ES2285210T3 - Procedimiento para la fabricacion de un material metalico compuesto poroso en forma de placa. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de un material metálico compuesto poroso en forma de placa, en el que se prensan y unen por soldadura entre sí fibras metálicas en una fase de trabajo, realizándose la soldadura de las fibras metálicas por soldadura de impulsos y utilizando electrodos planos.
Description
Procedimiento para la fabricación de un material
metálico compuesto poroso en forma de placa.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de un material metálico compuesto poroso en forma de
placa. También es objeto de la invención una placa de
insonorización.
La fabricación de materiales metálicos
compuestos porosos en forma de placa, que se pueden utilizar por
ejemplo como elementos de construcción ligera o placas de
insonorización, se conoce de por sí por el estado de la
técnica.
Por ejemplo, el documento DE 39 35 120 da a
conocer un procedimiento para la fabricación de placas metálicas
compuestas donde dos planchas metálicas exteriores no perforadas se
unen entre sí con un material de alma situado entremedias, en forma
de una rejilla metálica de alambre. La particularidad de este
procedimiento consiste en que, antes de unir la rejilla metálica a
las planchas metálicas, los nudos de la rejilla metálica se laminan
previamente al espesor de un alambre mediante un proceso de
laminación, de modo que después los nudos de la rejilla metálica se
pueden soldar o pegar con las planchas metálicas. De esta manera se
obtiene ventajosamente una placa metálica compuesta, que luego se
puede seguir procesando mediante un tratamiento de conformado
posterior.
Otro procedimiento para la fabricación de placas
metálicas compuestas se conoce por el documento DE 20 57 474. Aquí
se describen placas porosas de fibra metálica así como un
procedimiento para su fabricación. El procedimiento aquí descrito
está caracterizado por el empleo de una tela no tejida de fibra, que
se prensa a una temperatura entre 100ºC y 150ºC en zonas localmente
predeterminadas y con una presión de 700 N/cm^{2} hasta 1.200
N/cm^{2}, teniendo lugar un sinterizado de las fibras únicamente
en estas zonas predeterminadas. Como resultado se obtiene así una
placa de fibra metálica sinterizada únicamente en zonas parciales,
que dispone de suficiente resistencia, pero que al mismo tiempo
presenta todavía zonas con una superficie de fibras
comparativamente grande.
Por el documento DE 199 24 675 se conoce además
un procedimiento de metalurgia de sinterizado para la fabricación
de un cuerpo filtrante a base de fibras metálicas extraídas por
fusión. Este procedimiento se aplica, por ejemplo, para la
fabricación de un cuerpo poroso, en particular de un cuerpo
filtrante de fibras, en particular de fibras metálicas. Para ello
está previsto que las fibras sueltas presentes en montón se
individualicen por agitación y se carguen en un molde, sinterizando
a continuación la carga mediante calentamiento. Como resultado se
obtiene un cuerpo poroso firme y estable debido a la sinterización,
que se puede emplear por ejemplo como cuerpo filtrante.
Además de las posibilidades de aplicación antes
descritas como cuerpo filtrante, el empleo de materiales de fibra
metálica sinterizados se conoce también en el campo de la
insonorización. El empleo de tales materiales de fibra metálica
sinterizados se ha acreditado, por ejemplo, para reducir la emisión
de ruido en las turbinas de gas.
En todos los procedimientos antes citados, el
proceso de sinterizado se realiza normalmente a una temperatura
situada entre la temperatura del líquido y la temperatura del
sólido. La longitud de las fibras y el diámetro de las fibras que
han de unirse entre sí mediante sinterizado pueden variar
considerablemente, pudiendo situarse el diámetro de las fibras en
un intervalo desde 1 \mum hasta 250 \mum, y la longitud de las
fibras en un intervalo entre 50 \mum y 50 mm.
Para evitar la oxidación prematura de las
fibras, el proceso de sinterizado se efectúa en un horno al vacío.
Los tiempos de sinterizado propiamente dichos son del orden de
varias horas, introduciéndose el material a sinterizar en el
proceso de sinterizado comprimido mecánicamente o previamente
prensado. Los cuerpos sinterizados preparados de este modo se
cortan a medida a continuación de llevarse a cabo el procedimiento y
pueden utilizarse entonces, por ejemplo, como material de
aislamiento acústico, utilizándolos por ejemplo en silenciadores de
gases de escape de las turbinas de gas.
El inconveniente que tiene el procedimiento ya
conocido está, sin embargo, en la circunstancia de que, debido a
las dimensiones de los hornos de sinterizado disponibles, solamente
se pueden fabricar aquellos cuerpos sinterizados que tengan su
configuración geométrica limitada de acuerdo con el tamaño del horno
utilizado. Si se desean crear, por ejemplo, cuerpos sinterizados de
la clase antes citada que rebasen por lo menos en una extensión
longitudinal una dimensión de por ejemplo 1.500 mm, esto no resulta
posible utilizando el procedimiento antes citado. Para poder
fabricar a pesar de ello esta clase de cuerpos sinterizados, es
necesario fabricar primeramente en una primera etapa del
procedimiento una pluralidad de cuerpos sinterizados
comparativamente más pequeños que previamente prensado a
continuación se unen debidamente entre sí en una segunda etapa del
procedimiento, uniéndose, por ejemplo, con pegamento o por
soldadura. Realizar un procedimiento de esta clase no resulta
conveniente, y no solamente supone un gran gasto de tiempo sino
también de costes.
El documento
US-A-6.387.535 describe un
procedimiento para la fabricación de placas sandwich con placas
metálicas sólidas no perforadas que constituyen la limitación
exterior, en combinación con una capa intermedia de lana de acero,
estando soldada la lana de acero entre sí y con las placas de
cubierta mediante soldadura por arco, por lo que se forma una red
de fibras rígida e inmóvil. Este documento se refiere, además, a una
placa sandwich fabricada correspondientemente.
El documento
DE-U-201 19 367 da a conocer un
material compuesto sandwich que comprende dos placas metálicas,
fijadas en un núcleo de fibra y separadas por éste, comprendiendo el
núcleo una red tridimensional, porosa de fibras metálicas, donde
todas las fibras están inclinadas con respecto a las placas formando
esencialmente un ángulo agudo. El material compuesto sandwich se
puede fabricar simplemente fijando el núcleo de fibras entre dos
placas metálicas, por ejemplo empleando un pegamento o mediante
técnica de soldadura dura.
Por lo tanto, es un objetivo de la invención
proponer un procedimiento que evite los inconvenientes antes
citados, mediante el cual se pueda fabricar un material compuesto
metálico en forma de placa a base de fibras sinterizadas, con un
tamaño a elegir libremente, por lo menos con relación a una de sus
dimensiones, reduciéndose al mismo tiempo los costes de
fabricación. También se pretende proponer con la invención una placa
de insonorización.
Para conseguir este objetivo se propone un
procedimiento para la fabricación de un material metálico compuesto
poroso en forma de placa, en el que en una fase de trabajo se
prensan las fibras metálicas y se unen entre sí, efectuándose la
soldadura de las fibras metálicas mediante soldadura por impulsos,
utilizando electrodos planos.
A diferencia de los procedimientos conocidos por
el estado de la técnica, la unión del material de las distintas
fibras metálicas de acuerdo con la invención no se realiza mediante
sinterizado sino mediante soldadura. Esto no solamente resulta
comparativamente más económico, sino que con ello se abre también la
posibilidad de poder realizar un material metálico compuesto de
cualquier longitud, al menos en lo referente a una de sus
dimensiones.
Para realizar el procedimiento objeto de la
invención se introducen fibras metálicas en un dispositivo de
soldadura previsto al efecto. Las fibras metálicas se preparan
preferentemente en forma de unas esteras prefabricadas de fibras
metálicas, que se van desenrrollando por ejemplo como esteras
cuasi sin fin desde un rollo. Alternativamente se puede
prever también individualizar primeramente eventualmente en una
primera fase de trabajo las fibras metálicas procedentes de un
montón a granel, alimentándolas a continuación como material suelto
de fibras metálicas al dispositivo de soldadura. La introducción en
el dispositivo de soldadura puede tener lugar en este caso de
manera continua, de modo que al proseguir con el procedimiento se
pueden fabricar placas metálicas compuestas con una extensión
longitudinal ilimitada. Las fibras introducidas en el dispositivo de
soldadura se prensan a continuación en una fase de trabajo y se
unen por soldadura entre sí, para lo cual hay convenientemente
dispuestos a ambos lados del compuesto metálico que ha de formarse
unos electrodos planos, que por una parte sirven para unir las
distintas fibras metálicas por soldadura, pero también por otra
parte para aplicar una fuerza de presión suficiente.
Como procedimiento de soldadura se emplea el
procedimiento de soldadura por impulsos, preferentemente el
procedimiento de soldadura por impulsos con una batería de
condensadores, presentando los electrodos utilizados una extensión
superficial que está preferentemente entre 10 mm^{2} y 25
mm^{2}. Una característica especial del procedimiento de
soldadura por impulsos con una batería de condensadores es la
duración relativamente corta del proceso de soldadura propiamente
dicho, que por lo general dura menos de 1 s; con respecto a la
realización del procedimiento objeto de la invención, incluso puede
durar menos de 10 ms.
Gracias al impulso de corriente de muy corta
duración y muy gran intensidad de hasta 200.000 A, se forma entre
fibra y fibra del compuesto metálico prensado una resistencia
eléctrica que da lugar a que el material allí se caliente y se una
puntualmente por soldadura a la fibra más próxima. La energía de
soldadura específica aplicada es de 0,2 J/mm^{2} a 7,5
J/mm^{2}.
Para ello está previsto que el material metálico
compuesto vaya soldado por sus dos caras planas respectivamente con
un tejido de alambre como capa de cubierta. La disposición de esta
clase de tejido de alambre resulta ventajosa en la medida en la que
el procedimiento puede llevarse a cabo en gran medida
independientemente de la longitud y del diámetro de las fibras
utilizadas, lo que puede dar lugar a que algunas fibras aisladas
sobresalgan con sus extremos fuera del material metálico compuesto.
Para obviar esta circunstancia, el conjunto de fibras se une por
ambas caras por soldadura a un tejido de alambre como capa de
cubierta. Para esto, la unión de los tejidos de alambre por
soldadura al material metálico compuesto se puede realizar
ventajosamente al mismo tiempo que se unen por soldadura las fibras
metálicas, con lo cual no se necesita una fase de trabajo adicional
para la soldadura de las capas de cubierta.
Antes y/o durante el proceso de soldadura, las
fibras metálicas del conjunto metálico compuesto se someten a una
presión, generándose la presión preferentemente con una fuerza de
compresión de 0,1 N/mm^{2} a 10 N/mm^{2}, preferentemente de
1,5 N/mm^{2} a 6 N/mm^{2}.
Otra ventaja del procedimiento objeto de la
invención es, además, que la estructura del conjunto metálico
compuesto a base de fibras metálicas individuales, se compacta
adicionalmente a causa de la carga eléctrica que actúa en forma de
choque. De este modo se puede conseguir en conjunto una mayor
compactación de material metálico compuesto durante el proceso de
soldadura.
Utilizando un dispositivo de automatización
adecuado, que no se describirá aquí con mayor detalle, las fibras
metálicas presentes en forma de material a granel o de esteras, se
pueden alimentar a los electrodos por tramos de forma continua, al
menos en una dimensión. La anchura del material metálico compuesto
puede establecerse entre 10 y 2000 mm, preferentemente entre 250 y
1250 mm. Las fibras tienen un diámetro medio de 1 \mum a 250
\mum, preferentemente de 30 \mum a 100 \mum. Las fibras
metálicas utilizadas pueden tener el mismo grosor pero diferentes
longitudes, formándose una estructura de fibras, es decir, una
matriz de fibras muy estable durante el prensado y la soldadura
precisamente gracias al empleo de fibras metálicas de diferentes
longitudes.
Un material metálico compuesto fabricado de
acuerdo con el procedimiento objeto de la invención se puede
confeccionar a continuación de su fabricación para emplearlo como
medio de insonorización, instalándolo por ejemplo en un sistema de
muffler o en un tubo de gases de escape de una turbina. Las ventajas
principales en comparación con los materiales metálicos compuestos
actuales, que se fabrican por sinterizado, consisten en sus
dimensiones ilimitadas, al menos en una de las dimensiones, así
como en los costes de fabricación notablemente más económicos.
Además de esto y gracias a la posibilidad del procedimiento de
soldadura por impulsos con batería de condensadores se puede
influir en el grosor de los materiales metálicos compuestos, sin que
sea necesaria otra fase de fabricación, por ejemplo una laminación.
También por este motivo se obtiene un ahorro de costes adicional, lo
que resulta igualmente ventajoso en comparación con los
procedimientos convencionales. Además resulta ventajoso que el
material metálico compuesto fabricado de acuerdo con el
procedimiento objeto de la invención se puede procesar en otras
fases de procesamiento subsiguientes. Por ejemplo, existe la
posibilidad de procesar el material metálico compuesto fabricado de
acuerdo con el procedimiento, dando lugar también a estructuras
geométricas complejas, mediante conformado plástico, por ejemplo
por embutición profunda. Así por ejemplo se pueden formar cuerpos
esféricos. Dado que el material metálico compuesto fabricado de
acuerdo con el procedimiento objeto de la invención es resistente
al calor, resulta especialmente adecuado como insonorización en
turbinas de combustión. El material metálico compuesto fabricado de
acuerdo con la invención también es adecuado para ser utilizado
como insertos para quemadores de gas, que de manera ventajosa
permite una combustión homogénea en toda la superficie del
quemador.
Con el fin de evitar la oxidación durante el
proceso de soldadura, se puede prever de acuerdo con otra
característica de la invención realizar el procedimiento bajo
atmósfera de gas de protección. Como gases de protección son
adecuados por ejemplo el argón, el helio y similares.
Con relación a la placa de insonorización se
propone como solución del problema antes citado una placa de
insonorización formada por un material no tejido de fibra metálica
dispuesta entre dos capas de cubierta, cuyas fibras metálicas están
soldadas entre sí y con las capas de cubierta, estando formadas las
capas de cubierta de un tejido de alambre.
A diferencia de las telas no tejidas de fibra
metálica porosas convencionales, las distintas fibras metálicas de
la placa de insonorización objeto de la invención no están unidas
entre sí por sinterizado sino por soldadura. Esto no solamente
permite una fabricación comparativamente más económica de las placas
de insonorización, sino que además existe la posibilidad de
producir las placas de insonorización de forma continua, al menos
con respecto a una de sus dimensiones geométricas, de manera que se
puede fabricar una tela no tejida de fibra metálica cuasi
sin fin. Para la posterior utilización de la tela no tejida de fibra
metálica, ésta se confeccionará entonces a longitud según
necesidad.
necesidad.
La tela no tejida de fibra metálica va soldada
por sus dos caras planas opuestas una a otra en una capa de
cubierta, que está formada preferentemente por un tejido de alambre.
De este modo se obtiene en conjunto una estructura a modo de
sandwich con dos capas de cubierta compuestas de tejido de alambre,
entre las cuales está situada la tela no tejida de fibra
metálica.
La placa de insonorización objeto de la
invención presenta la ventaja de su estabilidad de forma, pero al
mismo tiempo permite su procesamiento subsiguiente en otra fase de
procesamiento. Así por ejemplo se tiene la posibilidad de procesar
las placas de insonorización objeto de la invención para obtener
cuerpos esféricos mediante el conformado plástico, por ejemplo,
mediante embutición profunda. Con las placas de insonorización
convencionales fabricadas por sinterizado esto no era posible hasta
la fecha, de modo que con la placa de insonorización objeto de la
invención se crean también nuevas posibilidades para su
procesamiento subsiguiente.
Debido a la estructura porosa, los materiales
metálicos compuestos fabricados conforme a la invención son
especialmente adecuados como placas de insonorización. A diferencia
del procedimiento de sinterizado convencional, la porosidad
presente originalmente de las fibras metálicas reunidas para formar
el posterior material metálico compuesto se conserva
comparativamente en gran medida después de la soldadura de las
distintas fibras metálicas, por lo que las placas de insonorización
objeto de la invención presentan una porosidad comparativamente
mayor que la de las placas de insonorización conocidas por el
estado de la técnica y fabricadas por sinterizado. Las placas de
insonorización conformes a la invención pueden presentar por lo
tanto, frente a las placas de insonorización convencionales, unas
características de emisión mejoradas.
Otra de las posibilidades de utilización del
material metálico compuesto objeto de la invención es su empleo
como inserto para quemadores de gas. Para ello resulta ventajosa la
gran diversidad de posibilidades de aplicación gracias a la
diversidad posible de formas geométricas, por ejemplo obtenidas por
conformado plástico, la dilatación controlada y determinable en
caso de dilatación térmica, su reducido peso, así como la garantía
de una combustión homogénea en toda la superficie del quemador. El
material metálico compuesto conforme a la invención ofrece, además,
un alto grado de seguridad contra el retroceso de la llama,
protección contra la corrosión incluso a altas temperaturas, gran
resistencia mecánica al choque y reducida inercia térmica.
Otras ventajas y características de la invención
se deducen de la descripción mediante las figuras siguientes. Éstas
muestran:
la figura 1 en una representación esquemática,
el procedimiento conforme a la invención según una primera etapa
del procedimiento;
la figura 2 en una representación esquemática,
el procedimiento conforme a la invención según una segunda etapa
del procedimiento;
la figura 3 en una representación esquemática,
el procedimiento conforme a la invención según una tercera etapa
del procedimiento.
Las figuras 1 a 3 muestran la realización del
procedimiento conforme a la invención. Ahí está representada
esquemáticamente en la figura 1 una primera etapa del procedimiento,
en la figura 2 una segunda etapa del procedimiento, y en la figura
3 una tercera etapa del procedimiento.
De acuerdo con la representación según la figura
1, en una primera etapa del procedimiento se recubren las fibras
metálicas 1, como material de fibras sin compactar, con sendos
tejidos de alambre 2 por las dos caras planas opuestas una a otra.
Sobre las caras del tejido de alambre 2, no orientadas
respectivamente a las fibras metálicas 1, está previsto en cada una
un electrodo 3 plano, los cuales se desplazan ambos en sentido hacia
las fibras metálicas 1, reuniendo y prensando así a modo de tenaza
los tejidos de alambre 2 y las fibras metálicas 1. Esta etapa del
procedimiento está representada esquemáticamente en la figura 2.
Los electrodos 3 se acercan con una fuerza F
predefinida, por ejemplo hidráulica, hasta que sobre las fibras
metálicas 1 y el tejido de alambre 2 se aplique una carga por unidad
de superficie definida, es decir, una presión de apriete definida.
Al mismo tiempo que se comprimen las fibras metálicas 1 y los
tejidos de alambre 2, se alimenta corriente a los electrodos 3 a
través de la conexión de corriente 4. De acuerdo con la invención,
la aplicación de la corriente se efectúa mediante condensadores, no
representados en esta figura, con lo cual y gracias a la descarga
brusca de los condensadores, se hace pasar a través de los tejidos
de alambre 2 y las fibras metálicas 1 un impulso de corriente corto
e intenso de hasta 200.000 A. Debido a la aplicación de este
impulso de corriente, se forman resistencias eléctricas entre las
distintas fibras metálicas, lo que da lugar a que el material sufra
en estos puntos un calentamiento local y se produzca una soldadura
puntual con la fibra inmediata. Para evitar oxidaciones durante
este proceso de soldadura, se lleva a cabo todo el proceso en una
atmósfera de gas de protección.
La figura 3 muestra el material metálico
compuesto terminado de fabricar, con una estructura a modo de
sandwich, y que lleva dos tejidos de alambre como capas de
cubierta, entre las cuales están situadas las fibras metálicas 1,
comprimidas y soldadas entre sí. Debido al proceso de soldadura
antes descrito, no solamente están soldadas entre sí las distintas
fibras metálicas 1 sino también los tejidos de alambre 2 en las
fibras metálicas 1, de manera que se forma en conjunto un material
metálico compuesto estable, poroso e insonorizante, pero que al
mismo tiempo permite también la posibilidad de un procesamiento
subsiguiente, por ejemplo mediante embutición profunda.
- 1
- Fibras metálicas
- 2
- Tejido de alambre
- 3
- Electrodo
- 4
- Conexión de corriente
- F
- Fuerza de comprensión.
Claims (13)
1. Procedimiento para la fabricación de un
material metálico compuesto poroso en forma de placa, en el que se
prensan y unen por soldadura entre sí fibras metálicas en una fase
de trabajo, realizándose la soldadura de las fibras metálicas por
soldadura de impulsos y utilizando electrodos planos.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material metálico compuesto se une
por sus dos caras planas por soldadura a una capa de cubierta,
respectivamente, soldándose al mismo tiempo las fibras
metálicas.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el material metálico compuesto se une
por sus dos caras planas por soldadura a un tejido de alambre,
respectivamente.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó
3, caracterizado porque los electrodos planos sirven para
aplicar una fuerza de compresión suficiente para el proceso de
soldadura.
5. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3
ó 4, caracterizado porque las fibras metálicas son procesadas
en forma de esteras de fibras metálicas prefabricadas.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, 2, 3
ó 4, caracterizado porque las fibras metálicas procedentes
de un montón a granel primero se individualizan.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque éste se realiza
de forma continua para formar un material metálico compuesto sin
fin.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque éste se realiza
en atmósfera de gas de protección.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el proceso
de soldadura se realiza en menos de 1 s, preferentemente en menos
de 10 ms.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las fibras
metálicas se someten a presión, antes y durante el proceso de
soldadura.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque la presión se ejerce con una fuerza de
compresión de 0,1 N/mm^{2} a 10 N/mm^{2}, preferentemente de 1,5
N/mm^{2} a 6,0 N/mm^{2}.
12. Placa de insonorización, formada por una
tela no tejida de fibra metálica dispuesta entre dos capas de
cubierta, estando unidas las fibras metálicas por soldadura entre sí
y a las capas de cubierta, caracterizada porque las capas de
cubierta están formadas por tejido de alambre y van soldadas
mediante soldadura por impulsos empleando electrodos planos.
13. Inserto de quemador de gas formado por una
tela no tejida de fibra metálica dispuesta entre dos capas de
cubierta formadas por tejido de alambre, cuyas fibras metálicas
están unidas por soldadura entre sí y a las capas de cubierta,
mediante soldadura por impulsos empleando electrodos planos.
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