Lo que necesita saber sobre el corte de tubos por láser

Cuando los fabricantes piensan en la tecnología de corte por láser de fibra, pueden pensar primero en el corte de alta velocidad. Eso puede ser cierto, pero cuando se trata de cortar tubos, la velocidad es relativa. Se trata más del tiempo que lleva procesar un tubo para cumplir con las especificaciones que de la velocidad real de corte del tubo. Fotos cortesía de BLM Group USA Corp.

Nota del editor: Este artículo es una adaptación de una presentación realizada en la Cumbre de Liderazgo de The FABRICATOR en la Reunión Anual de FMA en Nashville el 6 de marzo de 2019.

La mayoría de los fabricantes de metal tienen un gran conocimiento de lo que ha hecho la tecnología de corte por láser de fibra para el procesamiento de láminas planas, pero ¿qué ha hecho el láser de fibra por el corte de tubos? Un poco, en realidad.

Algunas cosas se notan bastante. El "generador" láser en un láser de fibra es mucho más pequeño en comparación con un resonador de CO2 tradicional. De hecho, el láser de fibra es creado por bancos de diodos que se juntan en un módulo del tamaño de un maletín que puede variar en potencia de 600 a 1500 vatios. Se empalman varios módulos para crear el resonador motorizado final, que suele ser del tamaño de un archivador pequeño. La luz generada se canaliza y amplifica a través de un cable de fibra óptica. Cuando la luz sale del cable de fibra óptica, es la misma que estaba al generarse sin pérdida de potencia ni calidad. Luego se ajusta y enfoca para el tipo de material a cortar.

El resonador de CO2 es mucho más grande y requiere más energía, ya que se introduce electricidad en una combinación de gases para producir el rayo láser. Los espejos ayudan a que la luz gane en intensidad, preparándola para salir del resonador. Después de salir del resonador, el haz debe viajar a través de un camino que comprende varios espejos enfriados hasta llegar a la lente. Este viaje provoca una pérdida de potencia y calidad en el rayo láser.

Debido a la cantidad de energía requerida para crear un láser de CO2, es menos eficiente y tiene una eficiencia de enchufe de pared mucho menor en comparación con un láser de fibra. De ello se deduce que los grandes enfriadores necesarios para los láseres de CO2 también necesitan más potencia general. Dada la eficiencia del enchufe de pared del resonador láser de fibra de más del 40 por ciento, no solo está utilizando menos energía, sino también menos espacio en el piso de alta demanda.

Algunas cosas no son tan evidentes hasta que observa más de cerca un láser de fibra en funcionamiento. Debido a que el diámetro de su haz suele ser un tercio del tamaño de un haz de CO2, un láser de fibra tiene una mayor densidad de potencia que un haz de láser de CO2. Esto no solo permite que la fibra se corte más rápido, sino que también permite que perfore más rápido. Este tamaño de haz más pequeño también le da a la fibra la capacidad de cortar formas complejas y dejar bordes afilados. Imagine cortar el logotipo de una empresa de un tubo cuando el espacio entre las letras del logotipo es de 0,035 pulgadas; una fibra puede hacer ese corte, mientras que un láser de CO2 no.

Los láseres de fibra tienen una longitud de onda de 1,06 micrones, que es un 10 por ciento más pequeña que la de un rayo láser de CO2. Con su longitud de onda mucho más pequeña, el láser de fibra produce un haz que el material reflectante absorbe mucho más fácilmente; es mucho más probable que un láser de CO2 se refleje en la superficie de estos materiales. Debido a esto, las máquinas de corte por láser de fibra pueden cortar latón, cobre y otros materiales reflectantes. Cabe señalar que un rayo láser de CO2 que se refleja en el material no solo puede dañar la lente de corte de la máquina, sino también toda la trayectoria del rayo. El uso de un cable de fibra óptica para la trayectoria del haz elimina este riesgo.

Por supuesto, el láser de fibra no necesita tanta atención en términos de mantenimiento. No requiere la limpieza de espejos ni las comprobaciones de fuelles que necesita una máquina de corte por láser de CO2. Siempre que reciba agua de enfriador limpia para enfriar y los filtros de aire se reemplacen de manera rutinaria, el láser de fibra en sí no necesita mantenimiento preventivo.

Otra consideración son los módulos del tamaño de un maletín del láser de fibra: permiten la redundancia. Si un módulo tiene un problema, el resonador no se apaga por completo. El láser de fibra es redundante de manera que los otros módulos pueden producir más energía temporalmente para soportar el módulo inactivo hasta que se completen las reparaciones, lo que, dicho sea de paso, se puede realizar en el campo. Otras veces, el resonador de fibra puede continuar produciendo energía reducida hasta que se puedan realizar las reparaciones. Desafortunadamente, si un resonador de CO2 tiene un problema, todo el resonador está inactivo, no solo en un modo de potencia reducida.

Hubo un tiempo en que muchos pensaron que los láseres de fibra solo podían usarse para materiales delgados. El CO2, con su mayor longitud de onda, creó suficiente corte durante el corte de materiales gruesos que permitió suficiente espacio para la eliminación del material; el láser de fibra no podía producir el mismo corte ni los mismos resultados con materiales más gruesos. Pero eso se ha abordado en los últimos años con la tecnología de colimación que puede producir un haz generado por láser de fibra más ancho que crea separación de materiales y espacio para la eliminación de materiales en materiales gruesos. Y dado que el ancho del haz es conmutable, la máquina puede usar el haz más angosto para procesar materiales delgados, lo que permite un procesamiento más rápido de materiales de diferentes tamaños en la misma máquina de corte por láser de fibra.

Las máquinas de corte por láser de láminas ahora se venden con tecnología de generación de láser capaz de entregar hasta 12 kW de potencia. Una máquina de corte de tubos por láser normalmente alcanza un máximo de 5 kW porque más potencia cortaría simultáneamente el lado opuesto del tubo.

Es posible que haya notado que aún no hemos discutido la velocidad de corte. Es posible cortar hasta 500 pulgadas por minuto en un tubo, pero eso no siempre es realista. En el corte de tubos por láser, el enfoque real debe estar en cuánto tiempo lleva cargar un tubo, indexarlo para que esté en la posición correcta para cortarlo, perforarlo y cortarlo, y descargar la pieza. Se trata más del tiempo de procesamiento de piezas con máquinas de corte de tubos por láser, no de la velocidad de corte.

Una máquina de corte por láser que corta láminas de metal puede cambiar una lámina en segundos. Lo mismo se puede hacer en una máquina de corte de tubos por láser, pero es una historia completamente diferente en cuanto a cómo se hace.

No hay torres de material estándar con una máquina de corte de tubos por láser. Los cargadores de paquetes, la más eficiente de las opciones de manejo de material de tubos, alimentan un tubo a la vez desde el paquete hasta el láser de tubos a través de un sistema singularizador. Este tipo de mecanismo de alimentación no funciona con perfiles abiertos, como ángulos o canales, porque se entrelazan en un paquete y no se sueltan fácilmente. Para perfiles abiertos, se utilizan cargadores escalonados, que secuencian una sección a la vez en la máquina manteniendo la orientación correcta de esa sección.

Estos tubos no son pequeños. En los EE. UU., las longitudes estándar son de 24 pies. Algunos en la costa oeste suelen trabajar con 20 pies. longitudes como tamaños estándar.

La variedad es la realidad de cualquier taller, y lo mismo ocurre con aquellos que operan un láser de tubo. No es inusual ver partes de varios tamaños que provienen de un solo tubo. La máquina debe poder descargar piezas cortadas con láser que pueden ser tan pequeñas como 2 pulgadas y tan largas como 15 pies, una tras otra. También debe poder descargar esas piezas sin dañarlas, lo que puede ser un desafío con metales más blandos como el aluminio.

La propia naturaleza de un tubo evita la necesidad de una máquina con un láser de muy alta potencia. Mientras que las máquinas de corte por láser de láminas planas ahora están disponibles con generadores láser de hasta 12 kW, las máquinas de corte por láser de tubos generalmente solo requieren un máximo de 5 kW de potencia. Con un tubo, siempre debe pensar en el lado opuesto del tubo que está cortando. Un láser más potente simplemente atravesaría el otro lado del tubo durante el corte. (Por supuesto, si está procesando un haz o un canal en el láser de tubo, no tiene que preocuparse por otro lado).

Otra consideración en el corte de tubos es la costura de soldadura. Este material se lamina y se suelda entre sí. Esto trae a colación dos puntos que normalmente deben abordarse:

Tenga en cuenta que no existe tal cosa como un tubo perfecto. Tienen arcos. Las costuras de soldadura pueden sobresalir no solo en el exterior sino también en el interior del tubo. Es un verdadero desafío procesar este material de manera constante y rápida cuando existen tales inconsistencias de un producto a otro.

Imagine tener que colocar un orificio pasante centrado en un tubo. Tiene que estar centrado en la dimensión real, no solo en una cara del tubo. Si el tubo está torcido, eso hará las cosas más difíciles. Esa es la vida de la fabricación de tubos.

¿Cómo compensas eso? Tradicionalmente, vas a bajar y tocar la cara con un sensor que marca el punto de contacto. Luego se gira el tubo y se toca el lado opuesto del tubo. Eso le da al control una idea de qué tan arqueado está el tubo. Este método es preciso y puede garantizar que esos orificios pasantes funcionen para la aplicación. Pero tenga en cuenta que cada vez que se produce una rotación del tubo, se reduce la capacidad de ofrecer tolerancias muy altas.

El otro factor a tener en cuenta es que el método tradicional de comprobar si hay arcos y torceduras en el tubo puede tardar hasta cinco o siete segundos antes de que comience el corte. Con los medios tradicionales de detección táctil, debe cambiar la productividad por la precisión. Una vez más, en la era del corte por láser de fibra, esto puede parecer una eternidad, pero trabajar con tubos no es tan simple como trabajar con láminas de metal.

Para cerrar la brecha de tiempo cuando se trata de controles de tubos, algunos fabricantes de maquinaria están utilizando cámaras para estos controles. Reducen el control de calidad a aproximadamente medio segundo y también reducen el número de rotaciones necesarias. Esto permite que la máquina conserve la productividad y la precisión.

Los láseres de fibra virtualmente no requieren mantenimiento, demuestran una eficiencia de enchufe de pared superior en comparación con las máquinas de corte por láser de CO2 tradicionales, pueden cortar materiales reflectantes y ofrecen un corte preciso. También son más rápidas que las máquinas de CO2 al cortar ciertos espesores de metal. Sin embargo, la velocidad es relativa cuando se trata de cortar tubos. Los ahorros en tiempo real provienen de la aceleración del tiempo de procesamiento del tubo y la producción de piezas terminadas.

Robert Adelman es gerente de productos láser para América del Norte, BLM Group USA Corp., 46850 Cartier Drive, Novi, MI 48377, 248-560-0080, www.blmgroup.com.