ES2263998T3 - Procedimiento de mecanizacion con laser de chapas revestidas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de mecanización con láser de chapas revestidas, en el que se produce en al menos un lado de al menos una chapa por medio del láser al menos una variación de la topografía que sobresale de la superficie, siendo conducido el rayo láser hacia la superficie por medio de un dispositivo de escáner, caracterizado porque - el rayo láser produce la al menos una variación de la topografía en el lado de la al menos una chapa alejado del mismo fundiendo para ello continuamente esta chapa en la zona de su superficie de mecanización, y/o - el rayo láser describe alrededor del centro de su superficie de mecanización una espiral que se hace cada vez más estrecha.

Description

Procedimiento de mecanización con láser de chapas revestidas.

La invención concierne a un procedimiento de mecanización con láser de chapas revestidas según el preámbulo de la reivindicación 1. Un procedimiento de esta clase es ya conocido por el documento DE 44 07 190 A1 o por el documento WO 99/08829 A1.

En muchas chapas revestidas, especialmente en chapas revestidas de zinc, como las que se emplean en la industria del automóvil, el material de revestimiento presenta un punto de ebullición netamente más bajo que el punto de fusión del material de la chapa. Al soldar con láser tales chapas se producen en la junta de solapamiento unas evaporaciones a manera de explosiones de material de revestimiento que perjudican fuertemente la calidad de la unión.

Para mejorar la calidad de la unión se ha propuesto ya producir entre las chapas por medio de distanciadores unas estrechas rendijas hacia las cuales puede escapar el material de revestimiento evaporado. Se pueden producir distanciadores adecuados de forma de cráter según el documento JP 11-047967 mediante bombardeo con láser de la superficie. Según el documento DE 44 07 190 A1, se pueden producir distanciadores a manera de moleteados por medio de un dispositivo de escáner por láser.

Es desventajoso a este respecto sobre todo el tiempo de mecanización relativamente largo necesario, que ocasiona unos costes considerables, especialmente en la producción en serie.

Por tanto, el cometido de la presente invención consiste en reducir el tiempo de mecanización necesario para la producción de los distanciadores y, a la vez, al menos conservar, preferiblemente mejorar, la calidad de la mecanización.

La invención se reproduce con respecto al procedimiento a crear por medio de las características de la reivindicación 1. La demás reivindicaciones contienen ejecuciones y perfeccionamientos ventajosos del procedimiento según la invención (reivindicaciones 2 a 6).

El problema se resuelve según la invención en lo que respecta al procedimiento a crear por medio de las características descritas en la parte caracterizadora de la reivindicación 1.

En una forma de realización ventajosa del procedimiento según la invención el rayo láser genera la al menos una variación de la topografía en el lado de la al menos una chapa alejado del mismo fundiendo continuamente para ello esta chapa en la zona de su superficie de mecanización. A este fin, se ha de prefijar un tiempo de mecanización adecuado hasta el paso o bien prever un sensor de paso que regule el tiempo de mecanización. Esta ejecución hace posible una aceleración adicional del procedimiento al soldar entre sí varias chapas. En el procedimiento según el documento JP 11-047967 se alinea primero una chapa individual y luego se aplican variaciones de topografía sobre esta chapa, seguidamente se alimenta una chapa adicional y se alinea ésta con relación a la primera, y después se comprimen una contra otra y se sueldan ambas chapas. Sin embargo, es más ventajoso alinear ambas chapas conjuntamente sin presión de apriete. Debido a la falta de presión de apriete queda entre las chapas una rendija mínima suficiente para la mayoría de las aplicaciones, pero ésta puede ser garantizada también por medio de un dispositivo de alineación adecuado. Seguidamente, se introducen variaciones de la topografía a través de una o bien a través de las dos chapas de conformidad con esta forma de realización ventajosa del procedimiento de la invención. A continuación, se comprimen las chapas una contra otra y se sueldan una con otra. En vista de la alta velocidad del dispositivo de escáner y de la generación de las variaciones de la topografía, el ahorro de un proceso de alineación significa un ahorro de tiempo muy importante.

Es ventajoso también que el rayo láser sea guiado por el dispositivo de escáner de tal manera que describa alrededor del centro de su superficie de mecanización una espiral que se va haciendo cada vez más estrecha. Esto hace posibles, especialmente en el caso de una mecanización por bombardeo, unas operaciones de fusión y enfriamiento más uniformes y, por tanto, la obtención de una variación de la topografía en forma de un resalto homogéneamente contorneado.

Un dispositivo de escáner es un dispositivo de deflexión de radiación especialmente rápido y flexible, por ejemplo un sistema de espejo (constituido por al menos un espejo basculable controlable uniaxial o multiaxialmente) o bien moduladores acustoópticos.

La gran ventaja del procedimiento según la invención frente al propuesto en el documento JP 11-047967 consiste en que el dispositivo de escáner se mueve uniformemente con relación a la superficie de una chapa y el dispositivo de escáner conduce entonces el rayo láser durante un corto espacio de tiempo de mecanización hacia una superficie de mecanización y luego lo desvía muy rápidamente hacia otra superficie de mecanización. De este modo, casi se suprimen completamente los tiempos necesarios para el reposicionamiento del rayo láser. Por tanto, se hace posible un grado de aprovechamiento muy alto del sistema de láser.

En contraste con esto, en un sistema de láser convencional, como el que se utiliza, por ejemplo, en el documento JP 11-047967, se conduce un rayo láser por medio de un sistema rígido de lentes hacia la superficie de mecanización. Para la transición a una segunda superficie de mecanización se tiene que mover el sistema de lentes con relación al componente, y mientras tanto se tiene que desconectar el láser. Además, la posición y disposición de las variaciones de la topografía pueden ser libremente programables según la invención dentro del campo de mecanización del escáner de láser. En comparación con el sistema rígido de lentes, el escáner de láser no tiene que ser posicionado sobre las distintas variaciones de la topografía, sino que puede ser conducido de manera ventajosa sobre una trayectoria optimizada entre las variaciones de la topografía. Resultan de estas diferencias unos tiempos de mecanización necesarios muy diferentes: Por medio de un escáner de láser es posible la producción de 30 variaciones adecuadas de la topografía en aproximadamente 0,3 segundos, mientras que un sistema convencional requiere un tiempo de mecanización aproximadamente diez veces mayor.

En una forma de realización ventajosa del procedimiento según la invención el rayo láser no está enfocado sobre la superficie. Preferiblemente, el foco se encuentra a una distancia tal de la superficie de la chapa a mecanizar que el plano de irradiación del láser sobre la superficie sobrepasa su plano focal en al menos un 50% y mejor en un 200%. Se cubre todo el plano de mecanización por movimiento del plano de irradiación por medio de una desviación mínima del rayo láser. Este calentamiento superficial homogeneiza el proceso de fusión del revestimiento y la chapa y favorece la formación de variaciones adecuadas de la topografía.

En otra forma de realización ventajosa del procedimiento según la invención se pone al menos una chapa adicional en contacto con la al menos una chapa revestida de tal manera que la al menos una variación sobresaliente de la topografía origine la formación de al menos una rendija entre las al menos dos chapas, y las al menos dos chapas se sueldan una con otra en la zona de la al menos una rendija de tal manera que los productos de evaporación que entonces se presenten puedan escapar hacia la al menos una rendija. La posibilidad de escape para los productos de evaporación garantiza una calidad sensiblemente más alta de la costura de soldadura.

En otra forma de realización ventajosa del procedimiento según la invención se soldarán las al menos dos chapas una con otra de tal manera que la costura de soldadura obtenida se suelde al menos en parte sobre la al menos una variación de la topografía previamente producida.

Cada una de estas variaciones de la topografía representa una lesión del revestimiento, ya que éste se evapora a consecuencia de la irradiación con láser y dejas tras de sí el material desnudo de la chapa. En particular, un revestimiento de zinc en la construcción de automóviles sirve como protección contra la corrosión. Cada lesión puede representar un germen de corrosión. Una costura de soldadura representa ciertamente también una lesión de esta clase, pero es forzosamente necesaria para la unión. Como quiera que la costura de soldadura se traza sobre las variaciones de la superficie y las sustituye al menos en parte, se reduce el número de gérmenes de corrosión posibles y, por tanto, se aminora el riesgo de corrosión. Para un tratamiento subsiguiente de protección contra la corrosión, especialmente una galvanización, es esencial la forma de las variaciones de la topografía: Según la invención, se forma una cresta uniformemente contorneada y según el documento JP 11-047967 se forma un cráter. Una cresta presenta una superficie más pequeña que un cráter formado a partir de la misma cantidad de material y, por tanto, ofrece una superficie de ataque más pequeña frente a la corrosión. Además, una cresta puede ser galvanizada por todos los lados incluso entre dos chapas. Sin embargo, un cráter es cubierto por la chapa situada encima y no puede ser galvanizado por dentro. Al interior del cráter puede llegar humedad durante el ensamble de las chapas y la variación de la topografía se convierte en el germen de la corrosión.

A continuación, se explica con detalle el procedimiento según la invención ayudándose de dos ejemplos de realización:

En un primer ejemplo de realización se alinea una chapa revestida, se traslada uniformemente sobre ella un dispositivo de escáner y éste conduce sucesivamente un rayo láser hacia varias superficies de mecanización. El dispositivo de escáner está constituido por un sistema de espejo bidimensionalmente basculable, controlado por ordenador. El dispositivo de escáner presenta aproximadamente 320 mm de distancia a la superficie de la chapa y el foco del láser se encuentra aproximadamente 20 mm delante de la superficie. Desenfocando el rayo láser se efectúa un calentamiento superficial y uniforme de la superficie de mecanización. Resultan de ello una evaporación más uniforme del revestimiento y la formación de una variación de la topografía en forma de una cresta uniformemente contorneada. Después de producir el número necesario de variaciones de la topografía, se alimenta y se alinea una segunda chapa y seguidamente se comprimen ambas chapas una contra otra y se sueldan una con otra.

En un segundo ejemplo de realización se alinean dos chapas revestidas de manera que queden distanciadas una sobre otra. Se traslada uniformemente sobre ellas un dispositivo de escáner y éste conduce un rayo láser sucesivamente hacia varias superficies de mecanización. El dispositivo de escáner está constituido por un sistema de espejo bidimensionalmente basculable controlado por ordenador. El dispositivo de escáner presenta aproximadamente 305 mm de distancia a la superficie de una chapa y el foco del láser se encuentra aproximadamente 4-7 mm delante de la superficie. El rayo láser es conducido por el dispositivo de escáner de tal manera que describa alrededor del centro de su superficie de mecanización una espiral que se hace cada vez más estrecha. Desenfocando el rayo láser se efectúa un calentamiento superficial y uniforme de la superficie de mecanización. Debido al movimiento en forma de espiral de fuera a dentro tiene lugar una configuración más uniforme de la variación de la topografía - en el lado de la chapa alejado del láser - en forma de una cresta uniformemente contorneada. Después de producir el número necesario de variaciones de la topografía se comprimen ambas chapas una contra otra y se sueldan una con otra. La costura de soldadura se extiende entonces al menos sobre algunas de las variaciones de la topografía.

El procedimiento según la invención se manifiesta en las formas de realización de los ejemplos anteriormente descritos como especialmente adecuado para la soldadura con láser de chapas revestidas en la industria del automóvil.

En particular, se pueden lograr así considerables ventajas respecto del tiempo de mecanización. Ahora bien, la protección contra la corrosión puede ser mejorada por medio de la forma mejorada de las variaciones de la topografía y por medio del guiado de la costura de soldadura sobre al menos una parte de dichas variaciones de la topografía.

La invención no se limita tan sólo a los ejemplos de realización anteriormente expuestos, sino que, por el contrario, puede ser transferida a otros ejemplos.

Así, por ejemplo, es imaginable que el dispositivo de escáner esté formado por moduladores acustoópticos en lugar de formarlo por medio de un sistema de espejo. Asimismo, es posible que, en lugar de conducir el escáner de láser sobre la superficie de la pieza componente, se muevan las piezas componentes por debajo de un escáner estacionario. Eventualmente, el escáner y la pieza componente pueden realizar unos movimientos mutuamente coordinados.

La distancia del dispositivo de escáner a la chapa y el grado de desenfoque no son tampoco forzosos y, en caso necesario, pueden adaptarse, por ejemplo, a la potencia del láser o bien al material de la chapa y/o del revestimiento. Además, puede ser ventajoso variar de manera adecuada la potencia del láser durante la irradiación.

Claims (4)

1. Procedimiento de mecanización con láser de chapas revestidas, en el que se produce en al menos un lado de al menos una chapa por medio del láser al menos una variación de la topografía que sobresale de la superficie, siendo conducido el rayo láser hacia la superficie por medio de un dispositivo de escá-
ner,

caracterizado porque

-

el rayo láser produce la al menos una variación de la topografía en el lado de la al menos una chapa alejado del mismo fundiendo para ello continuamente esta chapa en la zona de su superficie de mecanización, y/o

-

el rayo láser describe alrededor del centro de su superficie de mecanización una espiral que se hace cada vez más estrecha.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el rayo láser no se enfoca sobre la superficie.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se pone al menos una chapa adicional en contacto con la al menos una chapa revestida de tal manera que la al menos una variación de topografía sobresaliente produzca la formación de al menos una rendija entre las al menos dos chapas, y porque las al menos dos chapas se sueldan una con otra en la zona de la al menos una rendija de tal manera que los productos de evaporación que entonces se presenten puedan escapar hacia la al menos una rendija.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque las al menos dos chapas se sueldan una con otra de tal manera que la costura de soldadura obtenida sustituya al menos parcialmente a la al menos una variación de topografía previamente producida.