ES2273840T3

ES2273840T3 - Dispositivo para un proceso de soldadura laser hibrida.

Info

Publication number: ES2273840T3
Application number: ES01933456T
Authority: ES
Inventors: Herbert Staufer; Manfred Ruhrnossl; Gerhard Miesbacher; Manfred Hubinger; Wolfgang Haberler; Ewald Berger
Original assignee: Fronius International GmbH
Current assignee: Fronius International GmbH
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP5043282B2; ATE342147T1; EP1607167A1; EP1607167B1; EP1609556A1; ATA19362000A; DE50115005D1; AU2001259934A1; CN1769000A; CN100496857C; EP1609556B1; ATE371518T1; EP1337375A1; JP2004512965A; CN101003108B; WO2002040211A1; CN1474731A; EP1337375B1; US20040026388A1; US6844521B2

Abstract

Dispositivo, especialmente cabezal de soldadura láser híbrida (1), para un proceso de soldadura láser híbrida, en el que en al menos un elemento de montaje (2) están dispuestos un láser (4) o una óptica láser o una unidad óptica de enfoque y elementos de un soplete de soldar (5) para un proceso de soldadura por arco voltaico (6) y/o de un dispositivo de alimentación de un alambre para soldar (21), así como un dispositivo para generar un chorro cruzado (8), que está unido, a través de al menos un conducto de suministro (9) y un conducto de evacuación (10), con una instalación de alimentación de aire comprimido, caracterizado porque el conducto de suministro (9) y el conducto de evacuación (10) del aire comprimido para el chorro cruzado (8) están dispuestos entre el láser (4) o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque, en un lado, y los elementos del soplete de soldar (5) o del dispositivo de alimentación para el alambre para soldar (21), en el otro lado.

Description

Dispositivo para un proceso de soldadura láser híbrida.

La invención se refiere a un dispositivo, especialmente a un cabezal de soldadura láser híbrida, para un proceso de soldadura láser híbrida, tal como se describe en la reivindicación 1. Un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1 se describe en el documento DE19627803C.

Ya se conocen dispositivos, especialmente cabezales de soldadura láser híbrida, para un proceso de soldadura láser híbrida, en los que en al menos una placa de montaje están dispuestos un láser o una óptica láser o una unidad óptica de enfoque y un soplete de soldar. Al láser o a la unidad óptica de enfoque está asignado un dispositivo conductor de chorro cruzado (crossjet) para formar un chorro cruzado, estando conectado el dispositivo conductor de chorro cruzado, a través de al menos un conducto de suministro y un conducto de evacuación, con una instalación de alimentación de aire comprimido. Mediante el llamado chorro cruzado, las salpicaduras de soldadura originadas durante el proceso de soldadura, se mantienen alejadas de la óptica del láser o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque. La disposición del conducto de suministro y del conducto de suministro se realiza a ambos lados del láser o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque. En un proceso de soldadura con un dispositivo de este tipo, mediante el láser o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque que avanza, se calienta la superficie de la pieza de trabajo o mediante el enfoque correspondiente del punto de enfoque por debajo de la superficie de la pieza de trabajo se consigue ya una fusión o una profundidad de penetración del rayo láser, realizándose por el proceso de soldadura por arco voltaico subsiguiente otra ampliación de la profundidad de penetración y la formación de un cordón de soldadura por la alimentación de un alambre de soldadura o de un material adicional.

Una desventaja de ello es que por la disposición del conducto de suministro y del conducto de evacuación a ambos lados se requiere mucho más espacio, por lo que aumenta sensiblemente el tamaño de construcción de un cabezal de soldadura láser híbrida de este tipo.

Además, se conocen dispositivos para formar un chorro cruzado, en los que a ambos lados del láser o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque están dispuestos un elemento de salida y un elemento de entrada para un aire comprimido suministrado, de modo que puede producirse un chorro cruzado correspondiente, es decir una corriente de aire, entre el elemento de salida y el elemento de entrada para recibir partículas metálicas sueltas.

Un inconveniente de ello es que este tipo de construcción requiere la configuración de un chorro cruzado de gran superficie, de modo que se produce una depresión muy alta en la zona del chorro cruzado, por lo que éste tiene que tener una gran distancia respecto a un proceso de soldadura con una atmósfera de gas protector, para no aspirarla.

En los documentos US5981901A, US5814786A y EP0618037A se describen procedimientos y dispositivos para la soldadura láser, en los que se emplea un dispositivo conductor de chorro cruzado para la protección contra salpicaduras de soldadura. El dispositivo conductor de chorro cruzado está formado por una carcasa alargada, estando dispuesta a un lado de la carcasa una instalación de alimentación de aire comprimido para el suministro de aire comprimido, por lo que en el interior está formado un chorro cruzado que sale de la carcasa por el lado opuesto de la carcasa. Además, la carcasa presenta un orificio continuo para un rayo láser que se extiende por el orificio.

Además, por el documento WO00/24543A se conoce un cabezal de soldadura híbrida láser, en el que el láser está dispuesto en el centro. A ambos lados del láser, a través de un carril de fijación común está dispuesto respectivamente un soplete de soldar que puede ajustarse a través del carril de fijación.

La invención se basa en el objetivo de proporcionar un dispositivo, en particular, un cabezal de soldadura láser híbrida para un proceso de soldadura láser híbrida, así como un dispositivo conductor de chorro cruzado, proporcionando un tamaño de construcción compacto y una estructura sencilla del cabezal de soldadura láser híbrida y del dispositivo conductor de chorro cruzado.

El objetivo de la invención se consigue porque el conducto de suministro y el conducto de salida del aire comprimido para el chorro cruzado están dispuestos entre los dos componentes, especialmente entre el láser o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque y los elementos del soplete de soldar o del dispositivo de alimentación para el alambre de soldadura, tal como se describe en la parte caracterizadora de la reivindicación 1. A este respecto resulta ventajoso que por la configuración especial del cabezal de soldadura láser híbrida se consigue que no esté dispuesto ningún tipo de conductos alrededor de los distintos componentes y ningún tipo de conductos hasta la zona del proceso de soldadura, ya que todos ellos se conectan a los componentes en el lado opuesto. De esta forma, se consigue evitar que el cabezal de soldadura láser híbrida pueda engancharse en un objeto, porque alrededor de los componentes no hay ningún tipo de conductos salientes. Una ventaja esencial consiste en que el cabezal de soldadura láser híbrida puede emplearse en imagen invertida sin modificar el robot, especialmente su trayectoria programada, ya que no hay que tener en cuenta conductos ni piezas salientes, porque el cabezal de soldadura láser híbrida está realizado simétricamente para la fijación con el robot, especialmente con el manipulador del brazo del robot, de forma que, gracias a la configuración especial, el cabezal de soldadura láser híbrida puede emplearse ahora también en puntos de difícil acceso.

Otras configuraciones ventajosas se describen en las reivindicaciones 2 a 13. Las ventajas resultantes se indican en la descripción.

También puede estar previsto que en una carcasa del dispositivo conductor de chorro cruzado esté dispuesto un orificio continuo para un rayo láser que pasa por el orificio, estando dispuestos en las superficies frontales del orificio un canal de salida y un canal de entrada enfrentado para el aire comprimido, especialmente para el chorro cruzado o una radiación de chorro cruzado. Resulta ventajoso que mediante una configuración de este tipo del chorro cruzado con el dispositivo conductor de chorro cruzado se genera un sistema cerrado dentro de la carcasa, por lo que la radiación de chorro cruzado se produce sólo dentro del orificio y, por tanto, fuera de dicho orificio no se generan o se generan sólo pequeñas corrientes de aire. Por tanto, se puede realizar una distancia muy pequeña del chorro cruzado o del dispositivo conductor de chorro cruzado respecto al proceso de soldadura, especialmente respecto al proceso de soldadura por arco voltaico, de forma que mejoran sustancialmente el tamaño de construcción del cabezal de soldadura láser híbrida y, por tanto, el manejo del cabezal de soldadura láser híbrida.

Además, se puede prever que el soplete o el soplete de soldar se componga de varios módulos individuales, pudiendo reequiparse al menos un módulo, especialmente el cuerpo del soplete, para los procesos de ensamblaje más diversos, especialmente para un proceso de soldadura o un proceso de soldadura directa o indirecta. Resulta ventajoso que el proceso de soldadura láser híbrida puede adaptarse sin grandes esfuerzos a los procedimientos de ensamblado más diversos como la soldadura directa o indirecta. Otra ventaja esencial consiste también en que por la configuración especial del cabezal de soldadura láser híbrida se consigue una automatización al cambiar el cuerpo del soplete a otro procedimiento de soldadura.

Para una mejor comprensión de la invención, ésta se describe detalladamente con la ayuda de las siguientes figuras. Muestran:

La figura 1 una estructura de un cabezal de soldadura láser híbrida según la invención, en vista lateral y en una representación esquemática simplificada;

la figura 2 una vista frontal de un perfil para el cabezal de soldadura láser híbrida en una representación esquemática simplificada;

la figura 3 una vista en planta desde arriba de un dispositivo conductor de chorro cruzado para el cabezal de soldadura láser híbrida en una representación esquemática simplificada;

la figura 4 un corte a través del dispositivo conductor de chorro cruzado según las líneas IV-IV en la figura 3, en una representación esquemática simplificada;

la figura 5 otro corte a través del dispositivo conductor de chorro cruzado según las líneas V-V en la figura 3, en una representación esquemática simplificada;

la figura 6 una vista en planta desde arriba de otro ejemplo de realización del cabezal de soldadura láser híbrida en una representación esquemática simplificada;

la figura 7 un ejemplo de realización de la estructura del cabezal de soldadura láser híbrida en una presentación esquemática simplificada,

la figura 8 el ejemplo de realización del cabezal de soldadura láser híbrida según la figura 7 con la placa de recubrimiento levantada;

la figura 9 otro ejemplo de realización del cabezal de soldadura láser híbrida para un procedimiento de soldadura indirecta por láser.

A modo introductorio, cabe señalar que en las distintas formas de realización descritas, las mismas piezas llevan las mismas referencias o designaciones de componentes, pudiendo transmitirse los contenidos de la descripción completa de forma análoga a las mismas piezas con las mismas referencias o las mismas designaciones de componentes. Asimismo, las indicaciones de posición elegidas en la descripción, como por ejemplo arriba, abajo, lateralmente etc., se refieren a la figura descrita y representada en concreto y, en caso de un cambio de posición, pueden transmitirse de forma análoga a la nueva posición. Además, las características individuales o las combinaciones de características de los diferentes ejemplos de realización mostrados y descritos pueden representar por sí soluciones independientes de la invención o según la invención.

En las figuras 1 a 5 está representado un ejemplo de realización para un dispositivo, especialmente un cabezal de soldadura láser híbrida 1 y un elemento de montaje 2 realizado de forma especial para el montaje de los distintos componentes del cabezal de soldadura láser híbrida 1.

En el cabezal de soldadura láser híbrida 1 según la invención se aplican o se emplean elementos o módulos conocidos por el estado de la técnica, en una combinación especial entre sí. En el elemento de montaje 2 que se une con un robot, especialmente con un brazo 3 de robot, tal como está indicado esquemáticamente, se disponen un láser 4 o una óptica láser o una unidad óptica de enfoque y elementos de un soplete de soldar 5 para un proceso de soldadura por arco voltaico 6, tal como está indicado esquemáticamente, o un dispositivo de alimentación para un alambre para soldar o un electrodo, así como un dispositivo conductor de chorro cruzado 7 para formar un chorro cruzado 8, que está unido, a través de al menos un conducto de suministro 9 y un conducto de evacuación 10, con una instalación de aire comprimido no representada.

En el cabezal de soldadura láser híbrida 1 según la invención, el elemento de montaje 2 está formado por un perfil 11, según la representación en la figura 2, con ranuras de fijación 12 para los componentes del cabezal de soldadura láser híbrida 1. El perfil 1 está configurado de tal forma que presenta un canal 13 continuo que se extiende en el centro y que preferentemente forma el conducto de evacuación 10 o está conectado con éste, estando dispuestos, paralelamente a este canal 13, otros dos canales 14, 15 que forman preferentemente los conductos de suministro 9 o están conectados con éstos. De esta forma, se consigue que el conducto de suministro 9 y el conducto de evacuación 10 del aire comprimido suministrado para el chorro cruzado 8, tal como está representado esquemáticamente, estén dispuestos entre los dos componentes, especialmente el láser 4 o la óptica láser y la unidad óptica de enfoque y los elementos del soplete de soldar 5, estando integrados, en el ejemplo de realización representado de las figuras 1 y 2, el conducto de suministro 9 y el conducto de evacuación 10 en el elemento de montaje 2, especialmente en el perfil 11, por lo que la alimentación y la evacuación del aire comprimido para el chorro cruzado 8 se producen a un lado del dispositivo conductor de chorro cruzado 7. En el ejemplo de realización según la figura 6 que se describe a continuación, el conducto de suministro 9 y el conducto de evacuación 10, sin embargo, ya no están integrados en el elemento de montaje 2 ni en el perfil 11, sino que están dispuestos paralelamente respecto al perfil 11, estando dispuestos éstos a su vez entre los dos componentes, especialmente el láser 4 y el soplete de soldar 5. En este ejemplo de realización - según la figura 6 - tampoco el perfil 11 presenta ningún tipo de canal interior 13 a 15.

Para lograr una fijación óptima del perfil 11 con un manipulador 16 de un robot, especialmente del brazo 3 de robot, el perfil 11 está unido, a través de un dispositivo de fijación 17, con el manipulador 16 del robot, tal como está representado en la figura 1. Entre el manipulador 16 del robot, especialmente del brazo 3 de robot, y el perfil 11 está dispuesto un dispositivo de desconexión 18. Dicho dispositivo de desconexión 18 sirve para que, al ejercerse una presión sobre el cabezal de soldadura láser híbrida 1 tal como ocurre en caso del choque del cabezal de soldadura láser híbrida 1 con un objeto, el cabezal de soldadura láser híbrida 1 pueda ceder a través del dispositivo de conexión 18, siendo necesaria una fuerza definida para activar el dispositivo de desconexión 18. La ventaja esencial de un dispositivo de desconexión 18 de este tipo consiste en que el cabezal de soldadura láser híbrida 1 se mantiene en una posición definida, y al actuar una fuerza definida sobre el cabezal de soldadura láser híbrida 1, éste cede a través del dispositivo de desconexión 18, siendo reconducido el cabezal de soldadura láser híbrida 1, después de ejercerse la fuerza, a la posición original, a través del dispositivo de desconexión 18.

Los elementos del soplete de soldar 5 están formados por un cuerpo de soplete 19 y un cuerpo de fijación 20 en los que están integrados todos los componentes para un soplete comercial habitual. El soplete de soldar 5 está formado por un soplete de soldadura MIG/MAG para realizar un proceso de soldadura MIG/MAG, es decir un proceso de soldadura por arco voltaico 6, para lo cual tan sólo los distintos elementos del soplete de soldar 5 se han modificado con respecto a un soplete conocido por el estado de la técnica, de tal forma que sea posible una fijación y un ajuste sencillos del cuerpo de fijación 20 en el perfil 11 y que a través del soplete 19 se consiga una alimentación segura de alambre para el proceso de soldadura por arco voltaico 6 y una puesta en contacto muy buena de un alambre de soldadura 21 con energía, especialmente con corriente y tensión.

Además, entre el cuerpo de soplete 19 y el cuerpo de fijación 20 está dispuesto otro dispositivo de desconexión 22, de modo que, como ya se ha mencionado anteriormente, sea posible un movimiento correspondiente del cuerpo de soplete 19 respecto al cuerpo de fijación 20 ejerciendo una fuerza correspondiente sobre éste. Dicho dispositivo de desconexión 22 está concebido de tal forma que sea suficiente con ejercer una fuerza relativamente pequeña sobre el cuerpo de soplete 19 para provocar un movimiento correspondiente, en comparación con la que se requiere en el dispositivo de desconexión 18 para el cabezal de soldadura láser híbrida 1 completo.

Los dispositivos de desconexión 18, 22 empleados presentan un sensor - no representado - que al activarse los dispositivos de desconexión 18, 22 genera una señal correspondiente. Para ello, los dispositivos de desconexión 18, 22, especialmente los sensores, están conectados con un dispositivo de control para el robot y/o para un aparato soldador - no representado - de modo que al activarse uno o los dos sensores, esto pueda ser detectado por el dispositivo de control. De este modo, por ejemplo, se puede parar el siguiente movimiento del brazo robot 3, es decir, del cabezal de soldadura láser híbrida 1 o el proceso de soldadura, por lo que se evita la destrucción de los distintos componentes al ejercerse una fuerza correspondiente.

En el cabezal de soldadura láser híbrida 1 según la invención, el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 está fijado en una superficie frontal 23 del perfil 11, de tal forma que en el ejemplo de realización representado - según la figura 1 - el aire comprimido alimentado a través de los canales 14 y 15 y evacuado a través del canal 13 pase directamente al dispositivo conductor de chorro cruzado 7. Para ello, en el interior del dispositivo conductor de chorro cruzado 7 están dispuestos canales 24 a 26 correspondientes que salen de una carcasa 27 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7. Estos canales 24 a 26 se disponen a un lado de la carcasa 27, de forma que sólo en una zona de este lado tengan que disponerse conductos, especialmente los canales 13 a 15 o el conducto de suministro 9 y el conducto de evacuación 10.

En el ejemplo de realización tal como está representado especialmente en las figuras 3 a 5, el dispositivo conductor de chorro cruzado 7, presenta preferentemente una forma en forma de L, de modo que el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 se extienda o esté realizado preferentemente a una distancia 28 definida por debajo del láser 4 o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque o de un vidrio protector 29 con una vigilancia por vidrio protector correspondiente para el láser 4. Además, la carcasa 27 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7 presenta un orificio 30 o una cavidad, en la que está conformado el chorro cruzado 8, es decir, que el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 presenta un orificio 30 que es atravesado por un rayo láser 31, representado esquemáticamente, del láser 4, pasando el aire comprimido por el orificio 30 en un ángulo preferible de 90º respecto al rayo láser 31, por lo que en el orificio 30 está formada una radiación de chorro cruzado 32.

A este respecto, en las figuras 3 a 5 está representado en detalle el dispositivo conductor de chorro cruzado 7, estando representada en la figura 3 una vista en planta desde arriba de la carcasa 27 y en las figuras 4 y 5 respectivamente una vista frontal de la carcasa 27 - según las líneas de corte IV-IV y V-V en la figura 3.

El dispositivo conductor de chorro cruzado 7 puede realizarse, por ejemplo, de una pieza colada en una o varias piezas o de una pieza de colada por inyección de aluminio o plástico. Evidentemente, es posible usar cualquier estructura de una carcasa 27, conocida por el estado de la técnica, teniendo que existir tan sólo una configuración correspondiente del orificio, siendo comunicado el orificio 30 en el interior de la carcasa con los canales 24 a 26. Por lo tanto, en la carcasa 27 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7 están dispuestos los canales 24 a 26 para la prolongación de los canales 13 a 15 del perfil 11, es decir la prolongación de los conductos de suministro y de salida 9, 10, extendiéndose estos al interior del orificio 30 formando en el lado frontal, hacia el orificio 30, un canal de salida 33 y un canal de entrada 34 opuesto, es decir, que en la carcasa 27 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7 está dispuesto el orificio 30 continuo para un rayo láser 31 que se extiende por el orificio 30, estando dispuestos en las superficies frontales del orificio 30 el canal de salida 33 y un canal de entrada 34 opuesto para el aire comprimido, especialmente para el chorro cruzado 8 o la radiación de chorro cruzado 32.

De esta forma, se consigue que el aire comprimido suministrado salga, a través del canal de salida 33, al orificio 30 y vuelva a entrar, por el lado opuesto, en el canal de entrada 34, por lo que el aire comprimido genera o forma en el orificio 30 una corriente de aire, especialmente la radiación de chorro cruzado 32. La conducción de los canales 24 a 26 y la forma de los canales de entrada y de salida 33, 34 puede realizarse discrecionalmente y no se limitan al ejemplo de realización representado. Tan sólo debe garantizarse que en el orificio 30 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7 se forme una corriente transversal, es decir un llamado chorro cruzado 8.

De manera ventajosa, la carcasa 27 está configurada de tal forma que en una superficie frontal o lateral se produzca la entrada y la salida del aire comprimido. Sin embargo, también es posible realizar la entrada y salida del aire comprimido en diferentes superficies frontales o laterales, especialmente opuestas, de la carcasa 27.

Asimismo, es posible configurar la carcasa 27 de forma cuadrada o en forma de L, extendiéndose el orificio 30 por la carcasa 27 y estando orientada aproximadamente de forma perpendicular sobre dos superficies laterales opuestas. Además, la carcasa 27 puede presentar otro canal para evacuar al menos una corriente parcial del aire comprimido. Por la evacuación del aire comprimido en al menos dos corrientes parciales se puede conseguir una evacuación más fácil de partículas de suciedad o de soldadura.

El dispositivo conductor de chorro cruzado 7, especialmente el chorro cruzado 8 realizado, tiene el objetivo de mantener alejadas las salpicaduras de soldadura, originadas durante un proceso de soldadura, de la óptica del láser 4 o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque o del vidrio de protección 29 dispuesto delante de estos componentes, tal como está representado esquemáticamente. El chorro cruzado 8 está dispuesto por debajo del láser 4 o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque, es decir, entre el láser 4 y la zona del proceso de soldadura a realizar por el láser 4 o el soplete de soldar 5. El dispositivo conductor de chorro cruzado 7, especialmente el chorro cruzado 8, está configurado de tal forma que genere la radiación de chorro cruzado 32, especialmente una corriente de aire, tal como se indica esquemáticamente con flechas en la figura 3. El chorro cruzado 8, especialmente la radiación de chorro cruzado 32 presenta preferentemente una velocidad de circulación comprendida entre 100 y 600 m/s y/o una presión de chorro cruzado comprendida entre 2,5 y 6 bares. El chorro cruzado 8 puede producir una corriente supersónica, estando configurada en el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 una llamada tobera Laval.

Para que la radiación de chorro cruzado 32, especialmente el aire comprimido pueda hacerse salir de la zona del cabezal de soldadura láser híbrida 1, especialmente de la zona del proceso de soldadura por arco voltaico 6, en el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 está realizado un canal 26 correspondiente para la salida de la radiación de chorro cruzado 32, es decir que la radiación de chorro cruzado 32 generada a través de los canales 24, 25 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7 entra, por el orificio 30 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7, en el canal 26, siendo transmitida desde éste al canal 13, especialmente al conducto de evacuación 10, en el perfil 11, de modo que las salpicaduras de soldadura absorbidas por la radiación de chorro cruzado 32, especialmente los materiales lanzados en la dirección del láser 4 o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque, sean evacuadas de la zona del cabezal de soldadura láser híbrida 1, a través del conducto de evacuación 10. Para ello, el conducto de evacuación 10 se conecta, por ejemplo, a un dispositivo de aspiración, para generar una depresión correspondiente en el conducto de evacuación 10, es decir, una aspiración de la radiación de chorro cruzado 32 del orificio 30 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7. Para que sea posible una mejor conducción de la radiación de chorro cruzado 32 a través el canal de entrada, el canal de entrada 34 presenta un mayor volumen que el canal de salida 33.

En un cabezal de soldadura láser híbrida 1 de este tipo resulta esencial que la disposición del chorro cruzado 8 se realice a una distancia determinada respecto al proceso de soldadura por arco voltaico 6, porque durante éste se genera una atmósfera de gas protector correspondiente - no representada - y por tanto, en caso de una distancia demasiado pequeña del dispositivo conductor de chorro cruzado 7, esta atmósfera de gas protector es atraída, en la dirección del chorro cruzado 8, por una depresión originada alrededor del chorro cruzado 8. En este caso, el proceso de soldadura por arco voltaico 6 ya no podría realizarse en la atmósfera de gas protector necesaria.

Mediante una configuración de este tipo del chorro cruzado 8, con el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 se genera un sistema casi cerrado dentro de la carcasa 27, de modo que ya no se forman o se forman sólo muy pequeñas corrientes de aire fuera del orificio 30 del dispositivo conductor de chorro cruzado 7. De este modo, se puede realizar una distancia muy pequeña del chorro cruzado 8 o del dispositivo conductor de chorro cruzado 7 respecto al proceso de soldadura, especialmente respecto al proceso de soldadura por arco voltaico 6, de modo que el tamaño de construcción del cabezal de soldadura láser híbrida 1 se reduce considerablemente y, por tanto, mejora considerablemente el manejo del cabezal de soldadura láser híbrida 1. Evidentemente, es posible emplear un dispositivo conductor de chorro cruzado 7 de este tipo también en otras aplicaciones como, por ejemplo, un puro proceso de soldadura láser, para proteger el láser 4 o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque contra el humo o partículas metálicas sueltas. La ventaja esencial consiste en que la radiación de chorro cruzado 32 se produce sólo dentro del orificio 30, por lo que no se producen o se producen sólo muy pequeñas corrientes de aire fuera de dicho orificio 30.

Por la conformación especial del dispositivo conductor de chorro cruzado 7, además, se consigue crear sólo una superficie de ataque limitada para el láser 4, ya que a través del dispositivo conductor de chorro cruzado 7, especialmente a través de la carcasa 27 misma, se mantienen alejadas las partículas metálicas sueltas o las salpicaduras de soldadura o el humo, por lo que estas partículas únicamente pueden avanzar al láser 4 o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque, a través de la zona del orificio 30, por el que pasa el rayo láser 31. De esta forma se consigue mantener alejada de la carcasa 27 ya una gran parte de las partículas, siendo transportado el resto de las partículas a través de la radiación de chorro cruzado 32 en el orificio 30. De esta forma, es casi imposible que las salpicaduras de soldadura avancen hasta el láser 4. También resulta esencial a este respecto que por la limitación de este espacio al orificio 30 ahora es posible una configuración sencilla y una generación sencilla del chorro cruzado 8, porque éste ya no tiene que actuar en una gran superficie, tal como es el caso en los sistemas abiertos conocidos por el estado de la técnica. Para ello, por ejemplo, es posible que el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 o la carcasa 27 esté configurado de tal forma que encierre al menos en parte el láser 4 asignado o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque, o que la distancia 28 de la carcasa 27 al láser sea cerrada por una configuración correspondiente de la carcasa 27, de modo que sea posible evitar también la penetración lateral de suciedad u otros cuerpos extraños hacia las piezas que han de protegerse como son el láser 4 o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque, y que ya sólo sea posible un acceso a través del orificio 30. Es posible que en esta zona, es decir, entre el láser 4 y el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 se produzca una sobrepresión, siendo desviada esta sobrepresión por el conducto de suministro 9. Esto se puede realizar de una manera sencilla, de tal forma que al menos uno de los canales 24 ó 25 presente al menos un taladro en la dirección del láser 4, por lo que una parte del aire comprimido alimentado puede salir a través de este taladro en la dirección del láser 4, y por lo que en esta zona, por encima de la carcasa 27, puede formarse una sobrepresión correspondiente.

Además, el cabezal de soldadura láser híbrida 1 según la invención presenta una o varias unidades de visualización 35 - representadas esquemáticamente - a través de las cuales se indican las posiciones de los componentes unos respecto a otros, es decir que, partiendo de una posición inicial predefinida, los componentes, especialmente el láser 4 y el soplete de soldadura 5, pueden ajustarse unos respecto a otros en los sentidos X, Y y Z, pudiendo visualizarse o leerse estos procedimientos de ajuste a través de una unidad de visualización 35, de modo que en cualquier momento pueda repetirse otro ajuste de los dos componentes entre sí. De esta forma, el cabezal de soldadura láser híbrida 1 puede ajustarse para los distintos procesos de soldadura, pudiendo reponerse de una manera sencilla a los valores iniciales correspondientes.

A este respecto, por ejemplo, es posible que los distintos componentes, especialmente el láser 4 y el soplete de soldar 5 estén acoplados con un dispositivo electrónico de registro o de medición, conocido por el estado de la técnica, para trayectos de ajuste mecánico - no representados -, pudiendo visualizarse estos valores del dispositivo de registro a través de la unidad de visualización 35. Para ello, es posible que la unidad de visualización 35 esté dispuesta directamente en el cabezal de soldadura láser híbrida 1 o, por ejemplo, en un equipo de control central, para lo cual el dispositivo de registro envía los valores, a través de líneas, a la unidad de visualización 35 o a un dispositivo de control. De esta forma, se consigue que en cualquier momento sea posible una reproducción de un ajuste del cabezal de soldadura láser híbrida 1 por vía electrónica. Evidentemente es posible que con la fijación correspondiente de los distintos componentes sobre un sistema de ajuste electrónico, es posible automatizar el ajuste, de modo que ya sólo sea necesario definir el valor del desplazamiento, después de lo cual, a través del sistema de ajuste correspondiente, se realiza el ajuste.

Para mayor integridad, cabe mencionar que los distintos componentes se conectan, a través de conductos, con los equipos de alimentación correspondientes, tal como está representado esquemáticamente. Para ello, el láser 4 se conecta, a través de una línea de alimentación 36, con una fuente de energía correspondiente. Además, el soplete de soldar 5 se conecta, a través de un paquete de tubos flexibles 37, con un aparato soldador. También es posible que, en lugar de la fuente de energía para el láser 4, éste se conecte directamente al aparato soldador, siendo suministrada la energía para el láser 4 y para el soplete de soldar 5 por el aparato soldador.

Mediante la configuración especial del cabezal de soldadura láser híbrida 1 se consigue que no esté dispuesto ningún tipo de conducto hasta la zona del proceso de soldadura, ya que se conectan todos con los componentes en el lado opuesto. De este modo, se consigue evitar que el cabezal de soldadura láser híbrida 1 se enganche en un conducto o en un objeto, ya que alrededor de los componentes no está dispuesto ningún tipo de conductos salientes. Por tanto, se consigue también la posibilidad de que el cabezal de soldadura láser híbrida 1 pueda emplearse en imagen especular sin modificar el robot, especialmente su trayectoria programada, porque no hay que tener en cuenta conductos o piezas salientes, de forma que, gracias a la configuración especial, el cabezal de soldadura láser híbrida 1 puede emplearse ahora también en lugares de difícil acceso.

En el ejemplo de realización según la figura 6, el cabezal de soldadura láser híbrida 1 está representado en una vista en planta desde arriba, estando dispuesto a su vez en el centro el perfil 11. A dicho perfil 11 están fijados los distintos componentes, tal como se ha descrito anteriormente.

Como ya se ha mencionado anteriormente, el conducto de suministro 9 y el conducto de evacuación 10, sin embargo, ya no están integrados en el elemento de montaje 2 o en el perfil 11, sino que están dispuestos o fijados paralelamente respecto al perfil 11, estando dispuestos o extendiéndose entre los dos componentes, especialmente el láser 4 y el soplete de soldar 5. En este ejemplo de realización, tampoco el perfil 11 presenta ningún tipo de canales interiores 13 a 15.

Además, mediante esta disposición se garantiza que a su vez se consiga una estructura simétrica del cabezal de soldadura láser híbrida 1 sin conductos salientes. Dado que para la fijación de los distintos componentes se emplean sistemas de fijación usuales en el mercado, se renuncia a una descripción especial de la estructura, porque ésta es aproximadamente la misma que en los ejemplos de realización, descritos anteriormente, en las figuras 1 a 5.

Simplemente, cabe señalar que en los ejemplos de realización presentados según las figuras 1 a 6, el montaje de los componentes, especialmente del láser 4 o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque y el soplete de soldar 5 se realiza a ambos lados del elemento de montaje 2, especialmente del perfil 11, mientras que, según el estado conocido de la técnica, los cabezales de soldadura láser híbrida están estructurados de tal forma que el láser y el soplete de soldar estén dispuestos sólo a un lado de una placa de montaje, mientras que en el lado opuesto se efectúa la conexión con el robot, especialmente con el brazo de robot. Con una disposición de este tipo se crea un cabezal de soldadura láser híbrida 1 excesivamente ancho y, por tanto, difícil de manejar.

En las figuras 7 a 9 está representado otro ejemplo de realización de un soplete láser híbrido modular o de un cabezal de soldadura láser híbrida 1 modular, según el cual en al menos un elemento de montaje 2, especialmente en el perfil 1, están dispuestos componentes tales como un láser 4 o una óptica láser o una unidad óptica de enfoque y elementos de un soplete o de un soplete de soldar 5 para un proceso de soldadura. Además, el soplete láser híbrido modular presenta un dispositivo para generar un chorro cruzado (no representado), especialmente el dispositivo conductor de chorro cruzado 7 que está conectado, a través de al menos un conducto de suministro 9 y un conducto de evacuación 10, con una instalación de alimentación de aire comprimido no representada.

El soplete o el soplete de soldar 5 se compone de varios módulos individuales, pudiendo reequiparse al menos un módulo, especialmente el cuerpo de soplete 19, para los procesos de ensamblaje más diversos, en particular, para un proceso de soldadura directa o indirecta. A este respecto, recambiando el cuerpo de soplete 19, éste puede estar configurado ahora para realizar un procedimiento de soldadura MIG/MAG, un procedimiento de soldadura TIG/WIG, un procedimiento de soldadura con doble alambre, un procedimiento de soldadura con chorro de plasma y arco transferido o para una soldadura indirecta con alambre frío por láser, una soldadura indirecta con alambre caliente por láser, una soldadura láser sin arco voltaico, es decir que diferentes cuerpos de soplete 19 pueden conectarse, para diferentes procesos de ensamblaje, con un módulo del soplete de soldar 5, de forma que con un único cabezal de soldadura láser híbrida 1 puedan realizarse diferentes procedimientos, sin necesidad de cambiar para ello todo el soplete de soldar 5, especialmente los módulos.

De este modo, se consigue de una manera ventajosa que sea posible una adaptación muy rápida del soplete láser híbrido a los procedimientos de soldadura más diversos. Una ventaja especial consiste sobre todo en que el cambio del cuerpo de soplete 19 pueda automatizarse por la configuración modular y que, por tanto, esta sustitución pueda realizarse mediante un cambio de herramienta como es habitual en la tecnología robótica. Se ha mostrado que es especialmente ventajoso que posibles componentes adicionales o módulos adicionales como, por ejemplo, un dispositivo de alimentación de alambre o un soplete de soldar 5 o cuerpo de soplete 19 adicional, no representados, estén fijados ya al perfil 11 o que se unan con el cuerpo de soplete 19, de forma que ya no sea necesario realizar cambios o ajustes mecánicos.

El soplete de soldar 5 está formado por un módulo de accionamiento 40, un módulo de fijación 41 y el cuerpo de soplete 19, pudiendo conectarse otros módulos adicionales como, por ejemplo, un módulo externo de alimentación de alambre. Para poder realizar un recambio del cuerpo de soplete 19, el cuerpo de soplete 19 está unido, a través de un dispositivo de unión 42, especialmente a través de una unión atornillada o de enchufe, con el módulo de fijación 41 del soplete de soldar 5. Los distintos módulos, especialmente el módulo de accionamiento 40 y el módulo de fijación 41, van fijados al perfil 11, mientras que el cuerpo de soplete 19 está fijado al módulo de fijación 41 del soplete de soldar. De esta forma, al sustituir el cuerpo de soplete 19 se pueden mantener las posiciones de los módulos fijados al perfil 11, de modo que no cambien los ajustes respecto al láser 5, especialmente respecto al rayo láser. De esta forma, se consigue que los demás cuerpos de soplete 19 puedan configurarse correspondientemente en cuanto a su longitud, de forma que en cualquier momento pueda realizarse un proceso de soldadura óptimo. Los distintos cuerpos de soplete 19 se fabrican, preferentemente, siempre con exactamente la misma longitud de soplete y se realizan como componente de precisión. Sin embargo, los cuerpos de soplete 19 pueden presentar diferentes formas, como se puede ver, por ejemplo, en la figura 9. En esta forma de realización, el cuerpo de soplete 19 está concebido para un proceso de soldadura indirecta, realizándose la alimentación del material de soldadura, especialmente del alambre para soldar 21, en un ángulo al de un procedimiento de soldadura directa.

Asimismo, es posible fijar los módulos también al perfil 11. Para ello, es posible premontar en el perfil sistemas de fijación correspondientes, para permitir a su vez un montaje y desmontaje automáticos. Por la configuración combinada del soplete de soldar 5 para la soldadura indirecta y la soldadura directa, ahora es posible establecer una atmósfera de gas protector para un procedimiento de soldadura indirecta, porque existen todos los conductos de suministro para ello.

Para mayor claridad, finalmente, cabe señalar que para una mejor comprensión del cabezal de soldadura láser híbrida 1, éste, es decir, sus componentes en parte no están representados en la escala exacta, sino a escala aumentada y/o reducida.

El objetivo en que se basan las soluciones independientes según la invención se desprende de la descripción.

Lista de referencias

1: Cabezal de soldadura láser híbrida

2: Elemento de montaje

3: Brazo de robot

4: Láser

5: Soplete de soldar

6: Proceso de soldadura por arco voltaico

7: Dispositivo conductor de chorro cruzado

8: Chorro cruzado

9: Conducto de suministro

10: Conducto de evacuación

11: Perfil

12: Ranura de fijación

13: Canal

14: Canal

15: Canal

16: Manipulador

17: Dispositivo de fijación

18: Dispositivo de desconexión

19: Cuerpo de soplete

20: Cuerpo de fijación

21: Alambre para soldar

22: Dispositivo de desconexión

23: Superficie frontal

24: Canal

25: Canal

26: Canal

27: Carcasa

28: Distancia

29: Vidrio de protección

30: Orificio

31: Rayo láser

32: Radiación de chorro cruzado

33: Canal de salida

34: Canal de entrada

35: Unidad de visualización

36: Conducto de alimentación

37: Paquete de tubos flexibles

38

39

40: Módulo de accionamiento

41: Módulo de fijación

42: Módulo de unión

Claims

1. Dispositivo, especialmente cabezal de soldadura láser híbrida (1), para un proceso de soldadura láser híbrida, en el que en al menos un elemento de montaje (2) están dispuestos un láser (4) o una óptica láser o una unidad óptica de enfoque y elementos de un soplete de soldar (5) para un proceso de soldadura por arco voltaico (6) y/o de un dispositivo de alimentación de un alambre para soldar (21), así como un dispositivo para generar un chorro cruzado (8), que está unido, a través de al menos un conducto de suministro (9) y un conducto de evacuación (10), con una instalación de alimentación de aire comprimido, caracterizado porque el conducto de suministro (9) y el conducto de evacuación (10) del aire comprimido para el chorro cruzado (8) están dispuestos entre el láser (4) o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque, en un lado, y los elementos del soplete de soldar (5) o del dispositivo de alimentación para el alambre para soldar (21), en el otro lado.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de montaje (2) está formado por un perfil (11) con ranuras de fijación (12) para los componentes del cabezal de soldadura láser híbrida (1).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento de montaje (2) está conformado de tal manera que este forma un canal (13) continuo que se extiende en el centro y que preferentemente forma el conducto de evacuación (10), estando dispuestos paralelamente a este canal (13) otros dos canales (14, 15) que forman preferentemente los conductos de suministro (9).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento de montaje (2) está unido con un manipulador (16) de un robot por medio de un dispositivo de fijación (17).

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre el manipulador (16) del robot y el elemento de montaje (2) está dispuesto un dispositivo de desconexión (18), especialmente para que el cabezal de soldadura láser híbrida (1) ceda bajo la acción de una fuerza.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos del soplete de soldar (5) están formados por un cuerpo de soplete (19) y un cuerpo de fijación (20).

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre el cuerpo de soplete (19) y el cuerpo de fijación (20) está dispuesto un dispositivo de desconexión (22), especialmente para que el cuerpo de soplete (19) ceda bajo la acción de una fuerza.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en una superficie frontal (23) del elemento de montaje (2), especialmente del perfil (11), está fijado un dispositivo conductor de chorro cruzado (7).

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo conductor de chorro cruzado (7) está dispuesto a una distancia (28) por debajo del láser (4) o de la óptica láser o de la unidad óptica de enfoque.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo conductor de chorro cruzado (7) presenta un orificio (30) por el que pasa un rayo láser (31) del láser (4).

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque a un lado del elemento de montaje (2) está dispuesto el láser (4) o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque y, al otro lado, especialmente en el lado opuesto del elemento de montaje (2) está dispuesto el soplete de soldar
(5).

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el soplete de soldar (5) está formado por un soplete de soldadura MIG/MAG para realizar un proceso de soldadura MIG/MAG.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo conductor de chorro cruzado (7), en el que está conformado un chorro cruzado (8), presenta una carcasa (27) conformada de tal manera que encierra o cubre al menos en parte el láser (4) o la óptica láser o la unidad óptica de enfoque.