ES2260141T3 - Perno de soldadura y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
Perno de soldadura y procedimiento para su fabricacion.Info
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Abstract
Perno de soldadura con una sección de soldadura y una sección funcional, estando compuesta la sección (12, 12a) de soldadura de un metal ligero y la sección funcional (14) de acero, presentando la sección funcional (14) una punta (18) que se aloja en una entalladura (20) complementaria de la sección (12, 12a) de soldadura y estando unidas la punta (18) y la entalladura (20) mediante una unión soldada por fricción.
Description
Perno de soldadura y procedimiento para su
fabricación.
La invención se refiere a un perno de soldadura
según el preámbulo de la reivindicación 1.
En la construcción de barcos y carrocerías se
conoce especialmente el uso de pernos de soldadura para el montaje
aquí de piezas y componentes. A tal efecto se usan, sobre todo,
pernos de soldadura que se fijan de forma conocida en una
construcción, por ejemplo, mediante la técnica de soldadura de
pernos. Este tipo de pernos presenta con frecuencia una rosca
exterior o también una rosca interior para el montaje de piezas de
retención, por ejemplo, tuercas.
Se conoce también el uso de la soldadura por
fricción, en lugar de la soldadura por arco, para el montaje de los
pernos.
En muchos campos de la técnica, la construcción
ligera se sitúa de forma creciente en primer plano. En este sentido
se han impuesto especialmente las aleaciones de aluminio como
material. En el caso de las carrocerías de construcción ligera para
automóviles, incluso en las cajas basculantes de vehículos de carga,
en autobuses y vehículos sobre carriles, así como en la construcción
naval, por ejemplo, ferrys rápidos y yates, se usan las aleaciones
de aluminio como material de construcción. El uso de aleaciones de
aluminio tiene la ventaja de que reduce el peso. Sin embargo, la
resistencia de las aleaciones de aluminio sigue estando muy por
debajo de la del acero. La resistencia insuficiente de las
aleaciones de aluminio es problemática, si se desean crear uniones
separables de piezas entre sí, por ejemplo, el montaje de puertas en
carrocerías de automóviles, o en el caso de la construcción de
ferrys rápidos. Para la realización de este tipo de puntos de
conexión se ejecutan a menudo costosas uniones por abrazadera o
costosas construcciones por brida de acero.
Debido a los puntos de fusión muy diferentes de
los materiales de construcción ligera, por una parte, y de los
aceros, por otra parte, no es posible llevar a cabo una unión
mediante la técnica de soldadura por fusión de pernos de soldadura
en construcciones de aluminio. La soldadura por fricción brinda la
única posibilidad de procesar, conforme a la técnica de unión,
pernos de acero en construcciones de metal ligero. Sin embargo, la
soldadura por fricción requiere fuerzas muy altas que provocan con
facilidad deformaciones no deseadas en caso de grupos constructivos
delgados y, por tanto, fácilmente deformables (por ejemplo,
chapas).
La invención tiene el objetivo de crear un perno
de soldadura con una resistencia suficiente que sea adecuado
ventajosamente para el montaje en construcciones de metal
ligero.
Este objetivo se consigue mediante las
características de la reivindicación 1.
El perno de soldadura, según la invención, se
compone de una sección de soldadura y una sección funcional. La
sección de soldadura es de metal ligero y la sección funcional, de
acero, estando unidas de forma fija entre sí las secciones del
perno.
En el caso del perno de soldadura, según la
invención, la sección de soldadura es del mismo tipo o de tipo
similar al material de construcción ligera, al que se debe soldar el
perno, por ejemplo, aluminio con aluminio. Aquí se pueden usar
procedimientos ya existentes para la soldadura de pernos con
formación del arco por elevación, así como la soldadura por descarga
de condensadores. Se puede usar naturalmente también la soldadura de
perno por fricción o soldadura de frecuencia media. Las siglas
usadas en lo adelante significan:
| BH | = | Soldadura de perno con formación del arco por elevación/soldadura de perno por ciclo corto |
| CD | = | Soldadura por descarga de condensadores |
| RBS | = | Soldadura de perno por fricción |
| MF | = | Soldadura de frecuencia media |
La sección funcional, que puede presentar según
una configuración de la invención una rosca exterior y/o una rosca
interior o está realizada de otra forma para el montaje de
componentes y piezas, por ejemplo, ojete, gancho, pasador o similar,
se compone del acero con la mayor capacidad de carga, por ejemplo,
acero de construcción, acero de alta aleación, etc. Por
consiguiente, en el caso de la invención se usa adecuadamente cada
sección del perno de soldadura.
Las secciones del perno tienen que estar unidas
adecuadamente entre sí para ser capaces de soportar las fuerzas
incidentes. Según la invención, la sección funcional presenta una
punta que se aloja en una entalladura complementaria de la sección
de soldadura, estando unidas la punta y la entalladura mediante una
unión soldada por fricción. Este tipo de geometría garantiza una
unión fija entre las secciones del perno con ayuda de una unión
soldada por fricción. Los pernos de soldadura no sólo tienen que
soportar fuerzas de tracción, sino también fuerzas de flexión. En
caso de una flexión de la sección más blanda, en este caso, la
sección de soldadura, no se puede romper la unión soldada en el
punto de unión. El perno de soldadura, según la invención, garantiza
también, por tanto, una resistencia suficiente de la unión. Es
concebible también soldar a tope, una contra otra, la sección
funcional y la sección de soldadura (documento
DE-U-29911121;
DE-U29908831). Sin embargo, un punto de unión de
este tipo no garantiza una resistencia suficiente de la unión, sobre
todo, en caso de una carga de flexión.
Según una configuración de la invención, la
punta tiene forma de cono y según otra configuración de la
invención, la punta presenta un ángulo de 45º a 120º, con
preferencia de 90º aproximadamente.
Cuando se habla de "punta", esto comprende
todas las geometrías, en las que la sección funcional se estrecha
hacia el extremo, de modo que se logra una penetración en el
material de la sección de soldadura. Por tanto, el extremo de la
punta puede ser plano o redondo, dependiendo el radio del extremo
redondo o plano de las condiciones del procedimiento de fabricación
y/o del procedimiento de soldadura por fricción.
La sección funcional puede presentar una rosca
exterior y/o una rosca interior. La sección de soldadura tiene
preferentemente en el extremo libre una geometría, que facilita la
soldadura, por ejemplo, una punta o un elemento auxiliar de
encendido, una punta prismática o similar. Se conoce en sí este tipo
de preparativos para soldar.
La sección funcional se compone preferentemente
de acero de construcción, aceros de aleación o similar.
La sección de soldadura se compone
preferentemente de aluminio o aleaciones de aluminio, magnesio o
aleaciones de magnesio o titanio o aleaciones de titanio.
El perno de soldadura, según la invención, se
puede usar preferentemente en la construcción de vehículos, como
carrocerías de automóviles o similares, y en la construcción naval.
Para el montaje del perno de soldadura, según la invención, se usa
preferentemente un perno de soldadura con formación del arco por
elevación o soldadura CD. Como alternativa se puede considerar
también un montaje mediante soldadura del perno por fricción o
soldadura MF.
Un procedimiento, según la invención, para la
fabricación de un perno de soldadura con una sección de soldadura de
metal ligero y una sección funcional de acero se caracteriza por los
siguientes pasos:
- -
- La sección funcional, provista de una punta, y/o la sección de soldadura, provista de un extremo plano, se accionan de forma giratoria por su eje y se hacen girar a una gran velocidad relativa.
- -
- Después de alcanzarse la velocidad deseada, las secciones, alineadas mutuamente en sentido axial, se aproximan axialmente entre sí por impacto a gran velocidad relativa, de modo que la punta penetra en el extremo plano de la sección de soldadura y pliega el material de la sección de soldadura en forma de trompeta.
La velocidad relativa de ambas secciones es muy
alta, preferentemente de hasta 20000 rpm y más. Las secciones del
perno se aproximan entre sí casi de forma explosiva, de modo que la
sección funcional de acero con su punta penetra ampliamente en la
sección de soldadura y la deforma de tal modo, que ésta se pliega en
forma de trompeta y encierra un determinado tramo de la sección
funcional. La punta entra al menos en toda su longitud en el
material de la sección de soldadura, preferentemente en un múltiplo
del diámetro de la sección funcional.
Mediante el procedimiento descrito se obtiene
debido a la rotación y la energía de impacto una alta fuerza de
compresión, relativa a la superficie, en las superficies de unión.
Ésta provoca una activación suficiente de la sección funcional en la
zona de la punta, oponiéndose la geometría de la punta a una rápida
disipación del calor. La alta fuerza normal entre la punta y el
material de la sección de soldadura elimina las capas de óxido no
deseadas que se conducen hacia fuera a continuación mediante el
material ablandado de la sección de soldadura, de modo que entre la
superficie de la punta y la superficie de la entalladura
complementaria en la sección de soldadura se fabrica una eficiente
unión soldada por fricción que soporta grandes fuerzas.
Según una configuración de la invención es
ventajoso si el diámetro de la sección de soldadura es mayor que el
de la sección funcional.
La parte plegada de la sección de soldadura se
mecaniza a continuación. No tiene lugar naturalmente una unión por
soldadura entre la parte plegada y la sección, que rodea la parte
plegada, de la sección funcional. Por tanto, esta sección se elimina
mediante un mecanizado giratorio. A tal efecto, según una
configuración de la invención, la sección, que limita con el punto
de unión, de la sección de soldadura se puede reducir al diámetro de
la sección funcional. El extremo libre de la sección de soldadura
presenta preferentemente un diámetro mayor para crear una unión
soldada eficiente en una superficie de fondo.
La invención se explica detalladamente a
continuación con ayuda de ejemplos de realización, representados en
los dibujos. Muestran:
Fig. 1 a 3 etapas del procedimiento, según la
invención, para la fabricación de un perno de soldadura y
Fig. 4 otra forma de realización de un perno de
soldadura según la invención.
En la figura 3 se puede observar un perno 10 de
soldadura que está compuesto de una sección 12 de soldadura y una
sección funcional 14. Éste sirve, por ejemplo, para la soldadura BH.
La sección 12 de soldadura es de metal ligero, por ejemplo,
aluminio, y la sección funcional 14, de acero, por ejemplo, acero de
construcción. La sección funcional 14 presenta una rosca exterior
16, así como una punta cónica 18 que se inserta en una entalladura
complementaria 20 de la sección 12 de soldadura. La sección 12 de
soldadura presenta un vástago 22 que se une a la sección funcional
16 y al que se une una cabeza cilíndrica 24, ampliada en el
diámetro, con una punta cónica 26. El ángulo de conicidad es de
aproximadamente 160º. La punta 18 y el vástago 22 están unidos de
forma fija entre sí mediante una unión soldada por fricción. El
procedimiento para unir las secciones 12, 14 se describe con ayuda
de las figuras 1 y 3.
La sección funcional 14, según la figura 3, se
puede observar igualmente en las figuras 1 y 2. En la figura 1 está
representada también una pieza bruta 30 de aluminio, moldeada de
forma cilíndrica, con una superficie final plana 32. Su diámetro es
mayor que el diámetro de la sección funcional 14.
En un dispositivo, no mostrado, se sujetan,
separados entre sí, la sección funcional 14 y la pieza bruta 30,
estando alineados entre sí los ejes. La pieza bruta 30 se hace girar
a gran velocidad, por ejemplo, a 20000 rpm y más. Esto debe estar
indicado mediante la flecha redonda 34. Cuando se alcanza la
velocidad deseada, se aplica una fuerza de impacto sobre la sección
funcional 14 mediante un dispositivo de impacto no representado. De
esta forma, la sección funcional 14 se aproxima por traslación a
gran velocidad a la superficie plana 32 y la punta 18 penetra en la
pieza bruta 30, plegándose la pieza bruta 30 en forma de trompeta,
según está representado en la figura 2 con el número 36. La punta 18
se encuentra en el múltiplo de su longitud dentro de la pieza bruta
30, rodeando en una cierta longitud la sección plegada 36 la sección
funcional 14 con la rosca 16. En la zona de la punta 18 tiene lugar,
sobre la base del procedimiento descrito, una soldadura por fricción
con el material de la pieza bruta 30. Como resultado de la alta
presión superficial y la fricción se activan suficientemente los
materiales de ambas secciones 12, 14, obteniéndose así una unión
soldada segura que soporta también grandes fuerzas de flexión. El
procedimiento de soldadura descrito no sólo lleva la punta 18 de
acero a una temperatura suficiente, sino que impide también que
debido a la oxidación y otros procesos en la zona de la superficie
límite de la pieza bruta 30 se produzcan otros fenómenos
incompatibles con la unión.
Después de creada la unión soldada, se mecaniza
la pieza bruta 30 mediante un procedimiento correspondiente de
moldeado por abrasión y se crea la sección 12 de soldadura según la
figura 3. Forma parte de esto también la eliminación de la sección
plegada 36 que no contribuye en nada a la unión con la sección
funcional 14. Según se puede observar, la sección funcional 14 y el
vástago 22 tienen un diámetro casi igual, mientras que la cabeza 24
presenta un diámetro evidentemente mayor. El procedimiento de
moldeado, por ejemplo, torneado, se indica mediante un dispositivo
38 de giro en la figura 2.
En la figura 4 está representado un perno 10a de
soldadura con una sección funcional 14, que puede tener nuevamente,
por ejemplo, una rosca, y una sección 12a de soldadura. Se observa
que el vástago 22a presenta un diámetro mayor que la sección
funcional 14 y la cabeza 24 tiene nuevamente un diámetro mayor que
el vástago 22a. La fabricación de la unión entre las secciones 14 y
12a se realiza igualmente de la forma descrita arriba.
Claims (14)
1. Perno de soldadura con una sección de
soldadura y una sección funcional, estando compuesta la sección (12,
12a) de soldadura de un metal ligero y la sección funcional (14) de
acero, presentando la sección funcional (14) una punta (18) que se
aloja en una entalladura (20) complementaria de la sección (12, 12a)
de soldadura y estando unidas la punta (18) y la entalladura (20)
mediante una unión soldada por fricción.
2. Perno de soldadura según la reivindicación
1, caracterizado porque la punta (18) tiene forma cónica.
3. Perno de soldadura según la reivindicación
2, caracterizado porque el ángulo de conicidad es de 45º a
120º, con preferencia de 90º aproximadamente.
4. Perno de soldadura según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la sección
funcional (14) presenta una rosca exterior (16) y/o una rosca
interior (28).
5. Perno de soldadura según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la sección (12,
12a) de soldadura tiene en el extremo libre una geometría, que
facilita la soldadura, por ejemplo, una punta (18), un elemento
auxiliar (26) de encendido o una punta prismática.
6. Perno de soldadura según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la sección (12,
12a) de soldadura está compuesta de aluminio o aleación de aluminio,
magnesio o aleación de magnesio o titanio o aleación de titanio.
7. Perno de soldadura según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la sección
funcional (14, 14a) está compuesta de acero de construcción o aceros
de aleación.
8. Procedimiento para la fabricación de un
perno de soldadura, compuesto de una sección de soldadura de metal
ligero y una sección funcional de acero, caracterizado por
los siguientes pasos:
- -
- La sección funcional, provista de una punta, y/o la sección de soldadura, provista de un extremo plano, se accionan de forma giratoria por su eje y se hacen girar entre sí a una gran velocidad relativa.
- -
- Después de alcanzarse la velocidad deseada, las secciones, alineadas axialmente entre sí, se aproximan entre sí por impacto en sentido axial a gran velocidad relativa, de modo que
- -
- la punta penetra en el extremo plano de la sección de soldadura o pieza bruta de la sección de soldadura y pliega el material de la sección de soldadura en forma de trompeta.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque la punta penetra en un tramo superior a
su longitud en el material de la sección de soldadura.
10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó
9, caracterizado porque el diámetro de la sección, soldada
con la sección funcional, es mayor que el de la sección
funcional.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque la parte que se
une a la sección funcional de la sección de soldadura se mecaniza a
continuación, mediante lo cual la sección funcional queda libre
hasta la punta.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque la sección que se une al punto de unión
de la sección de soldadura se reduce al diámetro de la sección
funcional.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la velocidad
deseada es de hasta 20000 rpm o más.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque se hace girar
la sección de soldadura y se aplican la fuerza de impacto y el
movimiento de traslación sobre la sección funcional.
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