ES2187600T5 - Procedimiento de soldadura por haz con redondeamiento de cantos. - Google Patents

Procedimiento de soldadura por haz con redondeamiento de cantos.

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Abstract

PARA PERMITIR UN DESARROLLO DE PINTADO REGULAR SOBRE LA SUPERFICIE DE DOS CHAPAS DELGADAS A SER SOLDADAS UNA CON OTRA, SE PROPONE UN PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA CON RAYO LASER, DONDE UN PRIMER RAYO SE DIRIGE SOBRE UN CANAL CONFIGURADO ENTRE UNA SUPERFICIE DE UNA PRIMERA CHAPA Y UNA SUPERFICIE FRONTAL DE UNA SEGUNDA CHAPA, MIENTRAS QUE UN SEGUNDO RAYO SE DIRIGE SOBRE EL CANTO LIBRE DE LA SEGUNDA CHAPA, PARA SU REDONDEO.

Description

Procedimiento de soldadura por haz con redondeamiento de cantos.
La invención concierne a un procedimiento de soldadura por haz en el que se dirige un primer haz sobre una garganta formada entre una superficie de una primera chapa y una superficie frontal de una segunda chapa.
En procedimientos de soldadura por haz se dirige un haz de radiación rica en energía sobre las piezas de trabajo que han de soldarse una con otra. En particular, para soldar chapas de acero delgadas se emplean rayos láser como haz de soldadura. Por ejemplo, en la construcción de carrocerías se sueldan entre sí chapas de acero delgadas mediante rayos láser, para lo cual se dirige el rayo láser sobre una garganta formada entre ambas chapas. La garganta se forma en general entre la superficie de una primera chapa y la superficie frontal de una segunda chapa situada sobre ésta. La junta de soldadura puede ser una junta paralela o solapada, pero las chapas a unir entre sí pueden formar también una junta oblicua, es decir que los planos de las dos chapas no discurren paralelos, sino formando un ángulo agudo uno con otro.
Las chapas soldadas entre sí se protegen frecuentemente contra la corrosión por medio de una capa de barniz aplicada.
En el procedimiento de soldadura conocido por el estado de la técnica, en el que se sueldan entre sí dos chapas 1/2 colocadas una sobre otra según la figura 6 a lo largo de la garganta 3, se obtiene una costura de soldadura como la que se representa en la figura 3. Si se recubre ésta mediante procedimientos de barnizado conocidos, se obtiene una capa de barniz de espesor diferente, tal como se representa en la figura 5. En el procedimiento conocido es especialmente molesto el hecho de que se conserva el canto afilado descubierto de la segunda chapa que queda después de soldar las dos chapas una con otra y que conduce a la llamada "fuga de barniz". Como muestra la figura 5, la capa de barniz es netamente más delgada en la zona del canto 4, de modo que no queda garantizada la deseada protección contra la corrosión en esta zona. En ejemplos realizados se ha verificado que una capa de barniz de aproximadamente 30 \mum de espesor en estado regular tiene en la zona del canto únicamente un grueso de 3 \mum o menos.
Por tanto, la invención se basa en el problema de mejorar procedimientos de soldadura por haz conocidos, especialmente procedimientos de soldadura por láser, de modo que se supriman las desventajas mencionadas del estado de la técnica y se cree una forma de costura de soldadura que se pueda proteger sin problemas contra corrosiones por medio de una capa de barniz.
La solución de este problema se caracteriza en un procedimiento de soldadura por haz del género expuesto por las características de la reivindicación 1.
Para la puesta en práctica del procedimiento según la invención sería en principio adecuado un dispositivo como el conocido por la patente DE 33 46 144 C1. Sin embargo, el empleo de espejos para distribuir un único haz es problemático cuando el haz tiene dimensiones pequeñas y cuando los dos haces parciales deben ser enfocados uno cerca de otro, tal como es deseable en el presente procedimiento de soldadura según la invención.
El procedimiento según la invención prevé que se funda parcialmente el canto libre de la segunda chapa por medio de un segundo haz de soldadura y se redondee así dicho canto bajo la influencia de la fuerza de la gravedad y las fuerzas intermoleculares, conduciéndose el segundo haz en sincronismo delante o detrás del primer haz con una distancia constante y generándose dicho segundo haz como haz parcial de la fuente de radiación que genera el primer haz.
El procedimiento de soldadura según la invención es especialmente adecuado para su empleo con rayos láser generados preferiblemente por un láser de Nd:YAG. Otras formas de ejecución preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones subordinadas.
Se describe seguidamente la invención con más detalle haciendo referencia a ejemplos de ejecución representados en los dibujos. Muestran en el dibujo:
la figura 1, una representación esquemática en perspectiva del procedimiento de soldadura según la invención,
la figura 2, una costura de soldadura realizada según el procedimiento de acuerdo con la invención,
la figura 3, una costura de soldadura producida según el estado de la técnica,
la figura 4, chapas y costura de soldadura según la figura 2 en estado barnizado,
la figura 5, chapas y costura de soldadura según la figura 3 en estado barnizado,
la figura 6, dos chapas a soldar entre sí antes del proceso de soldadura y
la figura 7, un croquis de principio de un dispositivo de soldadura adecuado para la puesta en práctica del procedimiento según la invención.
La figura 6 muestra dos chapas 1 y 2 que forman una junta paralela o una junta de solape. Entre la superficie 11 de una primera chapa 1 y la superficie frontal 12 de una segunda chapa 2 está formada una garganta 3 hacia la cual debe dirigirse un haz de soldadura en la dirección de la flecha. Un canto descubierto de la chapa superior, es decir, la segunda chapa 2, lleva el símbolo de referencia 4.
Si se produce una costura de soldadura dirigiendo un rayo láser individual hacia la garganta 3 en la dirección de la flecha dibujada en la figura 6, se obtiene una costura de soldadura como la que se ha designado en la figura 1 con el símbolo de referencia 5. Como muestra la representación esquemática según la figura 3, se conserva el canto descubierto 4.
Si se recubre esta costura de soldadura según la figura 3 con una capa de barniz, se forma entonces, bajo la influencia de fuerzas superficiales del barniz e influencias similares, una capa de barniz 15 de espesor diferente, tal como se representa en la figura 5. En la zona del canto descubierto 4 se ha reducido netamente el espesor de la capa de barniz, con lo que resultan problemas de corrosión.
Como muestra también la figura 1, se ha previsto según la invención conducir en sincronismo un segundo rayo láser a corta distancia por detrás del primer rayo láser para dirigir este segundo haz parcial hacia el canto 4. Se produce así una segunda capa de costura de soldadura 6 que conduce a un redondeamiento del canto 4.
La figura 2 muestra esquemáticamente el modo en que aparece el contorno de la pieza de trabajo terminada. Si se recubre una pieza de trabajo de esta clase o una costura de soldadura así formada según la figura 4 con una capa de barniz, se obtiene una evolución sustancialmente uniforme del espesor de la capa de barniz, de modo que, con costes reducidos, queda garantizada una protección mejorada contra la corrosión.
Como muestra la figura 1, el rayo láser que genera la capa de costura de soldadura 5 se ha adelantado en la dirección de soldadura 7 al segundo haz parcial que genera la capa de costura de soldadura 6. Es aquí insignificante el que los dos rayos láser sean conducidos en sincronismo a través de la pieza de trabajo o que, recíprocamente, la pieza de trabajo sea hecha avanzar en contra de la dirección de soldadura indicada por la flecha 7.
La figura 7 muestra esquemáticamente un dispositivo de soldadura adecuado para la puesta en práctica del procedimiento según la invención. Una fuente de radiación en forma de un láser 20 genera un haz de radiación 21 (haz principal) que se ensancha en forma divergente y que se orienta en dirección aproximadamente paralela por medio de una primera lente convergente 22. Los haces paralelos 25' inciden en un espejo de inversión 23 y son enfocados en un primer foco 25 por una segunda lente convergente 24. Se genera así un primer rayo láser 25''. Las lentes pueden estar compuestas de varias de ellas.
Una cuña óptica 19 prevista desvía una parte del haz de radiación que atraviesa la primera lente convergente 22 de modo que el haz de radiación parcial producido 26', después de su reflexión en el espejo de inversión 23, es enfocado en un segundo foco 26 por la segunda lente convergente 24. Se genera así un segundo rayo láser 26''.
De esta manera, se crean dos focos 25 y 26, de los que uno está en la garganta para la generación de la costura de soldadura propiamente dicha (primer foco 25) y el otro se posiciona, para el redondeamiento, sobre el canto descubierto 4 de la chapa superior 2 (segundo foco 26). Una distancia preferida entre los dos focos es de hasta 10 mm.
Como muestra también esquemáticamente la figura 7, la cuña óptica 19 puede ser movida en dirección radial para aumentar o reducir la proporción del haz principal 21 que se transforma en un segundo haz parcial 26', la segunda chapa 2, lleva el símbolo de referencia 4.
Si se produce una costura de soldadura dirigiendo para ello en la dirección de la flecha dibujada en la figura 6 un rayo láser individual hacia la garganta 3, se obtiene una costura de soldadura como la que se ha designado con el símbolo de referencia 5 en la figura 1. Como muestra esquemáticamente la representación según la figura 3, se conserva entonces el canto descubierto 4.
Si se reviste una costura de soldadura de esta clase según la figura 3 con una capa de barniz, se forma, bajo la influencia de las fuerzas superficiales del barniz e influencias semejantes, una capa de barniz 15 de espesor diferente, tal como la que se representa en la figura 5. En la zona del canto descubierto 4 se encuentra netamente reducido el espesor de la capa de barniz, por lo que se plantean problemas de corrosión.

Claims (7)

1. Procedimiento de soldadura por haz en el que se dirige un primer haz (25'') hacia una garganta (3) formada entre una superficie (11) de una primera chapa (1) y una superficie frontal (12) de una segunda chapa (2), caracterizado porque se dirige un segundo haz (26'') hacia el canto libre (4) de la segunda chapa (2), siendo conducido el segundo haz (26'') en sincronismo por delante o por detrás del primer haz (25'') con una distancia constante y siendo generado dicho segundo haz como haz parcial por la fuente de radiación (20) que genera el primer haz.
2. Procedimiento de soldadura por haz según la reivindicación 1, caracterizado porque los haces primero y segundo son rayos láser.
3. Procedimiento de soldadura por haz según la reivindicación 2, caracterizado porque los rayos
láser son generados por un láser de Nd:YAG.
4. Procedimiento de soldadura por haz según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las dos chapas (1, 2) que han de unirse una con otra forman entre sí una junta paralela.
5. Procedimiento de soldadura por haz según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las dos chapas (1, 2) que han de unirse una con otra forman entre sí una junta de solape.
6. Procedimiento de soldadura por haz según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las dos chapas (1, 2) que han de unirse una con otra forman entre sí una junta oblicua.
7. Procedimiento de soldadura por haz según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la distancia entre los rayos láser primero y segundo es de hasta 10 mm.
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