff) prescrita entre la tobera y la pieza durante el trabajo.
Materiales de las toberas
Las toberas se fabrican en cobre, que disipa bien el calor y conserva sus propiedades capacitivas a altas temperaturas. Es habitual aplicarles un recubrimiento de cromo, que evita la adherencia de las gotas de metal incandescente expulsadas de la zona de corte. Cuando se adhieren, se pierde la distancia óptima entre la tobera y la pieza, por lo que las toberas sin cromo deben sustituirse con mayor frecuencia.
Tipos constructivos de toberas
- Toberas simples (monocapa) se utilizan para suministrar nitrógeno y gases inertes en el corte de aceros inoxidables y otros aceros de alta aleación, aluminio, titanio, zinc y latón.
- Toberas dobles (bicapa) se utilizan en el corte con oxígeno de aceros de baja aleación. En el interior hay un inserto que conduce dos gases distintos. El flujo interno es oxígeno puro (99,999 %), y el externo protege el chorro de oxígeno del aire atmosférico. La protección es necesaria porque las impurezas del aire alteran los parámetros de combustión y, por tanto, el rendimiento de la máquina.
Elección del diámetro del orificio
Las toberas se seleccionan de forma inversamente proporcional a la presión de gas utilizada.
El diámetro del orificio de salida se elige en función del espesor del metal a cortar. A mayor espesor, mayor diámetro de orificio.
El diámetro también afecta a la sección, la velocidad y la forma del flujo de gas. Cuanto mayor el diámetro, mayores estos valores, más eficaz la expulsión del fundido y más rápido el corte.
No tiene sentido dar cifras concretas (diámetro de tobera), porque en cada caso los valores dependen de la potencia, la distancia focal, el standoff y otros parámetros.
La mínima entrada de aire atmosférico o de otros gases modifica los parámetros de combustión y, con ello, el rendimiento de la máquina. Por eso la capa externa de gas actúa como una "envoltura" protectora de la columna interna.
Funciones de la tobera
Con el orificio correctamente centrado respecto al haz láser, la tobera cumple las siguientes funciones:
- Protege la lente del polvo, las salpicaduras y otras impurezas; dirige el haz láser a la zona de corte exacta.
- Suministra el gas de asistencia a la zona de corte con caudal regulable. Mejora la calidad de los bordes y evita la formación de rebabas.
- Garantiza la coaxialidad del chorro de gas con el haz láser.
- Expulsa el fundido de la zona de corte (material fundido formado al calentar el metal hasta el punto de fusión).
- Con oxígeno, se produce una reacción de oxidación con el metal calentado por el láser. El calor liberado eleva la temperatura en la zona de corte, lo que permite aumentar la velocidad y el espesor cortable.
- El nitrógeno y los gases inertes (argón, helio) desplazan el aire atmosférico (que contiene oxígeno) de la zona de corte, evitando la oxidación del material. Los bordes quedan limpios y lisos, sin necesidad de eliminar mecánicamente la cascarilla.
- Refrigera los bordes de corte, evitando deformaciones térmicas del material.
Algunas versiones llevan recubrimiento de cromo; su función es evitar la adherencia de las gotas de fundido expulsadas de la zona de corte.
La tobera es un consumible de la máquina láser. Forma parte del cabezal de corte y evita la oxidación rápida o el quemado de las superficies calientes.
Gas de asistencia
El gas de asistencia se inyecta coaxialmente al haz láser para proteger la lente de la contaminación y de las salpicaduras incandescentes; en algunos casos — cuando es oxígeno — para reaccionar con el metal y expulsar la escoria fundida de la parte inferior de la zona de corte; con acero inoxidable, para enfriar el metal y expulsarlo.
Presión de gas
La presión del gas de asistencia determina la eficacia con la que se expulsa la escoria y, por tanto, influye directamente en la calidad final del corte por láser.
Cada metal exige una presión de gas óptima diferente. Si la presión es demasiado baja, el material fundido no se expulsa a tiempo y se adhiere al reverso del borde de corte.
Si es demasiado alta, debilita la capacidad de corte del haz láser, ensanchando el kerf y volviéndolo más rugoso.
Efecto del gas de asistencia sobre el perforado (piercing)
- Con presión baja, el perforado es más difícil y aumenta el tiempo de ciclo.
- Con presión excesivamente alta, el punto de penetración se funde en exceso y se forma una gran mancha de fusión.
Por eso la presión de gas en el perforado de chapa fina es mayor que en chapa gruesa.
Geometría de la tobera
La presión de gas y la distancia del metal a la tobera (standoff) son factores muy importantes en el corte por láser — afectan a la calidad.
Las oscilaciones del gradiente de presión y de la fuerza lateral sobre el frente de corte perjudican la expulsión de la escoria por el chorro de gas, lo que degrada la calidad del corte.
Revise la geometría de la tobera un par de veces al día; si está deformada, sustitúyala de inmediato. Recordatorio: la tobera es un consumible.
Tipos de toberas
- Tipo A "Falda". Punta estándar con cono truncado. Su nombre proviene del parecido visual con una falda. Poco adecuada para contornos próximos entre sí (se monta sobre el borde vecino). Como ventaja, el sensor dispone de mucho más tiempo para evitar el posible impacto de la tobera contra el borde de corte.
- Tipo B "Sombrero". Su nombre proviene del parecido con el sombrero mexicano. La parte cónica es más alta y con ángulos laterales suaves. Excelente para contornos próximos (no se monta sobre el borde vecino). Como inconveniente, el sensor dispone de mucho menos tiempo para reaccionar y evitar el impacto, lo que puede dañar el recubrimiento o el anillo cerámico.
- Tipo C "Sombrero-parábola" (semi-sombrero), alta velocidad. Sombrero con paredes parabólicas — modificación del sombrero cuyo perfil permite "rodear" obstáculos suavemente y evitar la colisión con el borde. Las toberas de alta velocidad son una opción intermedia entre las clásicas y el sombrero. El perfil parabólico da más tiempo de reacción al sensor capacitivo. Como el sombrero, permite cortar piezas con contornos próximos, pero se comporta peor que aquel.
- Tipo D "Sombrero-flecha". Tobera con punta redondeada, indicada para piezas de hasta 0,3 mm de espesor. A diferencia de la versión de cabeza plana, no arrastra la chapa los primeros milímetros tras la retirada del cabezal y la precisión se mantiene. El perfil evita que la chapa "se pegue" a la tobera al subir el cabezal láser.
Las toberas tipo sombrero se usan principalmente en máquinas de más de 4 kW. La presión por el ahorro de material está extendiendo su uso a máquinas de más de 1 kW.
Cara de asiento de la tobera
En todos los tipos anteriores, la cara de asiento puede tener, en sección, forma hexagonal o circular. Los modelos hexagonales pueden usarse en máquinas con cambio automático de toberas. Sin automatización, sirve cualquiera de las dos formas.
Es importante entender que cada forma tiene ventajas e inconvenientes.
Utilizar la tobera con el formato correcto evita daños en la cerámica, desplazamiento de la chapa, pérdida de eficiencia y caída de la calidad de corte.
Marcas populares
- WSX — equivalente chino de la pieza del fabricante alemán Precitec (Light Cutter). Compatible con la mayoría de cabezales de corte. Material: cobre de alta calidad. Disponible en versión de capa simple y doble.
- Raytools. Toberas reforzadas. Se fabrican distintos tamaños según la aplicación. No compatibles con cabezales IPG Precitec.
- Unimach. Toberas de fabricante ruso. Diseñadas para alta presión de gas. Material: aleación de cobre con cromado. Soplado de aire para refrigeración.
- Tag. Toberas cilíndricas de cobre. Aplicación: corte láser manual de acero al carbono, inoxidable y aluminio.
- IPG Photonic — pieza cónica de cobre con cromado y punta aguda. Alta precisión. Indicada para corte estándar y microcorte. Compatible con cabezales Precitec, WSX y otros.
- Bodor. Toberas de capa simple y doble, con o sin cromo. Alta precisión de láser y de gas. Larga vida útil.