ES2618914T3 - Método para producir un perla de aserrado - Google Patents

Abstract

Método para producir una perla para su uso con un cable de aserrado que comprende las etapas de: - sujetar un tubo metálico en al menos uno de sus extremos; - comenzar a revestir dicho tubo por medio de un sistema de revestimiento láser por lo que se funde un suministro de material de matriz metálica por un haz láser en dicho tubo y; se arroja un suministro de partículas abrasivas en el baño de material de matriz metálica fundido; - formar una pista en dicho tubo moviendo relativamente dicho sistema de revestimiento láser en dicho tubo en un movimiento de rotación y opcionalmente de traslación de dicha pista construyendo una capa abrasiva en dicho tubo; - detener el revestimiento de dicho tubo; - permitir que la perla formada de esta manera se enfríe; caracterizado por que dicha capa abrasiva de dicha perla formada tiene una masa que es mayor que la masa de dicho tubo cubierto por dicha capa abrasiva y la velocidad de tubo circunferencial en relación con dicho sistema de revestimiento láser está entre 5 y 500 mm por segundo.

Description

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DESCRIPCION

Metodo para producir un perla de aserrado Campo tecnico

La invencion se refiere a una perla para su uso en un cable de aserrado. Tales cables de aserrado se utilizan para cortar materiales duros y fragiles como piedra natural (marmol, granito, roca...), piedra artificial (hormigon, ladrillo,...), materiales compuestos o materiales cristalinos (silicio mono o policristalino).

Antecedentes de la tecnica

Las perlas que tienen una capa abrasiva externa de una matriz metalica en la que esta incrustada granalla de diamante parece que se describio primero en los comienzos de los anos cincuenta del siglo anterior (vease, por ejemplo el documento US 2.679.839, presentado en 1952). Dichas perlas se encadenan en un cable de acero y se separan por medio de resortes (vease el documento US 2.679.839) o por medio de un material plastico (vease, por ejemplo, el documento FR 1.203.000, presentado en 1958). El material plastico tambien podna inyectarse entre las perlas mediante la ayuda de un molde (documento FR 1.203.000, primera adicion, presentado en 1959). Las ideas de fijar el alambre directamente al cable de acero, por ejemplo, por medio de un pasador (documento GB 759.505, presentado en 1953), por medio de una soldadura (documento FR 1.265.542, presentado por primera vez en 1960) o por medio de un estampado (documento US 3.598.101, presentado por primera vez en 1968).

Inicialmente, estos cables de aserrado se usaban en sierras estacionarias, donde competfan con las sierras de hojas multiples (armazones redprocamente accionados con laminas de acero montadas en paralelo sobre las que se montan brocas que conteman diamante) y sierras de disco circular. El cable de aserrado se fabricaba en un bucle cerrado empalmando el cable de acero como se describe, por ejemplo, en el documento US 2.773.495, presentado en 1953). Despues de tensar el bucle sobre dos ruedas grandes accionadas por un motor, el cable podfa usarse como una sierra. Se dispone, en el estado actual de la tecnica, de maquinas en las que se accionan hasta 80 bucles paralelos entre sf para separar un bloque de piedra en una serie de losas. En un uso alternativo, tales cables de aserrado de perlas de diamante comenzaron a aparecer en las canteras a principios de los anos setenta del siglo anterior, donde se usaron para la extraccion de bloques.

Una serie de metodos se han explorado por los que el material abrasivo - en su mayona de diamante - puede fijarse sobre las perlas. Existe el metodo de fijar los diamantes a un tubo metalico por deposicion electrolftica o no electrolttica del mquel (WO 2002/40207). Tambien existe el metodo de incrustar las partfculas abrasivas en una soldadura que se aplica directamente sobre el manguito metalico como se describe en el documento US 7.089.925.

El metodo que se ha convertido en el mas exitoso es a traves de la trayectoria de la metalurgia de polvos (descrito ya en el documento US 2.679.839). Con este fin, se fabrica un elemento abrasivo anular de granalla de diamante que se mezcla completamente con polvo metalico y una cera organica opcional para formar una pasta. La mezcla de polvo metalico contiene normalmente unos componentes de alta temperatura de fusion tales como cobalto, tungsteno, hierro, mquel a veces en combinacion con unos componentes de baja temperatura de fusion tales como cobre, estano, plata para mejorar la consolidacion. Posiblemente pueden anadirse compuestos tales como carburo de tungsteno para influir en la dureza y el desgaste de la perla. La mezcla se lleva a un molde. Esta preforma se sinteriza en una perla de alta densidad por aplicacion de presion (mediante un prensado de piston en el molde o por aplicacion de presion isostatica a traves de la inmersion en un fluido de alta presion) y temperatura. Se aplican gases adecuados con el fin de evitar que el polvo se oxide durante la sinterizacion.

En el proceso de sinterizacion del elemento abrasivo anular se calienta a una temperatura elevada seguido de un enfriamiento lento, es decir, en un equilibrio cuasi termico. Incluso si no todos los componentes de la aleacion tienen la oportunidad de fundirse, la adicion de componentes de reduccion del punto de fusion llevara a fases intermetalicas entre los diferentes componentes a traves de la difusion. La seccion transversal metalografica de dicho elemento abrasivo anular muestra por lo tanto una estructura globular y/o granular. En el proceso clasico de sinterizacion de perlas, se prefiere en general que los tamanos de grano sean pequenos con el fin de obtener suficiente dureza del material de matriz. Este tamano de grano puede verse afectado variando las propiedades de los polvos de partida y las condiciones para su consolidacion. En cualquier caso, los granos permanecen visibles en una seccion transversal metalografica correctamente atacada y los efectos de crecimiento direccional no son visibles. Vease por ejemplo el documento “Powder Metalurgy Diamond Tools” por Janusz Konstanty, Capttulo 5, 2005, Elsevier Science Title, ISBN 978-1-85617-440-4.

La seleccion de los metales, la cantidad y el tipo de diamantes, y la trayectoria de presion-temperatura es un conocimiento interior de los productores que influyen en gran medida en la calidad del producto final.

Despues de la sinterizacion del elemento anular abrasivo se fija a un manguito metalico ligeramente mas largo que el elemento abrasivo por medio de una soldadura fuerte. La combinacion del manguito metalico con el elemento abrasivo se denomina perla. La necesidad de un tubo metalico para fijar el elemento abrasivo puede eliminarse

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formando el elemento abrasivo lo suficientemente preciso como se describe en el documento US 2007/0194492 A1. Las perlas sinterizadas se han convertido en el lfder tecnologico debido a que: tienen una capa abrasiva suficientemente gruesa

en las que los diamantes estan incrustados aleatoriamente a lo largo de la capa, el material de matriz se desgasta al mismo ritmo que se agotan los diamantes mientras que el material de matriz retiene bien los diamantes y porque las perlas pueden reproducirse con tolerancias geometricas estrechas.

Despues de esto las perlas se roscan en un cable de soporte de filamento de acero ('cable de acero') y posteriormente se fija por resortes o un plastico. Esta “etapa de roscado” es tediosa y consume tiempo. Como la superficie de las perlas es lisa debido al prensado en un molde, las perlas deben ser “vestidas” antes de usarse. Esto se hace normalmente usando el cable de aserrado inicialmente a baja velocidad de corte hasta que las partfculas abrasivas se liberan de la superficie y se cortan mejor. Tal 'etapa de vestir' consume mucho tiempo.

Otro metodo para producir capas abrasivas esta actualmente haciendo sus incursiones en el mundo de las hojas de sierra para el corte de piedra, a saber, el revestimiento laser. En el revestimiento laser, un chorro de polvo se alimenta a un haz de alta intensidad de un laser que esta enfocado en la superficie del sustrato por medio de un chorro de gas portador. El polvo es una mezcla de polvo metalico y de partfculas abrasivas (generalmente de diamante). El polvo se funde y forma un bano de metal fundido que solidifica y fija las partfculas abrasivas.

El documento DE 195 20 149 A1 desvela un procedimiento para el revestimiento por laser de un sustrato en el que por medio de un molde enfriado (o calentado) puede formarse un acabado casi final de una superficie abrasiva o resistente al desgaste. El revestimiento se aplica sobre el molde despues de lo cual se retira el molde. La aplicacion solo trata la deposicion sobre sustratos relativamente voluminosos tales como una hoja de sierra. El revestimiento se realiza en una unica capa.

El documento WO 1999/18260 (EP 1027476) describe una herramienta de corte construida sobre un sustrato de acero con un recubrimiento abrasivo que comprende un material abrasivo incrustado en un agente humectante que contiene metal o una matriz de aleacion metalica donde entre el recubrimiento abrasivo y el sustrato de acero esta presente una capa no ferrosa que esta sustancialmente libre del agente humectante. Aunque el resumen menciona un cable de aserrado como un ejemplo de una herramienta de corte, esto no se ejemplifica adicionalmente en la descripcion.

En revestimiento laser, la baja densidad de diamante en relacion con la de un metal fundido hace que los diamantes floten hacia arriba en el bano de metal lo que conduce a una distribucion no homogenea de los diamantes (vease la figura 16 de “Herstellung diamanthaltiger, endkonturnaher, Metallmatrix-Verbundwerkstoffe durch Laserstrahlbeschichten” de A. Lang y H.W. Bergmann en “Material-Wissenschaften und Werkstofftechnologie”, vol. 27 pag. 215-226, 1996). Una solucion consiste en usar partfculas abrasivas mas finas en las que la flotacion ascendente se retarda por la viscosidad del bano de metal. Pero para muchas aplicaciones tecnologicas - en particular el corte de piedra - las partfculas de diamante finas no son una opcion.

Otra solucion se describe en el documento WO 1998/15672 donde una disposicion espedfica del movimiento de superficie de substrato vertical con una herramienta de revestimiento laser en direccion horizontal conduce a un aumento hacia arriba de las partfculas de diamante en la direccion de la capa depositada. De nuevo, la deposicion es en una unica capa.

El documento WO 02/06553 desvela un metodo para fabricar perlas de aserrado de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1. No se dan detalles sobre la estructura metalografica resultante del metodo ni de los materiales usados. Con el fin de obtener la perla de aserrado es necesario un pre y post-procesado considerable del tubo portador resultante.

A pesar de que los metodos descritos para fabricar una herramienta de corte por medio del revestimiento laser a veces sugieren que sea adecuado para fabricar perlas para cables de aserrado, esto no resulto sencillo en absoluto como experimentaron los inventores. Todas las patentes describen la deposicion de una capa abrasiva revestida con laser sobre un sustrato masivo de acero de bajo carbono (tal como un disco o tubo de aserrado). En esos casos, esta disponible un gran disipador de calor para drenar el exceso de calor.

Los inventores se enfrentaron y resolvieron cuatro grandes problemas

- un problema es drenar el calor lo suficientemente rapido del minusculo manguito metalico de menos de un gramo (!), de tal manera que no se deforme, se funda completamente o sea un desastre total. Por otra parte, debe suministrarse suficiente calor para poder obtener una union fuerte al manguito y formar una capa abrasiva densa. Esto se llama el “problema de calentamiento”;

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- el 'problema de geometna’, por el que resulto ser diffcil producir las perlas consistentemente dentro de las tolerancias geometricas y con suficiente redondez y centrado. Este problema es espedficamente importante ya que durante su uso el cable de aserrado debe rotar con el fin de garantizar un desgaste uniforme de la capa abrasiva.

- el 'problema de distribucion de partfculas’ por el que resulto ser diffcil tener una distribucion uniforme de las parffculas abrasivas en el recubrimiento abrasivo. Esto es importante, ya que durante su uso el material de matriz se erosiona gradualmente descubriendo los diamantes radiales colocados mas abajo en la capa. Si todos los diamantes estan, por ejemplo, en la superficie, estos se desgastan primero y no estan disponibles los diamantes colocados mas abajo.

- el problema de vestir, que es el problema en que las parffculas abrasivas estan enterradas bajo una capa de material de matriz y no son activas desde el primer uso en adelante.

Divulgacion de la invencion

Por lo tanto, el objeto de la invencion es superar los problemas enfrentados cuando se aplica la 'tecnica de revestimiento laser’ para la fabricacion de perlas de aserrado para un cable de aserrado. Mas espedficamente, los objetivos de la invencion son proporcionar una solucion al 'problema de calentamiento’, al 'problema de geometna’, al 'problema de distribucion de parffculas’ y al 'problema de vestir’, o por separado o en combinacion. Otro objeto de la invencion es mantener el numero de etapas de procesamiento lo mas bajo posible con el fin de reducir el coste total del proceso de fabricacion de perlas. Un objeto adicional de la invencion es eliminar la necesidad de una “etapa de roscado de perlas” en la produccion de un cable de aserrado, es decir, poder fabricar una perla “in situ” sobre el cable de acero.

De acuerdo con la invencion se proporciona un metodo que tiene las caractensticas de la reivindicacion 1.

Metodo de produccion y seccion de seleccion de hardware.

El metodo se aclarara haciendo referencia a las figuras 1 a 3 y 10. Los dfgitos de la centena se refieren al numero de la figura donde se introduce primero una caractenstica.

De acuerdo con un primer aspecto de la invencion se describe un metodo de produccion de una perla. El metodo parte de un tubo metalico 204 que tiene un diametro externo OD. En su caso mas extremo, el tubo puede ser una varilla, pero esto es menos preferido ya que esto incorpora una etapa adicional de tener que taladrar un agujero central despues de que se haya producido la perla. Por lo tanto, el tubo metalico tiene preferentemente un diametro interior ID, ligeramente mayor que el diametro del cable de acero. En lo que sigue, 'un manguito’ es un tubo que es mas corto diez veces que el diametro exterior del tubo. Por lo tanto “un manguito” es un tipo espedfico de “tubo”. El tamano de los cables de aserrado actuales esta estandarizado. En la actualidad, los tipos siguientes son los mas preferidos para el manguito portador de la perla:

- diametro interior 5 mm, diametro exterior 7 mm (es decir, el espesor de la pared es 1 mm), longitud 11 mm con una masa total de 1,6 gramos. Incluyendo la capa abrasiva, la perla tiene un diametro total de aproximadamente 9 a 11 mm. Esto es para su uso con un cable de acero de diametro 4,95 mm. Este tamano es espedficamente preferido para la extraccion de bloques en canteras.

- diametro interior 3,7 mm, diametro exterior de 5,0 mm (es decir, un espesor de pared de 0,65 mm), longitud de 11 mm con una masa total de 0,77 gramos. Este tamano se prefiere espedficamente para las maquinas de desbastado. El diametro exterior total de la perla es de aproximadamente 7,2 mm (5,7 mm al final del uso). El cable de acero usado tiene un diametro de 3,5 a 3,6 mm.

Para el futuro, se consideraran los manguitos con un diametro aun mas pequeno tal como, por ejemplo, un diametro interior de aproximadamente 3,0, o incluso mas pequeno que 2,5 mm, un diametro exterior de como maximo 4,0 mm con espesores de pared de menos de 0,5 mm, una longitud de aproximadamente 11 mm o menos, con un peso de menos de 0,5 gramos y un diametro total de menos de 7,0 mm. El cable de acero tendra un diametro de menos de 2,9.

En cada caso, aproximadamente de 1 a 3 gramos, a veces de 1 a 2 gramos de capa abrasiva tiene que estar presente en la manga. Por supuesto, cuanto mas material de capa abrasiva este presente, mas larga sera la vida util de la perla. Los tamanos y las masas mencionados anteriormente son indicativos. La tendencia hacia diametros totales mas finos esta presente. Esto trae consigo que los manguitos llegaran a ser mas diminutos y por lo tanto el tubo inicial tendra un OD y un espesor de pared mas pequeno.

La masa del material abrasivo en el tubo es, despues de la aplicacion del metodo, mas alta que la masa del tubo o varilla cubierta por la capa abrasiva. O incluso mas grave: el espesor de la pared del tubo es menor que el espesor de la capa abrasiva. Este es el merito de los inventores, haber descubierto como puede depositarse tal revestimiento grueso sobre tal sustrato diminuto.

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El tubo se sujeta en uno o ambos extremos por medio de una garra de torno o portabrocas o una abrazadera similar 202. El tubo se monta preferentemente de manera giratoria y, opcionalmente, el tubo puede desplazarse axialmente a lo largo de al menos la longitud de la capa abrasiva (5 a 15 mm).

En el uso del metodo se fabrica un sistema de revestimiento laser 100 equipado con:

- un laser de alta intensidad capaz de suministrar haces de al menos 100 W, 1 kW o mas de potencia continua o pulsada, emitiendose preferentemente en la region infrarroja del espectro. Son espedficamente adecuados los laseres de Nd:YAG (neodimio dopado con granate de itrio-aluminio) bombeados por lamparas de flash o laseres de estado solido o laseres de gas CO2. La luz laser se grna a traves de grnas de onda adecuadas y de la optica 112 para tener un punto focal 103 que puede ajustarse en la proximidad de la superficie del sustrato;

- un suministro de material de matriz metalica 104, en forma de un polvo, o un alambre o una cinta que se alimenta en el punto focal del laser. El polvo puede suministrarse, por ejemplo, en un gas portador, preferentemente un gas no oxidante o un gas inerte tal como el argon;

- un suministro de partfculas abrasivas 102. Estas partfculas se llevan preferentemente por un chorro de gas portador. Preferentemente, el tipo de gas para llevar las partfculas abrasivas y para llevar el material de matriz metalica es el mismo. Como alternativa y se prefiere tambien que el suministro de las partfculas abrasivas 102 pueda hacerse simplemente por esparcimiento.

Preferentemente, cada uno de los suministros del polvo de matriz metalica 104, de las partfculas abrasivas 102 o de la entrada de calor por medio del laser puede modularse en el tiempo de manera independiente y puede producirse a traves de canales de alimentacion separados. El suministro del polvo de matriz metalica 104 y de las partfculas abrasivas 102 puede combinarse en un unico canal de alimentacion, aunque esto no es una necesidad.

Un procedimiento preferido espedficamente es en el que el suministro del material de matriz metalica y el suministro de partfculas abrasivas son tales que el espesor medio de la pista formada esta entre 0,1 y 5 veces o entre 0,5 y 3 veces o entre 1 y 3 veces el tamano medio de las partfculas abrasivas. Con “espesor medio” se entiende la media aritmetica de al menos 12 mediciones en una direccion radial a intervalos angulares regulares, excluidos los radios que atraviesan las partfculas abrasivas. El flujo masico necesario para cada uno de los suministros respectivos de las partfculas abrasivas y del material de matriz metalica puede calcularse a partir de las densidades de ambos constituyentes.

Preferentemente, el chorro de gas portador se dirige por medio de una pistola laser tal como se describe en el documento US 6.316.744 en el que el flujo de gas es coaxial al haz laser y converge hacia el punto focal a traves de una boquilla anular conica. Una pistola laser de este tipo tambien se enfna con agua con el fin de evitar el calentamiento de la boquilla. El material de matriz metalica puede alimentarse a traves de la pistola laser, mientras que el abrasivo se suministra a traves de un flujo de gas separado o simplemente por esparcimiento. Como alternativa, el material de matriz metalica puede suministrarse a traves de una boquilla separada de la pistola laser mientras que las partfculas abrasivas se alimentan a traves de la pistola laser. O tanto las partfculas abrasivas como el material de matriz metalica pueden suministrarse a traves de la pistola laser. Se prefiere que el suministro de las partfculas abrasivas y el suministro del material de matriz metalica esten separados, ya que tienen propiedades de polvo - y por lo tanto de flujo - bastante distintas.

La trayectoria de la luz del laser se ajusta de tal manera que el punto focal 103 esta en la proximidad de la superficie de tubo 110. Una realizacion espedficamente preferida del metodo es cuando el punto focal 103 se forma ligeramente (de 3 a 10 mm) por encima de la superficie del tubo de sustrato metalico. De esta manera se calienta el material de matriz antes de incidir sobre la superficie del tubo. A continuacion, el material de matriz metalica calentado se pega mejor al tubo metalico 204.

De este modo se forma un bano de metal fundido 108 en el tubo de sustrato. Al mismo tiempo - o ligeramente despues - las partfculas abrasivas se arrojan dentro del bano de metal fundido mediante el suministro de partfculas abrasivas 102 llevadas por el gas portador o por el esparcimiento asistido gravitacionalmente de las partfcuias.

Incluso antes de que se encienda el sistema de revestimiento laser, el tubo metalico se hace rotar alrededor de su eje. Como alternativa, la pistola laser puede hacerse rotar alrededor del eje del tubo metalico estacionario. O tanto el tubo como la pistola laser pueden rotar uno en relacion con el otro. Por supuesto, la primera alternativa es la mas preferida, ya que esta es la menos compleja. Se establece de este modo un movimiento de rotacion relativo 209 entre el tubo metalico y el sistema de revestimiento laser.

Tan pronto como se inicia el sistema de revestimiento laser se forma una pista 206 de un material de matriz metalica solidificado en el tubo. Un ligero retraso entre el encendido del laser y la llegada de las partfculas abrasivas permite que el bano de metal fundido se establezca antes de que las primeras partfculas abrasivas se arrojen dentro del mismo. Si la pistola laser no se mueve axialmente en relacion con el tubo metalico, se construira una pista que se enrosca sobre sf misma. El material, despues de un giro, se depositara sobre un material ya solidificado. Esto se prefiere espedficamente si la boquilla de la pistola laser suministra una pista suficientemente ancha, es decir, la anchura 'W' de la pista es aproximadamente la longitud de la perla. Los perfiles de las pistas revestidas con laser

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muestran una distribucion en general eKptica a rectangular, de tal manera que su anchura puede establecerse facilmente. La anchura de la pista se refiere al tamano de la zona laser perpendicular a la direccion del movimiento relativo. La figura 10a muestra una seccion transversal de una perla con un manguito 1012 y con una unica pista en espiral enrollada sobre sf misma dando como resultado las capas posteriores 1004, 1004’,...1004IV revestidas una encima de la otra.

Si la boquilla de la pistola de laser no cubre la anchura necesaria para la perla, la introduccion de un movimiento axial relativo 211 es una opcion. Preferentemente, el desplazamiento axial despues de una rotacion completa - la separacion - es igual a o menor que la anchura 'W' de la pista. Preferentemente, la separacion es una fraccion de la anchura 'W’, por ejemplo W/2, W/3,... o en general W/Q (Q es un numero racional positivo). Por lo tanto, la capa abrasiva estara formada por al menos 'Q' capas de las cuales la primera 206 esta en contacto con el tubo metalico a lo largo de toda la capa, mientras que las capas siguientes 208, 210, 212, 214, 216..., solamente tendran como maximo 1/Q de su ancho de pista en contacto con el sustrato metalico mientras que la parte restante (Q-1)/Q esta encima de una pista ya formada (la 'superposicion’). El aumento de la superposicion tiene efectos beneficiosos para la distribucion de partfculas abrasivas en la capa abrasiva (el 'problema de distribucion de partfculas’). La figura 10b muestra una seccion transversal esquematica de una perla de este tipo con las pistas 1004, 1004’,..., 1004v desplazadas axialmente a lo largo de W/3 o Q es 3.

Otro procedimiento del metodo es cuando el movimiento de traslacion opcional se realiza en un movimiento de etapa a etapa. En primer lugar, la pista se reviste a lo largo de unas pocas vueltas del tubo sin un movimiento axial relativo hasta que se construye material suficiente sobre la seccion de inicio de la perla. A continuacion, la pistola laser se mueve axialmente un numero de intervalos, cubriendo cada uno de dichos intervalos una longitud predefinida a una velocidad predefinida. Finalmente, el movimiento de la pistola laser se detiene de nuevo y se hacen algunas vueltas superpuestas en el extremo de la perla. De esta manera, la masa de la capa abrasiva puede esparcirse a voluntad sobre la longitud de la perla. Un ejemplo de esto se muestra en la figura 10c, en la que las diferentes pistas se desplazan una anchura de pista W entre sf. Se depositan dos capas (por ejemplo, 1004, 1004’) una encima de la otra.

Preferentemente, el tiempo para formar la capa abrasiva esta limitado a menos de aproximadamente 10 segundos, o menos de 5 segundos o incluso menos de 3 segundos. Sin embargo, se necesitara al menos 0,5 segundos para hacer una unica capa abrasiva de las dimensiones actualmente en uso. La velocidad de rotacion relativa del tubo debena ser de tal manera que al menos se alcanza una velocidad de tubo circunferencial 'vt’ de 5 mm/segundo. Esto corresponde a una vuelta en aproximadamente 4 segundos en un tubo de 6 mm de diametro exterior. Mas preferido es que la velocidad de rotacion sea mayor, por ejemplo 1 vuelta en 2 segundos, o mas de 2, 3, 4, 5..., vueltas en 2 segundos del tiempo de revestimiento del laser. Esto corresponde a velocidades de tubo circunferenciales de al menos 9, 18, 28, 37,... mm/segundo. El aumento del numero de vueltas por segundo tiene un efecto beneficioso sobre la carga termica del tubo. Por otra parte, la velocidad de tubo circunferencial no puede ser demasiado alta, ya que entonces el bano de metal fundido que se forma se separa del manguito debido a las fuerzas centnfugas. Esto se produce cuando se aplican velocidades circunferenciales superiores a 500 mm/segundo en un manguito de 6 mm de diametro exterior. Para manguitos mas pequenos, esta velocidad circunferencial debe ser menor para evitar la separacion. Por ejemplo, en un manguito de OD de 4 mm 'vt’ debe permanecer por debajo de 410 mm/segundo.

Despues de que se forme la perla, es decir, cuando se alcanza un espesor de aproximadamente 1 a 3 mm a lo largo de la longitud axial total de aproximadamente 3 a 15 mm de la capa abrasiva, el revestimiento del tubo se detiene y se permite que se enfne la perla formada de este modo (figura 2d).

En una realizacion alternativa, la detencion del revestimiento del tubo se realiza en etapas, a saber, primero se detiene el suministro de las partfculas abrasivas mientras continua el flujo del material de matriz metalica durante al menos una rotacion del tubo antes de permite que se enfne la perla. Como una opcion, el haz laser puede estar 'encendido’ o 'apagado’ durante esta al menos una rotacion del tubo. En cualquiera de las situaciones (haz laser 'encendido’ o 'apagado’) se coloca una capa final sobre las partfculas abrasivas para fijarlas mejor. Cuando el haz laser esta 'apagado’, la perla todavfa caliente se enfna mas rapido. La perla resultante muestra unas partfculas abrasivas que sobresalen de la superficie de la perla, pero que se sujetan con una capa diminuta de material de matriz metalica para retener las partfculas. Una perla de este tipo tiene la ventaja espedfica de que no hay necesidad de “vestir” la perla resolviendo de este modo el 'problema de vestir’.

Con el fin de superar el “problema de geometna ', los inventores pusieron a un lado una pieza de conformacion 304 a lo largo del extremo del tubo formando de este modo una esquina circunferencial rectangular contra la que se construyo la capa abrasiva. Despues de retirar la pieza de conformacion, puede obtenerse un borde afilado agradable de la perla. Cuando se pone una pieza de conformacion 304, 306 de este tipo en ambos extremos del tubo, ambos extremos de la capa abrasiva de la perla son planos. Estas piezas de conformacion 304, 306 estan presentes durante la formacion de la capa abrasiva.

Las piezas de conformacion 304, 306 pueden estar en la forma de un anillo, o mas preferentemente en la forma de un anillo segmentado (con dos o mas segmentos) que pueden abrirse a un diametro de al menos el diametro de la perla acabada y tras el cierre se ajusta estrechamente al tubo. Las piezas conformadoras pueden conformarse, por

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ejemplo, para imponer una o mas protuberancias o uno o mas rebajes en uno o ambos lados de la capa abrasiva.

Ademas o como alternativa a las piezas de conformacion 304, 306 en uno o ambos extremos, despues de la detencion del revestimiento laser, pero antes del enfriamiento completo de la perla, la perla todavfa blanda puede conformarse calibrandola en un molde. Un molde de este tipo puede adoptar la forma de dos mitades que dan la forma final a la perla despues de cerrarse. Posiblemente, el tubo puede hacerse rotar mientras la perla se sujeta en el molde con el fin de mejorar la simetna rotacional de la perla.

Ademas o como alternativa para proporcionar las piezas de conformacion 304, 306 en uno o ambos extremos del tubo, la perla tambien puede conformarse empujando un molde rotatorio 308, por ejemplo, un rodillo contra la perla despues de la detencion de dicho revestimiento laser, pero antes del enfriamiento completo de la perla. El molde rotatorio 308 debe sujetarse contra la perla y hacerse rotar sobre el mismo durante al menos un penmetro completo de la perla.

Al proporcionar el molde rotatorio 308' y/o dichas piezas de conformacion 304, 306 con un patron estructurado, el negativo de este patron puede llevarse sobre los lados (en el caso de que las piezas de conformacion esten conformadas) o sobre la superficie exterior (en el caso de un molde rotativo conformado 308') de la capa abrasiva de la perla.

La adherencia de los anillos y/o el molde es un problema que se produce. Para evitar esto, los inventores encontraron que es mejor hacer las piezas de molde de un material metalico brillante tal como, por ejemplo, bronce pulido u otra aleacion a base de cobre (berilio de cobre). La alta reflectancia de estas piezas impide que se calienten por el haz laser.

En una realizacion preferida adicional del metodo, el tubo de sustrato se sujeta en un extremo, por ejemplo, mediante una sujecion de torno 202, el recubrimiento abrasivo 220 es un revestimiento laser sobre el tubo 204 de acuerdo con cualquiera de los metodos descritos anteriormente. La perla formada de este modo se corta por medio de un cincel o una sierra 218. El tubo 204 se hace avanzar axialmente a traves de la sujecion de torno 202 bajo el aparato de revestimiento laser y se repite el ciclo. De esta manera pueden fabricarse perlas que pueden enroscarse sobre un cable de acero de una manera conocida.

Como alternativa, la sujecion de torno 202 puede tomar el papel de una pieza de conformacion 304. A continuacion, el revestimiento laser se inicia contra la sujecion de torno y despues se forma la perla, el tubo se hace avanzar a lo largo de al menos la longitud de la perla. A continuacion, la perla se corta mediante un cincel o una sierra. Una nueva pieza de tubo ya esta presente para iniciar un nuevo ciclo. Opcionalmente, una segunda pieza de conformacion 306 puede cerrarse alrededor del extremo libre del tubo con el fin de formar ambos lados de la perla. Despues de terminar la perla, la pieza de conformacion 306 debe abrirse preferentemente lo suficiente con el fin de permitir que pase la perla.

Como alternativa, una serie de capas abrasivas pueden depositarse sobre el tubo, realizando el tubo una etapa adicional gradualmente cada vez que se recubre la anchura de una capa abrasiva. Despues el tubo puede cortarse en perlas individuales.

Resulta ser muy beneficioso enfriar el tubo con el fin de evitar la carga de calor excesivo en el tubo. Esto puede hacerse de varias maneras:

- Un fluido puede conducirse a traves del tubo mientras que rota. Un fluido puede ser un gas o un lfquido. Ejemplos son el nitrogeno o el agua. El caudal puede ajustarse. Los gases tienen la ventaja de que no tienen que recogerse, pero necesitan un caudal mayor que los lfquidos.

- Un solido puede moverse a traves del tubo que absorbe parte del calor.

Una forma espedficamente conveniente para ejecutar el enfriamiento es moviendo el cable de acero - que posteriormente funcionara como el cable portador para las perlas - a traves del tubo. De esta manera, se producen las perlas mientras que estan sobre el cable, eliminando de este modo la etapa de tener que roscar despues las perlas en el cable de acero. El cable de acero tambien puede moverse hacia atras y hacia delante de tal manera que la temperatura del cable de acero no se eleve demasiado. Cuanto mas baja sea la temperatura del cable de acero, mejor sera la transferencia de calor (mayor diferencia de temperatura es beneficiosa para el enfriamiento) y se minimiza el dano al cable.

Los tubos pueden presionarse y conectarse alrededor del cable de acero en un etapa anterior como se describe en la solicitud PCT/EP2010/067527 (en particular los parrafos a [0018]) antes de recubrirlos mediante un revestimiento laser.

Aunque se sabe del revestimiento laser con matrices metalicas que contienen partfculas abrasivas, estos metodos solo se ejercen sobre sustratos metalicos voluminosos tales como taladros de perforacion, hojas de sierra, hojas de cuchillas, tubos y similares. Parece ser un perjuicio en el campo que tales sustratos voluminosos sean necesarios

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con el fin de poder drenar el calor de proceso del revestimiento en el proceso de revestimiento laser. Como la masa del manguito tubular es muy pequena la velocidad de enfriamiento 'dT/dt' junto con la velocidad circunferencial 'vt' determinara si el manguito sobrevivira o no al proceso de recubrimiento. En contraste con esto, se necesita una cantidad suficiente de calor con el fin de formar una capa de union metalurgica 207 entre el manguito y las capas abrasivas 206 y para consolidar las capas siguientes 208, 210... entre st Estos requisitos son contradictorios, pero reconciliados por el metodo descrito anteriormente, resolviendo de este modo el problema de calentamiento. Los inventores descubrieron extraordinariamente que el metodo de revestimiento desvelado puede usarse para la produccion de perlas de aserrado, en las que la masa de la capa abrasiva es mayor que la masa del tubo o varilla metalica recubierta por dicha capa abrasiva. Solo debe considerarse la masa del tubo radial debajo de la capa abrasiva. La masa del tubo recubierto puede ser inferior a 1 gramo.

O incluso mas grave: que el espesor de pared del tubo metalico sea menor que el espesor de la capa abrasiva. Por supuesto, el espesor de la perla no usada debe considerarse como que - durante su uso - la mayor parte de la capa abrasiva se erosiona.

Seccion de seleccion de materiales.

Preferentemente, el tubo metalico que se usa como un sustrato, se fabrica de un metal o aleacion metalica que tiene un punto de fusion mas alto que el del material de matriz metalica. Los metales espedficamente apreciados son los aceros al carbono simples o el acero inoxidable. Se prefiere un acero al carbono bajo a medio, es decir, un acero con un contenido de carbono entre un porcentaje del 0,04 en peso y el 0,80 % en peso de carbono. El sustrato puede suministrarse en forma de un tubo largo. O el sustrato puede suministrarse en la forma de manguitos cortos que se han formado y conectado alrededor del cable de acero portador como se describe en la solicitud PCT/EP2010/067527 del solicitante (mas en particular en los parrafos a [0018]). Los manguitos entonces muestran una conexion. El espesor de pared del tubo metalico es menor que 1 mm, incluso mas delgado de 0,7 mm mientras que las pruebas de exito se han realizado por los inventores en los manguitos, con un espesor de pared de 0,3 mm. Los inventores creen que un espesor de pared de 0,2 mm o incluso 0,1 mm es factible. Los manguitos estan provistos preferentemente de un estriado interior tal como un roscado para proporcionar un mejor agarre con el polfmero que recubre el cable de acero. Por lo tanto, el 'espesor de pared' de los manguitos se entiende que incluye los picos interiores de la rosca. Ademas, el manguito puede tener un espesor de pared variable - por ejemplo mas delgada en los extremos, mas gruesa en el medio - para una mejor penetracion del polfmero.

Existen muchas aleaciones conocidas de materiales de matriz metalica que son adecuados para su uso con un sistema de revestimiento laser. Dadas las limitaciones impuestas por las partfculas abrasivas, se prefieren las aleaciones con temperaturas de fusion entre 400 °C y 900 °C. Estas aleaciones comprenden plata, cobre, mquel o cobalto como elemento principal de la aleacion. Ademas, pueden anadirse elementos de reduccion de temperatura de fusion, tales como el estano, zinc, o incluso indio. En el caso del mquel, pueden usarse no metales como el fosforo, silicio o boro para reducir la temperatura de fusion.

Se prefieren espedficamente las soldaduras (cobre y zinc como elementos principales) y los bronces (cobre y estano como elementos principales). Otras aleaciones preferidas son las basadas en plata Ag-Cu, Ag-Cu-Zn o Ag- Cu-In. Se prefieren tambien aleaciones basadas en mquel tales como Ni-Cr-P, Ni-Cr-Fe-Si-B, o Ni-Cr-Si-Mn. Estas aleaciones dan un buen equilibrio entre el uso abrasivo y el desgaste de matriz. Si la matriz se desgasta demasiado rapido, las partfculas abrasivas se desprenderan, mientras que no se esta usando para la grna completa en un desgaste de herramienta prematuro. A la inversa, si la matriz es demasiado resistente al desgaste, las partfculas abrasivas no sobresaldran suficiente para cortar dando como resultado velocidades de aserrado demasiado bajas.

Las mas preferidas son las aleaciones que contienen un metal activo adicional tal como cromo, titanio, vanadio, tungsteno, circonio, niobio, molibdeno, tantalio, hafnio o sus combinaciones. Mas preferidos son el cromo, zirconio, vanadio o titanio siendo este ultimo el mas preferido, ya que tiene el punto de fusion mas bajo. Estos metales son activos de dos maneras:

• se conocen para mejorar la humectacion de las partfculas abrasivas durante la deposicion y;

• son formadores de carburo que funciona bien en combinacion con los abrasivos que contienen carbono (vease mas adelante).

Los bronces mas preferidos contienen entre un 5 y un 30 % en peso de Sn, entre un 0,5 y un 15 % en peso de Ti, siendo el resto cobre. Los mejores resultados se obtuvieron con bronces que teman entre un 10 y un 20 % en peso de Sn y entre un 2 y un 10 % en peso de Ti, siendo el resto cobre. Un ejemplo es una aleacion que contiene un 14 % de Sn, un 8 % de Ti, siendo el resto cobre, todo expresado en porcentajes en peso del total.

Las posibles partfculas abrasivas son diamante, nitruro de boro cubico, carburo de silicio, oxido de aluminio, nitruro de silicio, carburo de tungsteno, carburo de titanio o mezclas de los mismos. Las partfculas que contienen carbono - diamante, carburo de silicio, carburo de tungsteno, carburo de titanio o mezclas de los mismos - son mas preferidas, ya que son pueden humedecerse facilmente por todos los metales activos mencionados. Los nitruros (es decir, nitruro de boro cubico, nitruro de silicio) se humedecen mejor con titanio. El mas preferido es el diamante (es decir,

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carbono casi puro), ya sea el hecho por el hombre o natural, siendo el primero el mas preferido por su menor coste.

Como una alternativa a la adicion de un metal activo en el material de matriz metalica, el metal activo tambien puede proporcionarse en la superficie de los abrasivos, por ejemplo, en el caso de diamante. Las partfculas de diamante recubiertas con un recubrimiento que contiene tungsteno, cromo o titanio estan disponibles.

Cuando esta presente un metal no activo en el material de matriz metalica o en las partfculas abrasivas, las partfculas abrasivas no se humedecen facilmente con el metal fundido. Esto conduce incluso a un “rebote” de las partfculas abrasivas en el nivel del bano de fusion del bano de metal fundido cuando estan incidiendo en el bano de metal.

En general, pueden usarse en el metodo las partfculas con un tamano entre 100 |im y 600 |im. Las partfculas para el corte de piedra son preferentemente de granalla gruesa, es decir, con una amplia gama de tamanos de granalla, el tamano de malla de Estados Unidos 30/40, el tamano de malla 40/50 o el tamano de malla 50/60 (Los tamanos de malla estan de acuerdo con la norma de Estados Unidos ASTME 11, cuanto mayor sea el numero, menores seran las partfculas). El mas preferido para los perlas de aserrado es el tamano de malla 40/50. Un tamiz de mallas 40 tiene aberturas cuadradas de 420 |im de lado donde las partfculas de menor tamano pasan a traves. Parte de esas partfculas mas pequenas se sujetaran por el tamiz de mallas 50 con aberturas cuadradas de 297 |im de lado. El tamano medio de las partfculas restantes es de aproximadamente 427 |im en el sistema de designacion de tamano de granalla de acuerdo con la FEPA (federacion de productores europeos de abrasivos) que asigna un tamano medio para cada tamano de malla.

La densidad de los abrasivos es en general menor que la densidad de los materiales de matriz metalica que se ven favorecidos: por ejemplo, los bronces en general tienen una densidad de 8 a 9 g/cm3 mientras que el diamante solamente tiene una densidad de 3,5 g/cm3. Cuando las partfculas abrasivas son relativamente grandes y su fuerza de flotacion mas grande no se ve obstaculizada por el flujo viscoso, las partfculas flotan hacia la superficie en el bano de metal fundido. Cuando el tamano de las partfculas es menor que aproximadamente 100 |im, la viscosidad del metal fundido evitara que floten hacia la superficie, de tal manera que la distribucion de los diamantes se congela 'en su lugar'. Por lo tanto, es un problema tener las partfculas abrasivas de mayor tamano distribuidas uniformemente por todo el volumen del material: 'el problema de distribucion de partfculas’. Los inventores han resuelto este problema depositando varias capas superpuestas una encima de la otra por lo que el espesor medio de cada capa es de entre 0,1 a 5 veces o 0,5 a 3 veces o 1 a 3 veces el tamano medio de las partfculas abrasivas. En cada pista, el diamante tiende a flotar hacia arriba, pero la congelacion de la aleacion de metal es suficientemente rapida por lo que la pista se solidifica antes de que la siguiente pista se deposite en la parte superior. Esto resulta en una distribucion uniforme de las partfculas en la direccion radial.

Seccion de caracterizacion de perla

La perla tiene un manguito metalico tubular rodeado por una capa abrasiva que comprende unas partfculas abrasivas incrustadas en un material de matriz metalica. La caractenstica de la perla es que tiene una microestructura dendntica en una seccion transversal metalografica.

Las perlas fabricadas mediante el procedimiento de la invencion mencionado anteriormente muestran una metalograffa distinta en comparacion con las perlas obtenidas a traves del procesamiento conocido de sinterizacion (vease el parrafo [6]). Las capas depositadas por medio del revestimiento laser pueden mostrar diferentes estructuras metalograficas en funcion del material de matriz metalica, el gradiente de temperatura en la interfaz lfquido-solida y la velocidad de solidificacion. Por ejemplo, una velocidad de solidificacion baja y un alto gradiente de temperatura pueden dar como resultado una estructura plana con una aleacion uniforme de los elementos metalicos. La reduccion del gradiente de temperatura a la misma velocidad de solidificacion puede resultar en un tipo de estructura celular en la que una fase se realiza en las celulas de otra fase que tiene un punto de fusion mas bajo.

La estructura preferida de acuerdo los inventores para su uso en una perla de aserrado es una estructura metalografica dendntica ('como la de un arbol’') que se obtiene con velocidades de enfriamiento suficientemente altas, pero no demasiado altas y una velocidad circunferencial minima. En las condiciones de revestimiento laser preferidas, los componentes de las aleaciones metalicas en el bano de fusion no tienen la oportunidad de alcanzar un equilibrio termico. Debido a la presencia de un gradiente de alta temperatura espacial, la fase solida creciente buscara la forma mas eficaz para expulsar por delante los componentes de soluto superfluos en el lfquido con el fin de satisfacer la fase intermetalica preferida del solido. Esta eyeccion resulta ser mas eficaz si el solido crece en la forma de un arbol cuando entonces la mayona de la superficie esta disponible para expulsar el soluto. Por lo tanto, el tronco y las ramas del arbol pueden formarse mediante una fase intermetalica con una alta temperatura de solidificacion mientras que la fase inter-dendntica sera una fase de componente o intermetalica con un punto de solidificacion mas bajo. Al aumentar la velocidad de solidificacion, que es proporcional a la velocidad circunferencial 'vt’ - la microestructura puede refinarse. La finura de la microestructura tambien se considera para que contribuya a la dureza y a la resistencia al desgaste de las capas de revestimiento laser: cuanto mas fina sea la estructura mayor sera la resistencia al desgaste. Vease “Laser Cladding” de E. Toyserkani, A. Khajepour y S. Corbin, capftulo 6, 2005,

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CRC Press, ISBN 0-8493-2172-7.

La finura de la microestructura es espedficamente importante para las perlas de aserrado en cuanto a que el material de matriz metalica debe desgastarse en concordancia con el desgaste de los diamantes. El uso de materiales microestructurales de tipo totalmente aleados o celulares obtenidos mediante el revestimiento laser dara lugar a matrices de metal muy suaves que no son aptas para el fin. La finura de la estructura puede cuantificarse, por ejemplo, midiendo la mayor caractenstica de la estructura dendntica, tal como el 'tronco' del arbol en un numero de fotogramas tomados de una seccion transversal metalografica. A partir de una pequena ampliacion (10 X) se identifica la estructura mas grande. La ampliacion se aumenta de tal manera que el comienzo y el final del tronco son visibles en un fotograma. El tronco debe ser ininterrumpidamente visible en una sola vista. La distancia de extremo a extremo puede medirse por un software de formacion de imagenes apropiado. Preferentemente la longitud de tronco maxima obtenida en diez fotogramas diferentes permanece por debajo de 300 pm ya que de lo contrario la estructura se vuelve demasiado blanda. Incluso mas preferido es que estos troncos sean mas cortos que 200 o 100 pmo incluso mas cortos que 50 pm. Normalmente los troncos pueden observarse hasta una longitud de aproximadamente 5 a 10 pm. Si la longitud de tronco maxima descubierta es inferior a 1 pm, la estructura ya no se considera dendntica para el fin de esta solicitud.

El material de matriz metalica se elige en lmea con las opciones especificadas en los parrafos [53] a [56].

Una ventaja adicional del uso de la tecnica de revestimiento laser es que se forma una capa de union metalurgica 207 entre el manguito de metal y la capa abrasiva. Esto elimina la necesidad de soldar la capa abrasiva al tubo. Los inventores descubrieron que era perfectamente posible obtener una buena union con las aleaciones de revestimiento previstas: no hay necesidad de revestir primero el sustrato con una capa de adhesion de diferente composicion que la de la capa abrasiva. Por lo tanto la aleacion que se forma en la capa de union metalurgica 207 entre el manguito metalico tubular y la capa abrasiva se compone solo de los componentes metalicos del manguito y los componentes metalicos de la capa abrasiva.

La adherencia de la capa abrasiva puede probarse por cizallamiento de la capa abrasiva del manguito en un ensayo de traccion axial. La fuerza de corte necesaria para desprender la capa abrasiva del manguito cuando se refiere al area de superficie comun entre la capa abrasiva y el manguito debe ser al menos de 30 N/mm2, o preferentemente mas de 50 N/mm2. Se han alcanzado fuerzas de desprendimiento de 70 N/mm2 o mas de 100 N/mm2.

De manera ventajosa algunas de las partfculas abrasivas pueden - como maximo - penetrar en la capa de union metalurgica. Como las partfculas abrasivas estan presentes incluso en estrecha proximidad del manguito o incluso en el manguito, esto permite que las perlas puedan usarse hasta que la capa abrasiva se desgaste casi hasta la manga. En las perlas de la tecnica anterior esto no es posible debido al uso de una soldadura entre el manguito y la capa abrasiva que tiene una cierta distancia radial del diametro de la perla.

La capa de union puede mantenerse muy delgada. Preferentemente la capa de union es menos de la mitad o incluso un tercio del espesor de la pared del manguito tubular. En una escala absoluta, se prefiere que la capa de union sea mas delgada que 200 pm o 150 pm, o mas delgada que 100 pm aunque se han obtenido buenos resultados con capas de union metalurgicas mas delgadas que 50 pm, como un espesor de aproximadamente 20 a 10 pm. Las capas de union demasiado delgadas - mas delgadas que 0,1 pm - conduciran a una capa abrasiva reducida por la fuerza de retencion del manguito y dara lugar a un fallo prematuro de la perla.

Las partfculas abrasivas preferidas son las descritas en los parrafos [57] a [58], con tamanos como los mencionados en los parrafos [60] a [61]. La cantidad de partfculas abrasivas presentes en la capa abrasiva depende del material que se va aserrar por la perla y el tipo de partfculas abrasivas. En general, se necesita una cantidad de 10 a 2000 mg/cm3 tomada en relacion con el volumen de la capa abrasiva. Mas preferida es 10 a 1000 mg/cm3. En el caso del diamante esto se expresa en quilates como 0,05 a 10 ct/cm3 (1 quilate, 'ct' son 200 mg), o incluso 0,05 a 5,0 ct/cm3. Para el diamante esto equivale a 0,28 a 57 % o 0,28 a 28 % en volumen de la capa abrasiva.

Tambien pueden usarse mezclas de partfculas abrasivas. Mezclas espedficamente preferidas de las partfculas abrasivas son el diamante con (carburo de tungsteno o carburo de silicio) o nitruro de boro cubico con (carburo de tungsteno o nitruro de silicio).

Una realizacion espedficamente preferida de la perla de aserrado es una donde parte de las partfculas abrasivas sobresalen de la superficie exterior de la perla. Preferentemente, las partfculas se sujetan en una capa de retencion del material de matriz metalica. Las partfculas abrasivas sobresalen entre 0,5 y 0,1 veces su tamano medio de la superficie circundante de la perla. Las partfculas que sobresalen demasiado no pueden sujetarse suficientemente en la capa de retencion de matriz metalica. Cuando las partfculas abrasivas estan enterradas demasiado profundamente en el material de matriz metalica, no estan facilmente disponibles para el aserrado. La capa de retencion es preferentemente mas delgada que 0,5 o incluso mas preferentemente mas fina que 0,2 veces el tamano medio de las partfculas abrasivas. Una capa demasiado espesa no desvelara las partfculas abrasivas suficientemente rapido en el primer uso. No hay un mmimo para la capa de retencion de matriz metalica, como parte

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de los bordes o esquinas que sobresalen de las partfculas abrasivas en realidad pueden no estar cubiertas en absoluto, mientras que el resto de la partfcula esta cubierta. Una perla de aserrado de este tipo no debe ser vestida antes de su uso.

Preferentemente la perla contiene un metal activo para mejorar la union entre las partfculas abrasivas y el material de matriz metalica como se describe en el parrafo [55].

Los inventores encontraron que este metal activo tambien ayuda a mejorar la distribucion de los diamantes a lo largo de las perlas. De hecho, las secciones transversales metalograficas (en cualquier plano que atraviesa o contiene el eje del manguito metalico tubular, por ejemplo, un plano perpendicular al eje) revelaron la presencia de capas de interfaz muy finas que son ricas en metal activo. Estas capas de interfaz son preferentemente mas delgadas que 5 |im, mas preferentemente mas delgadas que 2 |im. Con 'rica en metal activo' se entiende que la abundancia atomica del metal activo en la capa de interfaz es al menos dos veces la abundancia atomica global del metal activo en todo el material de matriz metalica.

Estas capas de interfaz marcan los diferentes bucles de la pista que se depositan en una parte anteriormente depositada de la pista durante el proceso de revestimiento laser. Como se forman estas capas de interfaz no se conoce. Sin embargo, los inventores observaron que las partfculas abrasivas estan mas presentes radialmente justo debajo de la interfaz y, en muchas ocasiones, una cara de las partfculas abrasivas se humedece por el metal reactivo. Por lo tanto, las partfculas abrasivas estan presentes entre la capa de union metalica y la primera capa de interfaz o entre las capas de interfaz primera y segunda (si estan presente) y asf sucesivamente.

Por lo tanto, se conjetura - sin limitarse en modo alguno por esta hipotesis - que el metal activo ayuda a mantener las partfculas abrasivas en el bano de fusion y preferentemente esta presente en el exterior del bano de fusion. Esto no es irrazonable ya que los metales activos en general tienen una densidad menor que la de los otros componentes del bano de metal fundido. Despues de una solidificacion rapida, las partfculas abrasivas se sujetan en el interior del bano de metal en solidificacion como si se sujetaran por una piel. Por lo tanto, las capas de interfaz ayudan a mantener las partfculas abrasivas en su lugar y a evitar que floten hacia arriba. De esta manera se supera el conocido 'problema de distribucion de partfculas’, al depositar las capas revestidas por laser con partfculas abrasivas relativamente grandes. La distancia media - en cuanto a que se mide durante al menos 12 radios que no crucen una partfcula abrasiva - entre la capa de union metalurgica y la primera capa de interfaz o entre las propias capas de interfaz es preferentemente entre 0,1 a 5 veces o 0,5 a 3 o 1 a 3 veces el tamano medio de las partfculas abrasivas.

Cuando, durante la deposicion de la pista, hay un movimiento axial relativo entre el sistema de revestimiento laser y el tubo, la pista mostrara una pista sustancialmente helicoidal sobre sf misma si la separacion despues de una revolucion es menor que la anchura de la pista. En la perla, los restos de este proceso pueden verse en la inclinacion de las capas de interfaz en relacion con el eje de la perla. Todas las capas de interfaz estan inclinadas sustancialmente en la misma direccion. Las capas de interfaz forman una helice conica. Por supuesto, las interfaces no son suaves, pero esta inclinacion general esta presente y puede rastrearse.

Si se usan partfculas abrasivas que estan pre-recubiertas con una capa de metal activo, este recubrimiento de metal activo permanece discernible sobre la partfcula abrasiva en la perla. A medida que estos metales activos muestran una gran afinidad a uno o mas elementos de la partfcula abrasiva (vease el parrafo [58]) esto mejora en gran medida la adhesion de la partfcula abrasiva al material de matriz metalica.

Un cable de aserrado 400 (figura 4) comprende un cable de acero 408 y al menos una perla 404 como se ha descrito anteriormente o se obtiene a traves del metodo de produccion de perlas descrito anteriormente. El cable de aserrado 400 comprende ademas una camisa de polfmero 402 para mantener las perlas 404 en su lugar. Un cable de este tipo puede producirse de la manera convencional o de la manera como se describe en el documento PCT/EP2010/067527.

Cuando se produce de acuerdo con el ultimo metodo, al menos una perla del cable de aserrado tendra un manguito metalico tubular con la caractenstica de que al menos una conexion para el cierre del manguito alrededor del cable de acero esta presente en el manguito, ademas de todas las otras caractensticas reivindicadas.

Una forma espedficamente preferida del uso de las perlas es cuando la perla 404 se acciona, durante su uso en el cable de aserrado, en la direccion 406 como se indica por la inclinacion de las capas de interfaz. Indicado simplemente: las capas de interfaz inclinadas forman una flecha que indica como debena usarse la perla de manera preferente. Esta direccion se prefiere espedficamente cuando las capas de interfaz no se ven afectadas por la entrada en la pieza de trabajo 410 que se asierra.

Breve descripcion de las figuras en los dibujos

La figura 1 muestra un principio de funcionamiento de un sistema de revestimiento laser.

La figura 2a a la figura 2e muestran las diversas etapas en el metodo para producir la perla.

La figura 3a a la figura 3d muestran varias realizaciones alternativas del metodo para producir la perla.

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La figura 4 explica como se usa la perla en la practica de mejor manera.

Las figuras 5a y 5b muestran una seccion transversal metalografica en dos ampliaciones diferentes de una perla producida por el metodo descrito.

La figura 6 muestra un detalle de microscopio electronico de barrido de la perla producida por el metodo.

La figura 7 muestra una seccion transversal de la capa abrasiva de la perla, que indica diversas caractensticas de interes.

La figura 8 es una seccion transversal esquematica de una perla de aserrado producida por el metodo de revestimiento laser.

Las figuras 9a y 9b son imagenes individuales de una tomograffa micro informatica de la perla.

Las figuras 10a, 10b y 10c muestran diferentes disposiciones de las capas en la perla.

Modo(s) de realizar la invencion

En lo que sigue, se describira solamente el modo mas preferido para practicar la invencion ya que tuvieron que realizarse numerosos experimentos antes de que se llegara a estas condiciones.

En una serie de ensayos se uso el siguiente tipo de equipo:

• Sistema de revestimiento laser

- Un diodo laser ‘Laserline LDF 3 kW' que funciona a 1300 W en modo continuo a una longitud de onda de 1030 |im.

- Una pistola laser ‘Balliu' fabricada por Laserline GmbH con alimentacion coaxial del polvo;

- Una tolva de polvo Medicoat Duo

- Suministro de gas: argon.

Tanto el material de matriz metalica como las partfculas abrasivas se alimentaron a traves del mismo flujo de gas argon. La pistola laser se uso en la posicion vertical con el haz laser y el flujo de gas asociado en la direccion hacia abajo.

• El sistema de revestimiento laser puede moverse en la direccion axial del torno hasta una velocidad de 3,2 mm/s.

La velocidad de alimentacion de las partfculas se mantuvo constante en todos los experimentos posteriores, lo que resulta en un flujo constante del material ‘^m’.

Como un sustrato se uso un manguito con una conexion soldada, fabricado de acero de bajo carbono (0,067 % en peso de C) con un diametro interior de 3,8 mm y un diametro exterior de 4,95 mm (un espesor de pared de 0,575 mm), con una longitud de 10 mm. El sustrato se sujeto entre unas piezas de conformacion de laton pulido. A traves del manguito se inserto un cable de acero galvanizado de 19 + 6x7 de diametro 3,75 mm y se movio lentamente a su traves durante el revestimiento laser.

Como materiales se usaron los siguientes:

- Material de matriz de metal: polvo de bronce con una composicion nominal de Sn 14 % en peso, Ti 8 % en peso, siendo el resto Cu (e impurezas inevitables). El tamano del polvo era menor de 75 |im.

- Malla de partfculas de diamante artificiales 40/50 con un tamano medio medido de 415 |im.

En primer lugar el torno se inicio para hacer que el manguito rotase aproximadamente 0,25 segundos para una rotacion completa (penodo de rotacion ‘T’) que resulta en una velocidad de pista de 6,3 mm/s. El foco del laser, con un tamano de punto de 3,8 mm, se establecio en aproximadamente 7 mm por encima de la superficie del manguito. Por lo tanto, el flujo de material se calento ya antes de impactar en el manguito.

La alimentacion del polvo de material de matriz se establecio en un 65 % con un caudal de gas de 4 litros/minuto, la alimentacion de las partfculas abrasivas se establecio en un 25 % con un caudal de gas de 5 litros/ minuto. Despues de la ignicion del laser se inyecto un bano de fusion de metal formado y de partfculas de diamante en el metal fundido como pudo observarse con una camara de alta velocidad. No se produjo una eyeccion de las partfculas de diamante fuera del bano de metal fundido. La anchura de la pista formada fue de 4,0 mm.

El movimiento axial entre el tubo y la pistola laser fue de la siguiente manera:_______________________

Intervalo de tiempo (en segundos)

Velocidad axial relativa (mm/s) Fraccion de superposicion Q (en %) Numero de vueltas

0,00-1,10

0 100 4,4

1,10-1,51

3,2 80 1,6

1,51-2,55

2,4 85 4,2

2,55-2,64

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Despues de la parada con el sistema de revestimiento laser, la superficie se igualo empujando un rodillo de laton contra el material aun caliente mientras estaba dando la vuelta. Esto mejoro en gran medida la geometna de la perla.

Despues del enfriamiento final, la sujecion se abrio y la perla formada de este modo se formo sobre el cable de acero portador. El dano por calor al cable de acero resulto ser aceptable. La perla todavfa pudo desplazarse sobre el cable de acero. Varias perlas se fabricaron de acuerdo con este procedimiento que resulta ser adecuado para la automatizacion.

El espesor total de la capa abrasiva sobre la perla formada de este modo fue de 1,53 mm (es decir, 2,7 veces el espesor de pared del manguito) que resulta en una perla con un diametro exterior de 8,0 mm y con una longitud axial total de la capa abrasiva de 6 mm. La masa total de la perla fue de 1,7 gramos de la que el manguito tema 0,64 gramos. Como solo estan cubiertos 6 mm de la longitud total de 10 mm del manguito, la 'masa del tubo recubierta por la capa abrasiva' es de 0,38 gramos. La capa abrasiva tiene una masa de 1,06 gramos, que es 2,79 veces la masa de la masa del tubo recubierta por el manguito abrasivo. Las perlas teman una concentracion de diamante de entre 1,86 a 2,00 quilates/cm3 (masa entre volumen).

En una seccion transversal metalografica, las perlas obtenidas por revestimiento laser mostraron una estructura metalurgica distinta en comparacion con lo que se conoce a partir de perlas obtenidas a traves de sinterizacion. Esta estructura se muestra en las figuras 5a y 5b, que son secciones transversales pulidas de un corte de perla en un plano que comprende el eje del plano. Como reactivo puede usarse lo siguiente:

• 10 ml de acido fluorfudrico al 40 %, 5 ml de acido mtrico al 65 % en 85 ml de H2O y;

• 10 g de hidroxido de sodio, 5 ml de peroxido de hidrogeno al 30 % en 100 ml de H2O.

La figura 5a muestra una fotograffa de la superficie grabada con una ampliacion de 100 X. La barra '200 pm’ marca el verdadero tamano de las caractensticas. El fondo inferior de la fotograffa se corresponde al sustrato. Unas estructuras dendnticas son visibles en toda la imagen. Un ejemplo de una estructura dendntica (muy parecido a un helecho) esta indicado por 502. Un tronco puede discernirse con diferentes ramas perpendiculares al mismo a los lados. El tallo discernible mas largo es de aproximadamente 200 pm de extremo a extremo. Ademas, pueden verse unas capas de interfaz de las que la 508 es un ejemplo. Otra capa de interfaz puede verse en la esquina superior derecha de la fotograffa.

La figura 5b es una ampliacion x 1000 de la misma seccion transversal, como se indica por la barra de los '20 pm’ que muestra la verdadera longitud de las caractensticas. Una vez mas, una capa de interfaz 510 permanece visible. La estructura en forma de arbol se resuelve en unos troncos, ramas y hojas de color blanco en donde puede verse entre una fase inter-dendntica diferente, mas oscura. Por lo tanto, la estructura muestra una estructura auto-similar en al menos estas dos ampliaciones.

La figura 6 muestra una imagen de microscopio electronico de barrido (SEM) en el aumento indicado por la barra de '90 pm’. Puede verse una partfcula de diamante 602 claramente. El material de matriz 604 muestra una vez mas la tfpica estructura dendntica. Una capa de interfaz 608 atraviesa en diagonal la imagen y toca la superficie del diamante en 610. El analisis de rayos X de energfa dispersiva (EDX) revela que la capa de interfaz es rica en titanio, con mas del doble de la mayor concentracion de titanio (en porcentaje en peso). Cuando la capa de interfaz toca el diamante (en 610) los espectros EDX revelan la formacion de carburo de titanio.

La figura 7 tambien muestra una imagen SEM de una seccion transversal axial. Una vez mas pueden discernirse diferentes capas de interfaz 706, 708 y una partfcula de diamante 702. Es un ejemplo de la observacion de que las partfculas de diamante tienden a estar presentes radialmente justo debajo de las capas de interfaz. Es como si los diamantes se sujetasen en su posicion mediante la capa de interfaz. Por lo tanto, los diamantes estan presentes entre las capas de interfaz. Los numeros 245,35, 394,70, 346,71 y 320,28 pm son los espesores de las diferentes capas formadas en el material de matriz 704. Notese que el espesor de 394,70 pm de la capa esta entre 0,5 y 3 veces el tamano del diamante 702 que sujeta. Mas importante es que la imagen muestra la capa de union metalurgica 710 con un espesor de 20 a 30 pm. El EDX revela que la capa de union metalurgica es una mezcla de los elementos metalicos presentes en el manguito y el material de matriz metalica.

Unos ensayos de traccion axial en los que la capa abrasiva se sujeta en una abrazadera en U (sin presion radial) y el manguito se extrae por medio de un perno mostraron unas fuerzas de 8357 N y 10359 N antes de mover el manguito. Unas pruebas comparativas en unas perlas de la tecnica anterior mostraron valores de 5 a 12 kN. En relacion con el area de superficie comun entre el manguito y la capa abrasiva se trata de una fuerza de cizalladura de 89 N/mm2 y 110 N/mirr respectivamente.

La figura 8 muestra una seccion transversal esquematica de una de las perlas fabricadas. Los diamantes 802 se hacen sobresalir de la superficie en el entorno inmediato del diamante. Los diamantes que sobresalen de la superficie 802 estan enterrados mas de 0,5 veces su tamano en el material de matriz metalica tomado en relacion con su entorno inmediato. Los diamantes estan recubiertos en parte o completamente por una capa de retencion

5

10

15

20

25

30

820 de material de matriz metalica. Los diamantes que sobresalen hacen superflua la necesidad de una etapa de vestir. Ademas, se indica la capa de union metalurgica 810 que une la capa abrasiva 804 al manguito 8l0. Los diamantes estan presentes entre las capas de interfaz 808 y el espesor de las capas entre dichas capas de interfaz es de entre la mitad a dos veces el tamano medio de los diamantes.

La figura 9a muestra una seccion transversal de una perla con un plano perpendicular al eje de perla como se obtiene en una exploracion de tomograffa micro informatica (|iCT). La imagen revela claramente la redondez geometrica de la perla y la distribucion radial uniforme de los diamantes por toda la capa abrasiva. Esto es extraordinario en que, aunque los diamantes son aproximadamente de 400 a 500 |im de tamano, no parecen sufrir la fuerza de flotacion que tiende a empujarles hacia la superficie. Los inventores hipoteticamente atribuyen esto a la deposicion de capas de la capa abrasiva, posiblemente en combinacion con el hecho de que las capas interfaciales del metal activo evitan que los diamantes floten hacia arriba capturando de este modo el diamante en esta capa. De esta manera se resuelve el 'problema de distribucion de partfculas’.

La figura 9b es otra impresion de una seccion transversal de la perla que muestra que los diamantes estan presentes hasta la capa de union metalurgica. Parece que hay una tendencia a que los diamantes se dispongan en capas que puede atribuirse a las diferentes capas de deposicion.

Algunas perlas se sometieron a una unica prueba de corte de perla tal como se describe en “Progress in the knowledge of granite cutting with diamond wire” de A. Bortolussi, A. Caranassios, R. Ciccu, R. Lassandro, P.P. Manca y G. Massacci en “Proceedings of the 11th International conference on Ground Control in Mining”, Universidad de Wollongong, julio de 1992. En esta prueba una unica perla se empuja contra el lado exterior de un disco de piedra de rotacion (un disco de granito con un diametro de 30 cm y una anchura de 3 cm) con una fuerza normal de 5 N. La velocidad periferica puede ajustarse entre 20 a 30 m/s. La perla tambien se hace rotar alrededor de su propio eje con aproximadamente 1 rotacion por segundo. Se inyecta agua entre la perla y la piedra como refrigerante. Se midio el desgaste de la perla como una funcion de la zona aserrada. El aserrado se continuo hasta que la perla se desgasto hasta el manguito.

Se obtuvieron los siguientes resultados en comparacion con las perlas comercialmente disponibles:

perla de la tecnica anterior perla de la inventiva

Diametro exterior inicial (mm)

7,1 (*) 7,1

Diametro exterior final (mm)

6,6 6,55

Superficie aserrada (cm2)

550 600

Velocidad media de aserrado (mm/minuto)

0,25 a 0,50 0,50 a 1,00

(*) La perla se vistio antes de comenzar la prueba.

Claims (14)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Metodo para producir una perla para su uso con un cable de aserrado que comprende las etapas de:

   - sujetar un tubo metalico en al menos uno de sus extremos;

   - comenzar a revestir dicho tubo por medio de un sistema de revestimiento laser por lo que

   se funde un suministro de material de matriz metalica por un haz laser en dicho tubo y; se arroja un suministro de partfculas abrasivas en el bano de material de matriz metalica fundido;

   - formar una pista en dicho tubo moviendo relativamente dicho sistema de revestimiento laser en dicho tubo en un movimiento de rotacion y opcionalmente de traslacion de dicha pista construyendo una capa abrasiva en dicho tubo;

   - detener el revestimiento de dicho tubo;

   - permitir que la perla formada de esta manera se enfne;

   caracterizado por que dicha capa abrasiva de dicha perla formada tiene una masa que es mayor que la masa de dicho tubo cubierto por dicha capa abrasiva

   y

   la velocidad de tubo circunferencial en relacion con dicho sistema de revestimiento laser esta entre 5 y 500 mm por segundo.
2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho tubo tiene un espesor de pared menor que el espesor de dicha capa abrasiva.
3. 3. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que dicho suministro de partfculas abrasivas y dicho suministro de material de matriz metalica son de tal manera que el espesor medio de la pista formada es entre 0,1 y 5 veces el tamano medio de dichas partfculas abrasivas.
4. 4. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha pista tiene ademas una anchura de pista, siendo dicho movimiento opcionalmente de traslacion despues de una rotacion completa igual o menor que dicha anchura de pista.
5. 5. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho suministro de material de matriz metalica se realiza llevando polvo de material de matriz metalica en un chorro de gas portador, por lo que dicho polvo de material de matriz metalica se calienta por dicho haz laser antes de que impacte sobre dicho tubo metalico.
6. 6. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha etapa de detener el revestimiento de dicho tubo se efectua por primera vez deteniendo dicho suministro de partfculas abrasivas seguido opcionalmente de la desconexion de dicho haz laser mientras se continua el suministro del material de matriz metalica durante al menos una rotacion de dicho tubo.
7. 7. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha construccion de dicha capa abrasiva esta delimitada por una o dos piezas de conformacion laterales sujetas en uno o en ambos extremos de dicho tubo.
8. 8. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende ademas la etapa de

   - conformar la superficie exterior de dicha capa abrasiva poniendo en contacto dicha capa abrasiva con un molde

   - despues de la detencion de dicho revestimiento pero antes del enfriamiento de dicha perla.
9. 9. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 8 en el que dicho molde se empuja y se hace rodar contra dicha perla al menos todo el penmetro de dicha perla.
10. 10. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que dicho molde y/o dichas piezas de conformacion se fabrican de un material que refleja la luz de dicho haz laser para limitar el calentamiento de dichas piezas de conformacion y/o dicho molde.
11. 11. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que la superficie de dicho molde y/o dichas piezas de conformacion en contacto con dicha capa abrasiva se conforman para imponer una forma exterior a dicha capa abrasiva.
12. 12. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, seguido por las etapas de:

    - cortar dicha perla de dicho tubo;

    - hacer avanzar axialmente dicho tubo la longitud de una perla;
13. 13. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho tubo se enfna moviendo un solido y/o un fluido a traves del mismo.
14. 14. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que dicho solido es un cable de acero.

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