ES2270202T3 - Procedimiento para el pegado tolerante con la contaminacion de piezas e alas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el pegado de piezas de ensamblaje contaminadas, caracterizado porque la contaminación que reduce la adherencia de la superficie de piezas de ensamblaje se elimina de la interfase mediante introducción de energía de vibración en la matriz de pegamento aún no endurecida, y se disuelve o dispersa en el pegamento.
Description
Procedimiento para el pegado tolerante con la
contaminación de piezas de alas.
La invención se refiere a un procedimiento para
el pegado de piezas de alas contaminadas, en especial para el
pegado de piezas de alas contaminadas con pegamentos reactivos.
En los modernos métodos de acabado para la unión
de componentes metálicos en construcción de máquinas, automóviles o
aparatos, en especial en construcción de automóviles, los métodos de
sujeción clásicos, como remachado, atornillado o soldadura, se
reemplazan por el pegado de manera cada vez más frecuente. El
interés en el pegado resulta de diversas ventajas de la técnica de
pegado en el sector de construcción ligera, y en la posibilidad de
poder unir entre sí los más diversos materiales.
En la elaboración de automóviles, por motivos
técnicos de acabado se emplean cada vez con mayor frecuencia los
pegamentos, en especial también los pegamentos estructurales
altamente sólidos, en la denominada construcción cruda, es decir,
estos pegamentos se aplican frecuentemente sobre la superficie
metálica no depurada. En este caso, estas superficies están
revestidas generalmente con las más diversas grasas o aceites
anticorrosivos o para trefilar. En la moderna construcción ligera
se emplean no sólo substratos metálicos, sino también módulos de
material sintético, que se deben pegar con componentes metálicos.
Estas piezas de material sintético contienen frecuentemente agentes
separadores en la superficie. También para el sector de reparación
total son típicas dificultades análogamente con impurificaciones de
superficie. Estas contaminaciones presentes superficialmente sobre
los substratos a pegar son generalmente compuestos apolares con
resistencia cohesiva reducida, de modo que éstos pueden ejercer
influencia reductora de la adherencia sobre la unión pegada, en
especial tras envejecimiento. La resistencia y la estabilidad al
envejecimiento de una unión de ensamblaje pegada se influyen no
sólo mediante la resistencia y estabilidad al envejecimiento de la
matriz de pegamento de por sí, sino mediante la adhesión en la capa
límite entre pegamento y pieza de ensamblaje en parte decisiva.
La formación de una adherencia duradera de
pegamento en la superficie de substrato es dependiente de que los
grupos funcionales del pegamento y la superficie de pieza de
ensamblaje puedan ejercer una unión duradera entre sí, o puedan
entrar en fuerte interacción entre sí. Ya contaminaciones en forma
de productos de adsorción monocapa sobre la superficie de pieza de
ensamblaje pueden interferir en la interacción no positiva en la
pieza de ensamblaje que porta la carga, o reducir la misma, y por
consiguiente conducir a fallo de adhesión y a un peor
comportamiento de envejecimiento de la unión por pegado. Esto es
válido en especial para pegamentos de dos componentes que endurecen
a temperatura ambiente.
Para poder generar uniones por pegado altamente
sólidas, duraderas, y seguras contra la influencia del
envejecimiento, en el estado de la técnica conocido se utilizan
frecuentemente procedimientos de tratamiento previo de limpieza de
superficie muy costosos. A modo de ejemplo, los componentes se
tratan previamente con ayuda de disolventes orgánicos o agentes de
limpieza y desengrasantes acuosos. Esto se puede efectuar mediante
aplicaciones por inyección o pulverizado, o bien en baños de
inmersión, ocasionalmente se favorecen estos procesos de limpieza
mediante empleo de baños ultrasónicos. Además es habitual preparar
las superficies con ayuda de tratamientos físicos y químicos
adicionales para un pegado. Los procedimientos de tratamiento previo
físicos son amolado y soplado con agentes abrasivos (por ejemplo
chorros de arena, chorros criogénicos). Como procedimientos químicos
se emplean tratamientos previos de plasma, corrosión y anodizado.
No obstante, todos los procedimientos de tratamiento previo
conllevan el riesgo de que sobre las superficies de pieza de
ensamblaje permanecen contaminaciones reductoras de la
adherencia.
Ya que los procedimientos tan complejos
requieren muchos costes, éstos no se emplean apenas, a modo de
ejemplo, en construcción de máquinas o en elaboración de
automóviles, o en restantes construcciones de vehículos terrestres
y marítimos. Incluso en los procedimientos de pegado en la
aeronáutica y navegación espacial, donde se realiza tal gasto para
la depuración y tratamiento previo superficial, la propensión a
averías no está resuelta debido a contaminaciones reductoras de la
adherencia, que permanecen sobre las superficies de substrato de
manera incontrolada. Por consiguiente, hasta la fecha, en la
práctica se recurre a dos vías diferentes, que no son completamente
satisfactorias:
- -
- donde es absolutamente necesario, y donde la presión por costes para los pasos de elaboración no es prohibitiva, como por ejemplo en la industria aeronáutica y aeroespacial, se aplican costosos procedimientos de tratamiento previo de limpieza y superficial para la obtención de una superficie de substrato definida y exenta de contaminación, o bien pobre en contaminación según posibilidad.
- -
- En la industria automovilística, que está bajo presión por costes más fuerte, y produce números de piezas mucho más elevados, se intenta solucionar el problema mediante el empleo de composiciones de pegamento tolerantes con la contaminación. Tales pegamentos son termoendurecibles generalmente a +150ºC a +180ºC, y debido a esta velocidad de difusión mucho más elevada a estas temperaturas pueden alojar contaminaciones en el pegamento.
En especial para composiciones de pegamento
termoendurecibles a base de cauchos reactivos, esto último se ha
conseguido ya en un volumen considerable. Tales composiciones de
pegamento termoendurecibles basadas en caucho se describen, por
ejemplo, en los siguientes documentos: WO 99/03946, WO 96/16136, WO
96/23040, EP 363892, EP 369165, EP 365715.
Se dan a conocer ejemplos de pegamentos de
epóxido termoendurecibles tolerantes con la contaminación en los
siguientes documentos: WO 01/94492, WO 00/37554, WO 00/20483, WO
93/00381, EP 354498.
Tales pegamentos termoendurecibles son aptos
para pegar también chapas engrasadas con una capa de aceite de
hasta 3 g/m^{2} de aceite. En este caso, la tolerancia con la
contaminación, además de la receta de pegamento, se posibilita
mediante la difusión de componentes de contaminación apolares en el
pegamento, posibilitada a la temperatura de endurecimiento elevada
de 150ºC a 180ºC. En este caso, la composición de los pegamentos
permite influir en volumen limitado sobre el marco temporal en el
que es posible también difusión de substancias contaminantes de la
interfase a la matriz de pegamento, tras la alimentación de calor.
No obstante, tan pronto ha progresado el proceso de endurecimiento
del pegamento, tal difusión de material contaminante en la matriz
de pegamento se impide en gran medida, o bien se suprime por
completo. Para el número predominante de pegamentos endurecibles en
frío, que son generalmente sistemas endurecibles en humedad de dos
componentes o un componente, esta forma de tolerancia con la
contaminación de la composición de pegamento no es útil, ya que el
proceso de difusión a temperatura ambiente no puede proporcionar
una contribución significativa para la eliminación de productos de
contaminación de la interfase. Esta inhibición del proceso de
difusión está especialmente pronunciada en este caso, ya que, por
ejemplo, los sistemas de pegamento bicomponente están ajustados
generalmente de modo que comienzan a reticular ya a temperaturas
reducidas, y por consiguiente impiden los procesos de difusión de
materiales de contaminación de la interfase, y por otra parte la
velocidad de difusión a temperatura ambiente es muy reducida. Por
lo tanto, por regla general, la calidad y estabilidad al
envejecimiento de pegados de superficies de piezas de ensamblaje
contaminadas son correspondientemente insatisfactorias en el caso de
empleo de sistemas de pegamento bicomponente, y otros sistemas de
pegamento que endurecen a temperatura ambiente. Otro impedimento
para procesos de difusión es el ajuste tixótropo de la mayor parte
de pegamentos.
Por lo tanto, existe necesidad de un
procedimiento para el pegado de piezas de ensamblaje contaminadas,
que evite pasos de tratamiento previo de limpieza y superficie
costosos antes de la aplicación de pegamento sobre la superficie de
substrato, o bien con el que se puedan asegurar una calidad
suficiente de pegados también en el caso de contaminación
inevitable.
Según el estado de la técnica, el tratamiento de
piezas de ensamblaje se deja para los pasos de tratamiento previo
mecánicos, físicos o químicos. Después se efectúa el pegado. Según
la invención, es nuevo y sensiblemente más efectivo acoplar
directamente con la aplicación de pegamento el paso de proceso
decisivo para la resistencia de la unión por pegado, y por
consiguiente excluir de manera segura también una recontaminación de
piezas de ensamblaje.
La solución de la tarea citada anteriormente
según la invención se puede extraer de las reivindicaciones. Esta
consiste esencialmente en la puesta a disposición de un
procedimiento para la unión por pegado de piezas de ensamblaje
contaminadas, en el que los componentes contaminantes de las
superficies de piezas de ensamblaje se eliminan de la superficie
mediante introducción de energía de vibración/ultrasonido en la
matriz de pegamento aún no endurecida, y se disuelven o dispersan
en la matriz de pegamento, y de este modo se mejora el humectado de
la superficie.
En una forma de ejecución del procedimiento
según la invención, este está constituido por los siguientes pasos
esenciales:
- a)
- aplicación de la composición de pegamentos sobre al menos una superficie substrato contaminada a ensamblar,
- b)
- ensamblaje de la segunda pieza de substrato, en caso dado contaminada del mismo modo, sobre el componente provisto de pegamento,
- c)
- modulación de la energía de vibración en la junta de pegado aún no endurecida,
- d)
- endurecimiento del pegamento.
En otra forma de ejecución se aplica la
composición de pegamento bajo modulación de energía de vibración
sobre una de las superficies de pieza de ensamblaje contaminada. En
este caso, la modulación de la energía de vibración se efectúa a
través del pegamento aún no endurecido como medio de acoplamiento,
de modo que la energía dispersante se lleva de manera efectiva a la
interfase de substrato contaminada, dispersándose, o bien
disolviéndose en la matriz de pegamento, y pudiéndose transportar
el material contaminante a través de esta energía de vibración.
En este caso, la energía de vibración se puede
introducir en principio en forma de vibraciones de baja frecuencia,
pero es especialmente preferente el empleo de energía ultrasónica en
el intervalo de frecuencias por encima del margen de audibilidad
humano, y por debajo de 10 MHz, en especial en el intervalo de 20 a
100 kHz.
En este caso, la modulación de la energía de
vibración se puede efectuar mediante la aplicación de una cabeza
acústica -también llamada Sonotrode-. Sobre al menos una de las
piezas de ensamblaje. En otra forma de ejecución, la introducción
de la energía de vibración se efectúa directamente durante la
aplicación de pegamento de manera inmediata tras la aplicación de
pegamento sobre la superficie substrato. En este caso, la cabeza
acústica puede estar acoplada directamente con el dispositivo de
aplicación de pegamento, o se lleva sobre la zona de aplicación
directamente tras el dispositivo de aplicación de pegamento. En este
modo de proceder, el ensamblaje de la segunda pieza de ensamblaje
sobre la superficie de pegamento se efectúa a continuación en la
aplicación de pegamento, y modulación de la energía de vibración.
Este procedimiento se ofrece en especial en los casos en los que
sólo una pieza de ensamblaje está contaminada de manera
decisiva.
Tanto en el caso de introducción de energía de
vibración tras el ensamblaje de componentes, como también en el
caso de acoplamiento de aplicación de pegamento e introducción de
energía de vibración, la cabeza acústica, o la combinación de
cabeza acústica y dispositivo de aplicación de pegamento, se pueden
llevar mecánicamente a lo largo de la junta pegada.
Preferentemente, tal control mecánico se efectúa mediante robots
programados conocidos en sí.
La difusión, disolución y/o dispersión de
impurezas contaminantes de la superficie de substrato en la matriz
de pegamento se puede favorecer adicionalmente presentándose el
pegamento una temperatura por encima de la temperatura ambiente en
el caso de aplicación y/o en el caso de introducción de la energía
de vibración, esta temperatura elevada se puede situar
preferentemente entre 25ºC y 90ºC, de modo especialmente preferente
entre 35ºC y 70ºC.
El procedimiento según la invención de
dispersión/disolución de productos de contaminación de la superficie
de substrato en la matriz de pegamento es apropiado en especial en
el caso de empleo de pegamentos bicomponente, que pueden endurecer
a temperatura ambiente, o a temperatura ligeramente elevada. No
obstante, también se puede aplicar sobre otros pegamentos, por
ejemplo pegamentos monocomponente termoendurecibles, endurecibles
por humedad, endurecibles al aire o anaerobios. En todos los casos,
la eficacia del transporte de la contaminación en el caso de
pegamentos altamente viscosos, o en el caso de pegamentos en fusión,
se puede configurar de manera especialmente efectiva mediante el
calentamiento de pegamento citado anteriormente en el caso de
aplicación y/o introducción de energía de vibración.
El procedimiento según la invención se explicará
ahora más detalladamente por medio de dibujos: en este caso
muestran:
la figura 1 la modulación de ultrasonido o
vibraciones a través de un Sonotrode en componente ya
ensamblados.
La figura 2 un aumento de corte de interfase
entre una pieza de ensamblaje y la matriz de pegamento.
La figura 3 la modulación de
ultrasonido-vibraciones directamente con la
aplicación de pegamento sobre una pieza de ensamblaje y con el
pegamento como medio de acoplamiento.
La figura 4 una vista en detalle de la interfase
entre superficie de pieza de ensamblaje y oruga de pegamento
aplicada.
En la figura 1 se representa la estructura de
dos piezas de ensamblaje (1) y (2) con pegamento (5) aplicado entre
las mismas. Las capas de contaminación de pieza de ensamblaje (3) y
(4) se encuentran en las interfases entre la matriz de pegamento y
las piezas de ensamblaje. La cabeza acústica (6), que ocasiona el
acoplamiento de energía de vibración o energía ultrasónica, está
acoplada directamente a la pieza de ensamblaje (2) a través del
medio de acoplamiento (7). En el más sencillo de los casos, este
acoplamiento se efectúa mediante aplicación directa sobre la pieza
de ensamblaje, de modo que se suprima un dispositivo de acoplamiento
especial (7), y se substituya este por el contacto mecánico
directo.
Como se representa en la figura 2 como
ampliación de detalle de la zona A de la figura 1, la difusión de
contaminaciones (3') y su dispersión/disolución en la matriz de
pegamento se ocasiona mediante la introducción de energía de
vibración, efectuándose la difusión en sentido X en la matriz de
pegamento, de modo que la concentración de componentes
contaminantes desciende en gran medida en la superficie de pieza de
ensamblaje de la pieza de ensamblaje (1) después de un tiempo
breve.
La figura 3 muestra la modulación de energía
(ultrasónica)-vibratoria con el pegamento como medio
de acoplamiento simultáneamente con la aplicación de pegamento
sobre la pieza de ensamblaje (1) con su capa de contaminación (3).
El acoplamiento de la cabeza acústica (Sonotrode) (6) con el
dispositivo de aplicación (8) para el pegamento se representa sólo
muy esquemáticamente en este caso, y muestra únicamente el principio
de acción. A partir de esta representación de principio, para el
especialista se desprenden claramente sin mayor problema
acondicionamientos concretos de tales acoplamientos de dispositivo
de aplicación y Sonotrode.
La figura 4 muestra a su vez una vista en
detalle del punto B entre pieza de ensamblaje (1) con su capa de
contaminación (3') y la oruga de pegamento aplicada (5). También en
este caso se representa gráficamente el gradiente de difusión y la
dirección de difusión en sentido X de substancias contaminantes en
la matriz de pegamento.
En los siguientes ejemplos de ejecución, la
invención se explicará más detalladamente, no representando la
selección de ejemplos una limitación del volumen del objeto de la
invención. Estos representarán únicamente formas de ejecución
aisladas y acciones ventajosas de la invención de manera
modélica.
Pegado de materiales de diversos tipos en
construcción de carrocerías de la industria automovilística bajo
supresión, o bien minimizado de procedimientos de depuración
costosos en el caso de empleo de pegamentos endurecibles en frío
tolerantes con la contaminación (sin protección de componentes en
sistemas endurecibles en frío).
Sobre las chapas engrasadas se aplicó
automáticamente guiada por robots una oruga de pegamento (Terokal
4520-34, firma Henkel Teroson) por extrusión, En
acoplamiento a la tobera de aplicación, directamente tras la
aplicación de pegamento se efectúa el tratamiento previo según la
invención de la oruga de pegamento mediante el Sonotrode alojado
directamente tras el aplicador. El tratamiento previo de la
interfase de pegamento/pieza de ensamblaje se efectúa típicamente
con 20 - 100 watios, dependiendo de la geometría y grosor de la
oruga de pegamento, y la velocidad de aplicación de oruga de
pegamento.
El proceso descrito es apropiado en especial
para el sector de reparaciones en el caso de ejecución manual.
La introducción de ultrasonidos se puede
efectuar tanto en combinación con la aplicación de la oruga de
pegamento mediante un robot (véase anteriormente en un paso de
trabajo). No obstante, del mismo modo también es posible poner en
mezcla la unión por pegado total con el Sonotrode tras el ajuste de
ambas piezas de ensamblaje por medio de un robot, e introducir
ultrasonido de este modo.
En el caso de reparación mediante técnica e
pegado de estructuras de automóviles, o también aviones, los
trabajos se efectúan bajo las condiciones marginales malas para la
seguridad de la calidad (cualquier taller). Se debe contar con
superficies de material sintético y metal contaminadas y
envejecidas, que se pueden preparar para una reparación mediante
técnica de pegado sólo bajo ciertas circunstancias, por medio de
procedimientos de tratamiento previo de limpieza y superficie. El
empleo de pegamentos tolerantes con la contaminación (endurecibles
en caliente, o también en frío) y la modulación de ultrasonido
pueden ayudar a generar pegados seguros también en caso de
superficies contaminadas.
Procedimiento de reparación (ejemplo):
Las superficies de laminado envejecidas de gran superficie se
limpian con disolventes (etanol, bencina de fracción de ebullición)
en la zona del defecto a reparar. Después se rectifica la
superficie en húmedo, por ejemplo con Scotchbrite, se lava y se
seca. Los procedimientos de tratamiento previo de superficies más
costosos (por ejemplo plasma de baja presión) no son empleables en
la práctica frecuentemente. Además, el proceso de pulido es ya
también un tratamiento previo apropiado para materiales de unión con
matriz de resina de epóxido. Este conduce a roturas de cadenas de
polímero y a grupos superficiales polares reactivos, y a una
superficie de pieza de ensamblaje convenientemente adherible en
principio. No obstante, esto es válido sólo para el caso de un
tratamiento previo de superficie exento de contaminación.
No es despreciable la influencia sobre
contaminaciones de piezas de ensamblaje mediante residuos e
impurezas introducidas en el material por difusión. Por lo tanto,
según la invención se aplica el pegamento 2K previsto para la
reparación (Terokal 5045, firma Henkel Teroson) sobre el laminado.
Con un Sonotrode de aproximadamente 20 mm de diámetro se lleva a
cabo el tratamiento previo según la invención de la pieza de
ensamblaje y la interfase de pegamento/pieza de ensamblaje con una
potencia típicamente de 20 - 100 watios. A tal efecto se recorre el
área de pegado en forma de líneas / en forma de meandros. El
pegamento se utiliza como medio de acoplamiento con la interfase.
Conforme al procedimiento previo según la invención. El parche de
reparación preparado se aplica, se fija, y se endurece la unión por
pegado.
En el caso de substitución de discos frontales
se presentan frecuentemente deterioros debido a deslaminaciones en
el caso de pegado. Los pegados de reparación no se llevan a cabo
bajo condiciones definidas en el ámbito de la elaboración, sino en
cualquier taller. Las causas de pegados deficientes son
contaminaciones sobre el disco, o bien la carrocería. Mediante la
aplicación de ultrasonido se puede conseguir una mejor humectación,
y de este modo un pegado de discos tolerante con la contaminación
cualitativamente mejor.
Claims (11)
1. Procedimiento para el pegado de piezas de
ensamblaje contaminadas, caracterizado porque la
contaminación que reduce la adherencia de la superficie de piezas
de ensamblaje se elimina de la interfase mediante introducción de
energía de vibración en la matriz de pegamento aún no endurecida, y
se disuelve o dispersa en el pegamento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por los siguientes pasos esenciales:
- a)
- aplicación de la composición de pegamentos sobre al menos una superficie substrato contaminada a ensamblar,
- b)
- ensamblaje de la segunda pieza de substrato, en caso dado contaminada del mismo modo, sobre el componente provisto de pegamento,
- c)
- modulación de la energía de vibración en la junta de pegado aún no endurecida,
- d)
- endurecimiento del pegamento.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la composición de pegamento se aplica
sobre una de las superficies de pieza de ensamblaje contaminada
bajo modulación de energía de vibración.
4. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la energía
de vibración es energía ultrasónica.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, 2
y/o 4, caracterizado porque la modulación de la energía de
vibración se efectúa mediante aplicación de una cabeza acústica
(Sonotrode) sobre al menos una pieza de ensamblaje.
6. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la cabeza acústica está acoplada
directamente al dispositivo de aplicación de
pegamento.
pegamento.
7. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cabeza
acústica o la combinación de cabeza acústica y dispositivo de
aplicación de pegamento se conduce mecánicamente a lo largo de la
junta pegada.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el control mecánico se efectúa mediante
un robot programado.
9. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
pegamento en la aplicación y/o introducción de energía de vibración
presenta una temperatura por encima de temperatura ambiente,
preferentemente entre 25ºC y 90ºC, de modo especialmente preferente
entre 35ºC y 70ºC.
10. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
pegamento empleado es un pegamento bicomponente que endurece a
temperatura ambiente o con ayuda de calor.
11. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
pegamento empleado es un pegamento mono-
componente.
componente.
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