ES2274303T3 - Metodo para soldar por friccion-agitacion superficies con sellantes polimeros. - Google Patents

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Abstract

Método de soldadura por fricción-agitación, comprendiendo la colocación del sellador (24) entre las superficies de aluminio o de aleación de aluminio (26, 28) en el lugar en que se va a realizar la soldadura por fricción-agitación, el sellador (24) seleccionado para curar sin ocasionar un daño considerable a las temperaturas que se alcanzan durante la soldadura por fricción-agitación, y la soldadura por fricción-agitación de al menos porciones de las superficies (26, 28) con el sellador (24) para formar una unión soldada y para curar el sellador entre las superficies y formar un escudo protector contra la corrosión.

Description

Método para soldar por fricción-agitación superficies con sellantes polímeros.
Ámbito del invento
El presente invento hace referencia a un método para soldar por fricción-agitación un sellador entre dos piezas de trabajo.
1. Antecedentes del invento
Para unir piezas de metal se utilizan uniones soldadas, por ejemplo uniones con solape. Las uniones con solape sirven para unir superficies solapadas mediante el uso de una o más soldaduras en el solapamiento de los materiales. Las superficies de cada pieza de metal soldado situadas junto a los remaches o las soldaduras que se acoplan con la unión con solape, denominadas superficies de encaje, no suelen estar totalmente unidas por la soldadura u otros remaches y se suelen proteger de la corrosión con selladores de superficie de encaje convencionales, como un polisulfuro o politioéter, que se aplican a las superficies de acoplamiento antes de unirlas. Estos selladores de superficie de encaje también se pueden utilizar para reducir los problemas mecánicos y de fatiga que se derivan del frotamiento entre las superficies de encaje, la vibración y similares.
En soldadura, los selladores de superficie de encaje se utilizan para evitar o reducir buena parte de la corrosión reduciendo la humedad que puede estar retenida entre las superficies de encaje y/o haberse introducido por la acción capilar. Los selladores de superficie de encaje convencionales pueden degradar las propiedades de la soladura y se suelen degradar por el calor y las actividades mecánicas que comportan la soldadura y el funcionamiento de los materiales, así como por la vibración que se produce durante el uso. La corrosión de las superficies de encaje dentro de las soldaduras suele ser muy difícil de detectar mediante inspección.
Por lo general, las técnicas de soldeo utilizan temperaturas elevadas para unir metales y aleaciones de metales. La soldadura por fricción-agitación (Friction Stir Welding, FSW) es una técnica de soldadura en la que se aplica el resalto de una herramienta giratoria a los materiales que se van a unir con el fin de calentar y ablandar los materiales por fricción. La herramienta consta de un tetón giratorio que penetra en la junta y une los materiales mediante agitación. De este modo, se producen uniones de estado sólido sin añadir un relleno o utilizar gases de protección. La soldadura por fricción-agitación se utiliza ventajosamente en construcción aeronáutica para, por ejemplo, soldar un larguero u otro soporte a la superficie del revestimiento del avión. Los procesos de soldadura por FSW convencionales ponen una zona de material resistente a la corrosión para cubrir la unión soldada durante y después de la soldadura a modo de sellador de la superficie de encaje. En la patente estadounidense 6.045.028 se revela un ejemplo que presenta el estado de la técnica más destacado. La corrosión de las superficies de encaje de una soldadura por FSW en un avión constituye una situación muy peligrosa porque reduce la resistencia de la estructura del avión, aunque es muy difícil de detectar mediante
inspección.
Lo que se necesita es una nueva técnica de sellador de superficie de encaje para producir componentes soldados por FSW con una mayor resistencia a la corrosión para utilizarla, por ejemplo, en la fabricación de aviones y de piezas de aviones.
Resumen del invento
Se define un método para soldar entre sí superficies por fricción-agitación, de acuerdo con la reivindicación 1.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista lateral transversal de una porción de un avión o estructura similar que tiene una unión con solape entre las superficies metálicas, mostrando las ubicaciones habituales de las líneas de unión de soldadura por FSW, con un sellador de superficie de encaje polimérico para mejorar la resistencia a la corrosión;
La figura 2 muestra una vista lateral transversal de la estructura de la figura 1 que ilustra un refuerzo alternativo soldado a una superficie y protegido con un sellador de superficie de encaje polimérico;
La figura 3 muestra una sección transversal de un ala de avión y un refuerzo representativo con un sellador de superficie de encaje polimérico;
La figura 4 muestra una sección transversal de una estructura de avión genérica y un refuerzo representativo con un sellador de superficie de encaje polimérico.
Descripción detallada de una(s) forma(s) de realización preferente(s) del invento
Con referencia ahora a la figura 1, se muestra una vista lateral transversal de una porción de un avión o estructura similar que consta de una unión con solape 10 entre una superficie de aluminio o de aleación de aluminio 12, como un ala de avión o revestimiento de carrocería, con un larguero, por ejemplo una pieza de apoyo de aluminio o de aleación de aluminio en forma de "L" 14. La unión con solape se forma utilizado FSW en uno o más de los puntos de soldadura que se indican por lo general como uniones de soldadura por FSW 16, 18 o 20. Estas líneas de unión son perpendiculares al plano del dibujo y se forman por la rotación de la herramienta de soldadura por FSW 22 contra la pieza de apoyo 14 y/o la superficie 12. La rotación de la herramienta 22 provoca una fricción que calienta y ablanda los materiales que se van a unir y la mezcla mecánica de los materiales plastificados para formar la unión. Las altas temperaturas de este proceso pueden polimerizar una capa de monómero sellador y/o adhesivo que, al endurecerse, forma una capa protectora a la corrosión, una capa de sellador de la superficie de encaje 24.
La capa de monómero tiene preferentemente unas características adecuadas para el proceso de soldadura por FSW, así como para el uso previsto del conjunto soldado. Así por ejemplo, la capa de monómero deberá ser fácil de aplicar en el área crítica, y de endurecerse, pero no de dañarse substancialmente por las temperaturas elevadas que produce la soldadura. Cuando se haya endurecido, la capa de sellador 24 deberá proporcionar resistencia a la corrosión a las superficies de encaje de la unión, por ejemplo resistiendo la penetración de humedad por la acción capilar. Un material sellador de la superficie de encaje especialmente útil para crear una capa de sellador 24 se forma aplicando una capa que cuando se cura forma un polímero fluoroelastomérico que crea un escudo protector contra la corrosión entre las superficies de encaje adyacentes 26 y 28 de la pieza de apoyo 14 y la superficie 12, respectivamente. En muchas aplicaciones, puede ser conveniente extender la cobertura de la capa de sellador 24 más allá de las superficies de encaje 26 y 28.
La unión con solape 10 se forma con el proceso siguiente. Se preparan normalmente las superficies 12 y 14 para la soldadura por FSW; después, se prepara la capa de sellador 24 para aplicarla a las superficies que se soldarán. Se puede formar un sellador de superficie de encaje especialmente útil utilizando el adhesivo de fluoroelastómero PLV 2100, que se puede conseguir en Pelseal Technologies, LLC, de Newtown, PA. El PLV 2100 es un adhesivo en 2 partes que se puede mezclar en una relación de 25 a 27 partes por peso de material de base de PLV 2100 con una parte por peso de acelerador número 4 que se añade al material de base y se mezcla bien durante unos cinco minutos. Para la aplicación en aerosol, el recubrimiento mezclado se puede diluir después añadiendo metilisobutilcetona (MIBK) o metiletilcetona (MEK) en una proporción de 1:1 por peso. Conviene evitar introducir cantidades importantes de aire en la mezcla y puede ser conveniente descargar los gases residuales de la mezcla durante 10 minutos antes de la aplicación. Entre otros materiales que han demostrado ser adecuados se encuentran Pelseal PLV 6032 y Thermodyne
THP-2000.
También se pueden utilizar otros tratamientos de superficie con el proceso del presente invento. Como los componentes del dispositivo son de aluminio o de una aleación de aluminio y se desea que la unión tenga una mayor resistencia a la corrosión, se puede aplicar una capa de conversión química convencional en al menos las superficies que se van a soldar antes de aplicar el sellador de superficie.
La mezcla se puede aplicar a la superficie 26 del refuerzo 14 y/o a la superficie 28 del revestimiento 12 con un rodillo de goma dura, una brocha o preferentemente un pulverizador de HPLV como aplicador 29. Un espesor apropiado para la película húmeda adhesiva de la capa 24 puede situarse en el orden de hasta 0,0127 a 0,254 mm, preferentemente de 0,0254 a 0,127 mm para evitar problemas como los que hacen que la herramienta de FSW 22 se hunda durante el proceso de soldadura, creando potencialmente una soldadura inaceptable. Después de aplicar la mezcla, se puede fijar la superficie 26 de la pieza de apoyo 14, preferentemente al cabo de unos 20 minutos, a la superficie 28 de la superficie de revestimiento 12. Si no se consigue la fijación en el plazo de 20 minutos, puede ser conveniente volver a humedecer la superficie pulverizando una nebulización fina de MIBK o MEK durante hasta alrededor de una hora después del recubrimiento. Posteriormente, si no se ha conseguido la fijación, puede que sea conveniente aplicar una nueva capa.
El adhesivo de fluoroelastómero PLV 2100 se curará a una temperatura de 23,89ºC \pm 5,55ºC en 24 horas, aproximadamente. La aplicación de la herramienta de FSW giratoria 22 para formar las uniones de soldadura por FSW 16, 18 y/o 24 sirve para crear las altas temperaturas necesarias para que el adhesivo sellador polimérico se endurezca más rápidamente. Además del calor generado por la fricción del contacto giratorio entre la herramienta de FSW 22 y la línea de puntos de soldadura 16, 18 o 20, se puede suministrar más calor para reducir el tiempo de curado antes del proceso de soldadura por FSW, o como parte del mismo, utilizando el láser 30 con un proceso denominado FSW asistido por láser (LAFSW) o utilizando un calentador, por ejemplo un calentador de inducción 32. Después de llevar a cabo la soldadura por FSW para formar una unión 10 con una capa de sellador de la superficie de encaje polimérica 24, el sellador puede estar lo bastante endurecido para permitir realizar otro trabajo, como la imprimación, en las superficies adyacentes no soldadas en un periodo de tiempo de alrededor de cuatro horas.
Con referencia ahora a las figuras 2, 3 y 4, existen muchos tipos de refuerzos y superficies diferentes para unir que se pueden mejorar utilizando un sellador curado por medio del proceso de soldadura. En la figura 2, se puede soldar un refuerzo en forma de "Z", por FSW o procesos similares con una unión con solape u otra técnica de soldadura conocida, a la superficie 12 en las uniones 16, 18 o 20 mediante la aplicación de un adhesivo o sellador adecuado que se endurece para formar el sellador de superficie de encaje 24.
Con referencia ahora a la figura 3, se muestra una sección transversal del conjunto de ala de avión 34 en la que el refuerzo 36 está soldado a una superficie apropiada por medio de un proceso de soldeo que cura una capa de sellador para formar un sellador de superficie de encaje polimerizado adecuado 24.
Con referencia ahora a la figura 4, se muestra una sección transversal de una estructura de avión genérica 38 en la que el refuerzo en forma de Z 37 está soldado a una superficie apropiada por medio de un proceso de soldeo que cura una capa de sellador para formar un sellador de superficie de encaje polimerizado adecuado 24.
Aunque el adhesivo de fluoroelastómero PLV 2100 se utilizó como ejemplo de material adecuado para aplicarlo con el fin de formar una capa de sellador de superficie de encaje 24, se pueden utilizar otros polímeros curados, pero no dañados por el calor del proceso de soldeo, para formar una capa que tenga las propiedades de resistencia a la corrosión apropiadas. Los fluoroelastómeros son especialmente útiles para este fin y entre ellos figuran los materiales de la marca Viton, de Dupont/Dow.
Además de las uniones con solape, los filetes y cualquier otra unión que pueda producir un encaje o una superficie no adherida pueden estar protegidos por selladores de encaje curados por medio del proceso de soldeo. La utilización de selladores de superficie de encaje curados al menos en parte mediante el proceso de soldeo es especialmente útil en la construcción de aviones y de subconjuntos de aviación, y existen muchos otros conjuntos que se pueden beneficiar de la utilización de selladores de superficie de encaje termocurados.

Claims (11)

1. Método de soldadura por fricción-agitación, comprendiendo la colocación del sellador (24) entre las superficies de aluminio o de aleación de aluminio (26, 28) en el lugar en que se va a realizar la soldadura por fricción-agitación, el sellador (24) seleccionado para curar sin ocasionar un daño considerable a las temperaturas que se alcanzan durante la soldadura por fricción-agitación, y la soldadura por fricción-agitación de al menos porciones de las superficies (26, 28) con el sellador (24) para formar una unión soldada y para curar el sellador entre las superficies y formar un escudo protector contra la corrosión.
2. El método de la reivindicación 1, comprendiendo además el curado parcial del sellador (24) antes de soldar las superficies (26, 28).
3. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que el sellador es un adhesivo, comprendiendo además el método: la fijación de las superficies (26, 28) antes de la soldadura por fricción-agitación; y el curado parcial del sellador (24) antes de soldar.
4. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el que el sellador (24) es un monómero y la soldadura por fricción-agitación comprende además la polimerización del sellador monómero (24).
5. El método de la reivindicación 4, en el que el sellador (24) es un fluoroelastómero.
6. El método de la reivindicación 1, comprendiendo además la aplicación de calor adicional para curar el sellador (24).
7. El método de la reivindicación 6, en el que la aplicación de calor adicional comprende la aplicación de energía láser (30) para curar el sellador (24).
8. El método de la reivindicación 6, en el que la aplicación de calor adicional comprende el calentamiento por inducción (30) para curar el sellador.
9. El método de la reivindicación 7 u 8, en el que la aplicación de calor adicional comprende la aplicación de calor durante la soldadura por fricción-agitación.
10. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que las superficies (26, 28) se sueldan entre sí en una unión con solape y el sellador (24) impide la corrosión entre las superficies (26, 28).
11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que una superficie de un ala de avión o un revestimiento de la carrocería se suelda con un larguero para formar una porción de un avión.
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