ES2230392T3 - Soplete de soldar con plasma y polvo. - Google Patents
Soplete de soldar con plasma y polvo.Info
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Abstract
Soplete de soldar de plasma y polvo con al menos una tobera de plasma, un tubo de alimentación de polvo (1) y varios canales de conducción de polvo (4) que rodean la tobera de plasma, caracterizado por un canal de distribución (3) que se extiende concéntricamente, desde el que se derivan en serie los canales de conducción de polvo (4), disminuyendo su sección transversal desde el tubo de alimentación de polvo (1) hasta el último canal de conducción de polvo (4), con lo que la sección transversal del sistema de conducción de polvo está seleccionada de tal forma que independientemente de la posición del soplete se consigue una introducción del polvo lo más uniforme posible.
Description
Soplete de soldar con plasma y polvo.
La invención se refiere a un soplete de soldar
con plasma y polvo con las características del preámbulo de la
reivindicación 1. Se conoce a partir del documento US 5 556 560 un
soplete de soldar de este tipo.
Los sopletes de soldar de plasma se emplean en
muchas aplicaciones técnicas para la unión por soldadura o para la
soldadura de aportación. Si se requiere para la aplicación
respectiva la adición de material de aportación, entonces éste es
agregado en forma de alambre, de varilla o como polvo.
La adición del material de aportación como polvo
se realiza en la práctica a través de diferentes dispositivos, que
están vinculados a las especificaciones constructivas del soplete
utilizado en cada caso. En principio, se transporta el polvo desde
un depósito de reserva por medio de un gas portador hacia el soplete
de soldar. Desde orificios, que pueden estar configurados de
diferente forma, sale el polvo con la corriente de gas portador y
llega de esta manera al baño de soldadura de fusión. Allí se licúa
en virtud de la repercusión térmica del arco eléctrico de
transferencia de plasma y se mezcla con la colada de metal del
material de base. De esta manera, se produce el incremento deseado
del volumen del baño de colada metálica. A través de la
solidificación de la colada se obtiene el cordón de unión o de
aplicación.
Un método muy sencillo es la adición de polvo a
través de un tubito propio, separado del soplante, que está
instalado lateralmente debajo de la punta del soplete. Desde el
tubito se sopla polvo en el ángulo plano delante del quemador en el
baño de soldadura. Se conoce a partir del documento DE PS 1 193 324
un dispositivo correspondiente. El dispositivo descrito allí no es,
sin embargo, un soplete de soldar, sino que está configurado para
un procedimiento de trabajo ligeramente diferente, a saber, el
flameado de polvo. En la utilización de tales alimentaciones
separadas de polvo durante la soldadura es un inconveniente que
para cada caso de aplicación debe realizarse una optimización de la
constelación del tubito / soplete. A través del insuflado desde una
única dirección se fijan con frecuencia la posición del soplete y
la dirección de la soldadura. Otro inconveniente es la geometría
perturbadora condicionada por el montaje del tubito, que conduce a
problemas de accesibilidad en el caso de geometrías completar a
soldar.
Se conoce a partir del documento DE 40 30 541 C2
un soplete de plasma para el recubrimiento de materiales de base
con materiales de aportación en polvo, con una tobera de gas de
transporte, que presenta un canal de tobera de gas de transporte
para la alimentación de la corriente de gas de transporte que
transporta las partículas de polvo. El canal de tobera de gas de
transporte presenta una sección con una sección transversal que se
estrecha cónicamente en la dirección de la circulación, con lo que
se produce un incremento de la velocidad del gas de transporte o
bien de la velocidad del polvo en la zona de la boca del canal de
tobera de gas de transporte y, por lo tanto, debe evitarse el
peligro de una formación de gotas del polvo en el canal de tobera
también en el caso de un ángulo de acoplamiento relativamente
grande de la corriente de gas de transporte.
Se conoce a partir del documento DE 39 30 267 A1
un soplete de soldar, en el que el polvo sale a través de un
taladro en el lado inferior del ánodo de plasma y luego cae al baño
de colada.
Se conoce a partir del documento DE 41 20 791 A1
un soplete de soldar, en el que el polvo sale a través de varios
canales de conducción de polvo en el lado inferior del ánodo de
plasma y luego llega en varios chorros al baño de colada.
En estos dos tipos de soplete, se ha revelado que
es un inconveniente que el polvo se adhiere siempre de nuevo en las
toberas debido a la alta temperatura en la zona de la tobera de
plasma y se obstruyen los taladros cada vez en mayor medida.
Además, se configura difícil la distribución uniforme del polvo. En
el caso de uno o dos taladros, éstos son alimentados
individualmente con polvo. Sin embargo, entonces está prescrita la
dirección de la conducción del soplante, puesto que el polvo debe
añadirse o bien delante, detrás o lateralmente al chorro de
plasma.
En el caso de alimentación de varios orificios de
salida, la alimentación individual es con frecuencia difícil en
virtud del espacio reducido dentro de la geometría del soplante.
Por lo tanto, se utilizan dentro de la geometría del soplante a
veces uno o dos conductos de alimentación internos, que se ensanchan
en una cavidad, desde la que son alimentados los orificios de
salida individuales. En el caso de modificación de la posición del
quemador fuera de la posición de la cubeta se produce, en virtud de
la fuerza de la gravedad, que actúa sobre las partículas de polvo
individuales, una alimentación irregular de los taladros
individuales, lo que conduce a asimetrías en los cordones de
soldadura.
Otra posibilidad para la adición de polvo se
realiza a través de una tobera de polvo que está dispuesta
concéntricamente con respecto a la tobera de plasma. En este caso,
el polvo sale a través de un intersticio anular y genera de esta
manera una cortina de polvo en forma de manguera o en forma de
tolva. De este modo se alimenta el polvo de una manera uniforme
delante, detrás o junto al chorro de plasma al baño de colada.
También en este caso es problemático distribuir el polvo desde una
o dos conducciones de alimentación del soplete de una manera
uniforme sobre la sección transversal del anillo. Esto se realiza en
la mayoría de las construcciones existentes a través de una cámara
anular, que está dispuesta en el extremo de los conductos de
alimentación y que debe alimentar polvo de una manera uniforme el
intersticio siguiente. Tan pronto como el eje del soplete es
llevado desde la posición vertical a una posición inclinada, se
desplaza, en virtud de la fuerza de la gravedad en la cámara
anular, la salida de polvo hacia el lugar más profundo. Esto conduce
de nuevo a una entrada irregular de polvo en el baño de soldar, lo
que se refleja en una asimetría del cordón de soldadura.
Especialmente para la soldadura manual en
diferentes posiciones o para la soldadura automática de contornos
tridimensionales con robots de soldar, en los que la introducción
uniforme, dependiente de la dirección y de la posición, de la
aportación de soldadura en forma de polvo en el baño de soldar es
determinante de la calidad, las construcciones de soplete de soldar
conocidas solamente son adecuadas con condiciones, lo que ha
conducido a que estas aplicaciones permanezcan limitadas a pocas
posibilidades de aplicación. Las dificultades constructivas residen
en la conducción, la desviación y la distribución uniforme de la
corriente de gas de transporte del polvo dentro y fuera de la
geometría del soplete.
Por lo tanto, el cometido de la invención es
proponer un soplete de soldar con plasma y polvo, en el que el
polvo de aportación es transportado de una manera regular al baño
de soldar. En este caso, es importante que el polvo llegue de una
manera uniforme y sin mayores pérdidas por dispersión al baño de
soldar, de una manera independiente de la dirección momentánea de
la soldadura e independiente de la posición del soplete.
Este cometido se soluciona según la invención por
medio de un soplete de soldar con los rasgos característicos de la
reivindicación principal. En la invención se optimiza, por lo
tanto, en la mayor medida posible la conducción de la corriente de
gas de transporte del polvo en el interior del soplete, de manera
que los canales de conducción de polvo más atrasados en la dirección
del flujo contienen tanto polvo como los que se encuentran delante.
De la misma manera, cuando el soplete está basculado, los canales
superiores reciben tanto polvo como los canales inferiores.
En este caso, desde el punto de vista
constructivo, se puede proceder de tal manera que se mantienen en
la mayor medida posible constantes, por ejemplo, las áreas de la
sección transversal de los conductos, que pertenecen al sistema de
alimentación de polvo y a la conducción del fluido (polvo más
corriente de gas portador). Este principio se mantiene, en la
medida posible, desde la salida del fluido desde el dispositivo de
transporte hasta la salida del polvo desde los canales de
conducción de polvo individuales, dispuestos concéntricamente al
arco eléctrico de plasma, en las toberas de polvo. Por lo tanto, la
sección transversal del tubo de alimentación de polvo corresponde
aproximadamente a la suma de las secciones transversales de los
canales individuales de conducción de polvo. En este caso, las
secciones transversales no se desvían con preferencia unas de otras
más que un 20%. Si está previsto entre el tubo de alimentación de
polvo y los canales de conducción de polvo un canal de distribución
común, desde el que se desvían en serie los canales individuales de
conducción de polvo, entonces se reduce también la sección
transversal del canal de distribución aproximadamente en la medida
de la sección transversal de cada canal de desviación individual.
La ventaja de una conducción de fluido de este tipo en el soplete
reside en que las velocidades de la circulación del fluido se
mantienen esencialmente constantes en cualquier momento y en
cualquier lugar en el camino desde la unidad de transporte hacia el
baño de soldadura. De esta manera, no se produce prácticamente
ningún retraso o aceleración del volumen de la corriente, que
conduciría al enriquecimiento o al empobrecimiento de corrientes
parciales volumétricas individuales con partículas de polvo. Esto
tiene una importancia decisiva en la distribución de toda la
corriente de fluido, que procede desde la instalación de transporte
hasta el soplete, en corrientes individuales, que alimentan los
orificios de salida de la tobera de polvo. En este caso, hay que
tener en cuenta que las fuerzas de aceleración, que actúan en el
funcionamiento normal desde la corriente de gas portador sobre las
partículas de polvo, son claramente mayores que las fuerzas que
actúan sobre las partículas a través de la gravitación.
El diseño según la invención del sistema de
conducción de polvo está optimizado en cuanto a la dinámica de
fluidos y es relativamente estrecho, de manera que no se producen
ya espacios muertos, en los que se pueden depositar partículas de
polvo.
En una primera forma de realización de la
invención, se divide la corriente de polvo ya a la entrada en el
cuerpo del soplete de una manera uniforme en una pluralidad de
corrientes parciales. Se conocen distribuidores o ramificaciones
favorables para la circulación de un tubo más grueso en varios tubos
más finos tanto a partir de la biología (venas en la circulación
sanguínea, ramas en los árboles) como también a partir de la
técnica (codos de silenciosos o tubos de mangueras de motores
deportivos - sin embargo, allí existe la inversión cinemática de la
reunión equivalente de varios tubos individuales en un tubo final
común). A través de la distribución de la corriente entrante en
varias corrientes equivalentes se consigue una distribución
uniforme de la cantidad de polvo. Independientemente de la posición
del soplete, en todas las posiciones del soplete entra una cantidad
uniforme de polvo desde los canales individuales.
En otra forma de realización de la invención,
está previsto un canal que se extiende concéntricamente, que rodea
en forma de anillo el canal de plasma propiamente dicho y desde el
que se derivan los canales de conducción de polvo en la dirección
de la punta del soplete. Este canal sirve para la distribución del
polvo desde el tubo de alimentación de polvo sobre los canales
individuales de conducción de polvo. Según la invención, la sección
transversal del canal se estrecha cónicamente desde el tubo de
alimentación de polvo hasta el último canal controlado. De esta
manera, se consigue de nuevo la idea según la invención descrita
anteriormente de la sección transversal mantenida constante desde
el comienzo de la vía de alimentación hasta el final en los canales
de conducción de polvo.
En otra forma de realización de la invención,
están previstos dos o más canales de distribución que se estrechan
cónicamente, que conectan los canales individuales de conducción de
polvo con el tubo de alimentación de polvo. También aquí los
canales de distribución están provistos de nuevo con sección
transversal decreciente, de manera que se mantiene aproximadamente
constante la velocidad de flujo. Dos o más canales de distribución
en lugar de uno tienen la ventaja de los recorridos más cortos
desde la entrada del polvo hasta los canales de conducción de polvo
que ceden el polvo. Se prefieren dos canales de distribución, donde
uno de los cuales que se extiende a la izquierda alrededor de la
tobera de plasma controla los canales de conducción del polvo que se
encuentran a la izquierda y el otro que se extiende a la derecha
alrededor de la tobera de plasma controla los canales de polvo
restantes que se encuentran a la derecha.
En otra forma de realización, está previsto
adicionalmente un segundo canal anular que se extiende más próximo
a la punta de la tobera y horizontalmente, que conecta entre sí los
canales individuales de conducción de polvo dentro de su desarrollo
en la dirección de la punta de la tobera. Por medio de este segundo
canal circundante se consigue una reducción de la velocidad de
salida del polvo. Con preferencia, en este caso se modifica de una
manera correspondiente, especialmente se ensancha también todo el
área de la sección transversal de los orificios de salida de polvo
en el lado inferior de la tobera, para conseguir una reducción de
la velocidad de la circulación. La razón para ello es evitar una
separación por soplado del baño de soldar.
La invención ofrece las siguientes ventajas:
La conducción del fluido en el interior del
soplete posibilita una introducción selectiva y con poca pérdida
por dispersión de materiales de aportación en polvo en el baño de
la colada de soldadura.
Por medio de la distribución precoz de toda la
corriente de fluido en varias corrientes individuales y la
conducción geométrica de estas corrientes a través del cuerpo del
soplete se garantiza una salida uniforme del polvo desde los
taladros de las toberas de polvo. Esto es favorable para una
soldadura automática, independiente de la dirección.
Por medio de la reducción del área de la sección
transversal del canal de distribución -con preferencia en cada caso
en la medida de la sección transversal de los canales individuales
de derivación- se mantiene aproximadamente constante la velocidad
de la circulación y no se produce un enriquecimiento o un
empobrecimiento de corrientes parciales individuales del volumen
con partículas de polvo.
Puesto que el área de la sección transversal se
mantiene aproximadamente constante durante el paso a través del
soplete, no se producen aceleraciones positiva sin negativas de las
corrientes de fluido.
Por medio del diseño relativamente estrecho de la
sección transversal de la conducción, la energía cinética, que se
transmite desde la corriente de gas sobre las partículas de polvo,
es suficientemente grande para conducir las partículas de polvo a
través del soplete casi sin ser influenciadas por las fuerzas de
gravitación. Esto provoca de nuevo que las cantidades de polvo, que
salen desde los orificios individuales de polvo, sean siempre casi
iguales entre sí, independientemente de la posición y de la
situación del soplete. Si la velocidad de salida del polvo es
demasiado grande para determinadas aplicaciones, entonces se puede
reducir la velocidad de salida por medio de un ensanchamiento del
área de la sección transversal de los orificios de salida a través
del aumento de los orificios o a través de la elevación de su
número.
La figura única muestra en representación
desarrollada el sistema de alimentación de polvo en un soplete de
acuerdo con la invención.
En la figura, el tubo de alimentación de polvo 1
se representa como alimentación de fluido al cuerpo del soplete 2.
Con el signo de referencia 3 se designa el canal de distribución,
que se representa aquí de manera que se extiende recto debido a la
presentación desarrollada, pero en realidad rodea como anillo la
tobera de plasma propiamente dicha y se extiende horizontalmente.
Además, se puede reconocer que el canal de distribución 3 tiene en
su lado de entrada, en el conducto de alimentación de fluido, un
diámetro relativamente grande, mientras que su sección transversal
se reduce cada vez más en el desarrollo posterior. En este canal de
distribución 3 se conectan varios canales de conducción de polvo 4
como derivaciones, todas las cuales conducen hacia una tobera de
polvo 5. Esta tobera de polvo 5 tienen tantos orificios de salida de
polvo 6 como canales 4 están previstos. En esta forma de
realización, está previsto adicionalmente todavía un canal anular
7, que conecta todos los canales individuales 4 entre sí y que está
previsto para la reducción de la velocidad del fluido. Un canal
anular 7 de este tipo se puede utilizar especialmente también
cuando el número de los canales individuales de conducción de polvo
4 es diferente al número de los orificios de salida de polvo 6. En
este caso, el canal anular 7 homogeneiza la circulación del
polvo.
polvo.
En el funcionamiento del soplete, es polvo es
conducido por su gas propulsor o gas portador a través del tubo de
alimentación de polvo 1 hasta el lugar A del cuerpo del soplete 2.
El polvo llega al canal de distribución 3 en forma de anillo que se
extiende horizontalmente, que se encuentra sobre la superficie
envolvente del cuerpo de base 2. El canal 3 tienen al comienzo
aproximadamente la misma sección transversal que la tubería 1 de
alimentación. En su desarrollo se reduce el área de la sección
transversal del canal 3 de una manera continua; en el ejemplo de
realización seleccionado aquí se reduce hasta cero. Al mismo
tiempo, se derivan a distancias uniformes una pluralidad de canales
de conducción de polvo 4 del mismo área de la sección transversal,
en el presente caso seis canales, en ángulo recto paralelamente al
eje del soplante hacia abajo. En este caso, en el ejemplo de
realización se ha procurado que todo el área de la sección
transversal de los canales de conducción de polvo 4, que se derivan
de una manera uniforme sobre la longitud del canal 3, corresponda al
área de la sección transversal original del canal 3 en su comienzo.
Por medio de esta medida se garantiza que se divida toda la
corriente de fluido que entra en el soplete 2 en una pluralidad
(aquí seis) de corrientes de fluido iguales, que llevan todas
consigo, en virtud de la velocidad constante de la circulación, un
número aproximadamente igual de partículas de polvo. En el extremo
inferior de estos canales 4 se encuentra la tobera de polvo 5, que
conduce las corrientes de fluido a través de un número
predeterminado de taladros 6 directamente al baño de colada.
El número de los orificios de salida de polvo 6
puede coincidir con el número de los canales de conducción de polvo
4 de alimentación verticales. Pero también puede ser diferente del
número, especialmente cuando se consigue una reducción de la
velocidad de salida del polvo a través de un canal 7 en forma de
anillos conectado aguas arriba. En este caso, hay que modificar
también de una manera correspondiente todo el área de la sección
transversal de los orificios de salida de polvo 6 en el lado
inferior de la tobera de polvo 5, de manera que se consigue una
reducción de la velocidad de la circulación.
- 1
- Tubo de alimentación de polvo
- 2
- Cuerpo del soplete
- 3
- Canal de distribución
- 4
- Canal de conducción de polvo
- 5
- Tobera de polvo
- 6
- Orificio de salida de polvo
- 7
- Canal anular.
Claims (4)
1. Soplete de soldar de plasma y polvo con al
menos una tobera de plasma, un tubo de alimentación de polvo (1) y
varios canales de conducción de polvo (4) que rodean la tobera de
plasma, caracterizado por un canal de distribución (3) que
se extiende concéntricamente, desde el que se derivan en serie los
canales de conducción de polvo (4), disminuyendo su sección
transversal desde el tubo de alimentación de polvo (1) hasta el
último canal de conducción de polvo (4), con lo que la sección
transversal del sistema de conducción de polvo está seleccionada de
tal forma que independientemente de la posición del soplete se
consigue una introducción del polvo lo más uniforme posible.
2. Soplete de soldar de plasma y polvo según la
reivindicación 1, caracterizado porque la corriente de gas y
polvo se divide de una manera uniforme ya a la entrada en el cuerpo
del soplete (2) sobre una pluralidad de corrientes parciales.
3. Soplete de soldar de plasma y polvo según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque están previstos
dos o más canales de distribución que se estrechan cónicamente, que
conectan los canales individuales de conducción de polvo (4) con el
tubo de alimentación de polvo (1).
4. Soplete de soldar de plasma y polvo según una
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un
segundo canal anular (7), que conectan los canales de conducción de
polvo (4) entre sí.
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