ES2302327T3 - Procedimiento para iniciar un proceso de soldadura laser hibrido para soldar chapas revestidas, con un movimiento de avance-retroceso del laser encendido para evaporar el revestimiento. - Google Patents

Procedimiento para iniciar un proceso de soldadura laser hibrido para soldar chapas revestidas, con un movimiento de avance-retroceso del laser encendido para evaporar el revestimiento. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para iniciar un proceso de soldadura láser híbrido para la soldadura de chapas revestidas (3), efectuando por lo menos un proceso láser con un láser (13) y un proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector con una unidad de atmósfera de gas protector (5), precediendo el proceso láser al proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, y posicionando el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector en las proximidades del láser (13), alimentando mediante el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector un material de aportación al punto de soldadura, caracterizado porque durante el inicio del proceso láser se ajusta el foco (47) del láser (13) a una distancia definida (42) respecto a la superficie (41) de la primera chapa (3) vista desde el láser (13), realizando el láser (13) un movimiento longitudinal (44) preajustable en sentido hacia la unidad de atmósfera de gas protector (5) y a continuación de retroceso a la posición de partida (46), donde durante el movimiento de avance-retroceso del láser (13) se regula la potencia del láser de tal modo que se evapora o funde el revestimiento (45) de las chapas (3), y con ello se limpia de impurezas y/o revestimientos por medio del láser (13) la superficie (41) de la primera chapa vista desde el láser (13).

Description

Procedimiento para iniciar un proceso de soldadura láser híbrido para soldar chapas revestidas, con un movimiento de avance-retroceso del láser encendido para evaporar el revestimiento.
La invención se refiere a un procedimiento para iniciar un proceso de soldadura láser híbrido para soldar chapas revestidas, efectuando por lo menos un proceso láser con un láser y un proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector con una unidad de gas protector, precediendo el proceso láser al proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, posicionándose el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector en las proximidades del láser, alimentando por medio del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector un material de aportación al punto de soldadura (véase 2.3, documento JP 2002/160 082 A).
Ya se conocen procedimientos para soldar chapas revestidas que se emplean por ejemplo en la industria del automóvil.
Por ejemplo el documento DE 101 51 257 A1 describe un procedimiento para unir piezas sueltas de una carrocería de vehículo de carrocería fijadas y posicionadas en una estación de enmarcado, donde las piezas de carrocería se sueldan por soldadura híbrida mediante por lo menos un rayo láser y por lo menos un arco eléctrico.
Los equipos de soldadura combinados láser - arco eléctrico, las llamadas unidades de soldadura láser-híbridas, combinan las ventajas del láser, tal como la velocidad y la buena aportación de calor a la pieza con las ventajas de los procedimientos de soldadura convencionales, p.ej. el procedimiento de soldadura MIG (Metal-gas-inerte) tal como p.ej. una buena capacidad de puentear intersticios. Por ejemplo los documentos US 2001/050273 A1, el US 2001/052511 A1, el US 2001/047984 A1 el US 2003/173343 A1 así como el US 2002/008094 A1 describen procedimientos de soldadura láser híbridas en las que se lleva a cabo por lo menos un proceso láser y un proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector. Aunque se cita que también se pueden soldar entre sí piezas revestidas, sin embargo no se mencionan los problemas que surgen durante la evaporación del revestimiento, ni se propone una solución para salvar este problema.
Con respecto al procedimiento conocido por el estado de la técnica hay que indicar por principio que en la práctica se necesita para ello una preparación del cordón, durante la cual es preciso crear entre las chapas un intersticio para la evaporación del gas o recinto de desgasificación, para que puedan salir los gases que se producen durante la soldadura. En la práctica por lo general se lleva a cabo además un tratamiento posterior del cordón de soldadura para conseguir un cordón de soldadura estanco, es decir que después del proceso de soldadura automatizado se lleva a cabo una soldadura posterior manual para cerrar las inclusiones, cráteres o agujeros que se hayan formado.
El objetivo de la presente invención consiste por lo tanto en la creación de un cebado mejorado para un proceso de soldadura láser híbrido.
El objetivo conforme a la invención se resuelve por el hecho de que al iniciar el proceso láser se ajusta el foco del láser a una distancia definida de la superficie de la primera chapa vista desde el láser, y el láser lleva a cabo un movimiento longitudinal preajustable en el sentido hacia la unidad de gas protector, y a continuación vuelve a la posición de partida, donde durante el movimiento de avance-retroceso del láser se regula la potencia del láser de tal modo que se evapore o se funda por lo menos el revestimiento de las chapas y por lo tanto la superficie de la primera chapa vista desde el láser queda exenta de impurezas y/o revestimientos gracias al láser. La ventaja está en que se facilita y mejora considerablemente el procedimiento de cebado del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector dispuesto a continuación del láser. Esto se consigue por el hecho de que por el movimiento del láser y la fusión o evaporación de las impurezas en la superficie de la chapa se crea una pista que es muy buena conductora eléctrica, de modo que al cebar a continuación el arco eléctrico resulta posible conseguir en esta zona un cebado estable y seguro. Por lo tanto ya no es necesario efectuar ninguna limpieza previa de las chapas.
También es ventajosa una medida en la que después del movimiento de avance/retroceso del láser se modifica el foco del láser situándolo a una distancia ajustada o definida respecto a la superficie de la primera chapa vista desde el láser para el proceso de soldadura láser, ya que de este modo está disponible para la soldadura toda la energía del proceso de soldadura láser-híbrido.
Es ventajosa una medida en la que después de terminar la fase inicial se pone en marcha el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector y tiene lugar el cebado del arco eléctrico, y al mismo tiempo o a continuación del inicio del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector se modifica la potencia del láser pasando a la potencia preajustada para el proceso de soldadura que se ha de realizar a continuación, ya que de este modo se evita una demora entre el proceso de inicio y el proceso de soldadura subsiguiente, y se puede realizar inmediatamente el proceso de soldadura sobre la chapa previamente limpiada. De este modo ya no es posible por ejemplo que llegue suciedad sobre la chapa que se trata de soldar.
Igualmente es ventajosa una medida en la que la distancia recorrida para el movimiento longitudinal durante la fase de inicio se elige en función de una distancia entre la unidad láser y la unidad de gas protector, de modo que el arco eléctrico se cebe con seguridad en la zona de la chapa fundida, siendo la distancia entre 0 y 15 mm, preferentemente entre 0 y 6 mm. De este modo se tiene la seguridad de que se crea una vía de desplazamiento óptima y con ello se puede reducir el tiempo para la fase de inicio. Otra ventaja consiste en que se evita por ejemplo que en el caso de un movimiento de retroceso demasiado corto el arco eléctrico no se cebe en la zona limpiada.
Otra medida ventajosa en la que el movimiento de la antorcha de soldadura láser-híbrida está controlada por medio de un robot, ya que de este modo únicamente es necesario registrar en el sistema de control del robot o de un equipo de soldadura la rutina para realizar la fase de inicio y por lo tanto el robot lleva a cabo automáticamente el movimiento del cabezal de soldadura láser-híbrido.
La presente invención se describe con mayor detalle sirviéndose de los dibujos adjuntos.
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Éstos muestran:
Fig. 1 una representación esquemática de un cabezal de soldadura láser-híbrido;
Fig. 2 diagramas de corriente, tensión y movimiento de un proceso de soldadura de trasferencia de metal en frío y un diagrama de corriente-tiempo de un proceso láser, así como una vista en planta de las chapas a soldar, en una representación simplificada;
Fig. 3 diagramas de corriente, tensión y movimiento de un proceso de soldadura pulsante y un diagrama de corriente-tiempo de un proceso láser, así como una vista en planta de las chapas soldadas, representadas de forma simplificada y esquemática;
Fig. 4 una soldadura en ángulo en una representación simplificada y en sección;
Fig. 5 un cordón I soldado mediante láser, en una representación esquemática simplificada y en sección;
Fig. 6 un cordón I soldado con proceso de soldadura láser-híbrido, en una representación esquemática simplificada y en sección;
Fig. 7 la fase de inicio y
Fig. 8 el inicio del proceso de soldadura láser-híbrido conforme a la invención, en una representación esquemática simplificada.
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En la Fig. 1 está representado de forma simplificada y esquemática un cabezal de soldadura láser híbrido 1 o antorcha de soldadura láser-híbrida, que está dispuesta por ejemplo en un brazo de un robot 2, para soldar chapas revestidas 3 tal como se emplean en la industria del automóvil. Las chapas 3 presentan preferentemente un revestimiento de zinc. El cabezal de soldadura láser híbrido 1 está formado por lo menos por una unidad láser 4 y por lo menos una unidad de atmósfera de gas protector 5.
Las chapas 3 se sujetan entre sí sin mecanizar o sin preparar. Esto significa que para soldar las chapas 3 no se necesita o no se ha de realizar ninguna preparación especial o mecanizado para el cordón de soldadura, por ejemplo para evacuar los vapores de zinc que se producen, tal como se conoce por el estado de la técnica. Las chapas 3 se colocan simplemente una sobre la otra sin formar por ejemplo un intersticio de gasificación para el zinc entre las chapas 3, tal como se conoce por el estado de la técnica. De este modo se consigue ya un considerable ahorro de tiempo y costes de forma sencilla durante la preparación de las chapas 3 para la soldadura.
Las chapas 3 se disponen por lo tanto una sobre la otra y en la posición adecuada para la soldadura, y a continuación se sujetan en esta posición por ejemplo sirviéndose de dispositivos de amarre 6. En el ejemplo de realización representado, el dispositivo de amarre 6 está formado por un rodillo 7 situado en el cabezal de soldadura láser híbrido 1 y que en las proximidades de la soldadura láser híbrida aprieta sobre las chapas 3 mediante un estribo tensor 8. El cabezal de soldadura láser híbrido 1 se mueve por lo tanto después del posicionamiento exacto en la dirección de las chapas 3 hasta establecer contacto con el dispositivo de amarre 6, es decir con el rodillo 7. Mediante el rodillo 7 se comprimen entre sí las chapas 3 en la zona de la soldadura, de modo que se consigue un posicionamiento relativo entre sí de las chapas 3 casi sin intersticio, es decir un intersticio de 0 o casi 0 mm entre las chapas 3. De este modo, las chapas 3 solamente se sujetan entre sí en aquella zona en la que efectivamente se suelda, con lo cual se reduce naturalmente de forma importante el volumen de preparaciones de las chapas 3 para la soldadura.
Para la unidad láser 4 del cabezal de soldadura láser híbrido 1 se puede emplear cualquier láser conocido por el estado de la técnica, tal como por ejemplo Eximerlaser (p.ej. ArF.KrF, XeCl), láser de cuerpo sólido, (p.ej. Rubí, Nd: YAG, Nd-Vidrio), láser semiconductor (GaAs, GaAlAs) y láser de gas (CO_{2}). La unidad de atmósfera de gas protector 5 está formada por una antorcha de soldadura MIG/MAG para un proceso de soldadura MIG/MAG. Naturalmente puede emplearse también por ejemplo el denominado proceso de soldadura de transferencia de metal en frío en combinación con el proceso láser, tal como se describe con mayor detalle en una de las figuras siguientes.
El cabezal de soldadura láser híbrido 1 se dispone preferentemente sobre un brazo de robot 2 de un robot de soldadura, tal como se emplean en la industria del automóvil, donde solo en los casos más raros las chapas 3 o componentes a soldar son bidimensionales. Con los procedimientos de soldadura convencionales para chapas 3 con revestimiento de zinc la soldadura realizada por el robot de soldadura no se podía llevar a cabo de acuerdo con las exigencias del usuario, y después de la soldadura láser con el robot de soldadura era necesaria una soldadura manual adicional para garantizar la necesaria estabilidad y/o estanqueidad del cordón de soldadura. Por lo tanto, una ventaja importante consiste en que con este procedimiento se puede realizar ahora la soldadura en una sola fase de trabajo, consiguiéndose un alto nivel de resistencia y estanqueidad del cordón de soldadura.
El cabezal de soldadura láser híbrido 1 o la unidad láser 4 y la unidad de atmósfera de gas protector 5 están unidos por ejemplo por medio de dos paquetes de mangueras independientes 9, 10, que alimentan respectivamente por lo menos una unidad del cabezal de soldadura láser híbrido 1 con los medios necesarios para el respectivo proceso de soldadura, por ejemplo corriente y tensión, líquido refrigerante, alimentación de hilo de soldadura, etc., con un equipo de soldadura y/o una fuente de corriente y/o una reserva de hilo, que en la versión representada no están representados. La unidad de atmósfera de gas protector 5 presenta además un dispositivo de alimentación de hilo 11 mediante la cual se transporta un material de aportación, en particular un hilo de soldadura 12, en sentido hacia las chapas 3. El material de aportación o hilo de soldadura 12 presenta preferentemente los componentes de zinc y carbono y aluminio. Como hilo de soldadura 12 se emplea ventajosamente un hilo relleno con la designación SAF DUAL ZA®. Naturalmente existe también la posibilidad de utilizar un hilo de soldadura 12 con otros materiales de aportación
similares.
En este procedimiento es esencial el empleo de un material de aportación o hilo de soldadura 12 especial para la soldadura de chapas zincadas 3, mediante el cual durante el proceso de soldadura el zinc evaporado de las chapas 3 no tenga repercusiones sobre el cordón de soldadura 12. Esto se consigue preferentemente mediante el empleo de un hilo de soldadura 12 que tiene la designación SAF DUAL ZA®. Para ello es también esencial que la aportación de energía mediante el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector se mantenga lo más reducida posible, para conseguir una deformación lo más pequeña posible y buenas propiedades tecnológicas mecánicas.
En el proceso de soldadura, las chapas 3 son fundidas por el láser 13 o soldadas a través, y al mismo tiempo se desprende o evapora el revestimiento de zinc de las chapas 3. Durante el subsiguiente proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector se rellena o cierra la soldadura láser o huella láser mediante la alimentación de material de aportación, y se sueldan fuertemente entre sí las chapas 3.
A continuación se describen parámetros y/o ajustes para la demostración y la aplicación del procedimiento. Éstos muestran únicamente una variante para una determinada aplicación y se pueden modificar para otras aplicaciones, en particular para otras chapas.
Se obtienen por ejemplo unos resultados de soldadura muy buenos en el caso de uniones entre dos chapas, especialmente con un cordón en ángulo en la junta de solape o con una soldadura a tope o una soldadura de calado en la junta de solape, efectuándose las uniones de chapas entre 0,5 y 2 mm en chapas galvanizadas electrolíticamente y en chapas galvanizadas por inmersión. Se elige un diámetro de foco de 0,4 a 1,4 mm, pudiendo ser la distancia entre el foco y la incidencia del material de aportación (distancia del proceso de soldadura) de 0 a 5 mm. La potencia del láser P_{L} está entre 3 y 4 kW. Los ajustes en la fuente de corriente de la unidad de atmósfera de gas protector pueden realizarse del modo siguiente:
V_{D} (Velocidad de avance del hilo de soldadura) = 1 a 10 m/min;
d_{D} = (Diámetro del hilo de soldadura) = 1,0 a 1,2 mm;
I (Intensidad de la corriente de soldadura ) = entre 40 y 260 A
Para estas aplicaciones se pueden utilizar tanto gases de dos componentes como gases de tres componentes. Un gas de dos componentes puede estar compuesto por ejemplo por un 96% de Ar y un 4% de O_{2}, o un gas de tres componentes como p.ej. el DIN EN 439 - M14 (82% en volumen Ar. + 14% en volumen CO_{2} + 4% en volumen O_{2}), con variaciones de \pm 3%.
Para las chapas 3 más empleas en la industria del automóvil se puede efectuar por ejemplo por ejemplo un ajuste del proceso de soldadura tal como se explica en los dos ejemplos 1 y 2 (allí v_{s es} la velocidad de soldadura, v_{D} la velocidad de avance del hilo, I la intensidad de la corriente de soldadura, U la tensión de soldadura y P_{L} la potencia del láser.
\newpage
Ejemplo 1 Revestimiento electrolítico de zinc ZE75/75 según EN 10152 Soldadura de calado en la junta de solape:
Hilo de soldadura: SAF DUAL ZN®
v_{s}:
3 m/min
I:
50A
V_{D}:
1,6 m/min
U:
12,2 V
Distancia = 2 mm
P_{L}:
3,9 kW
Diámetro del foco: 0,8 mm.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2 Revestimiento de zinc galvanizado por inmersión Z 100: espesor de la capa de zinc = 7,5 \mum Cordón a tope:
Hilo de soldadura: SAF DUAL ZA®
V_{s}:
2,4 m/min
I:
50 A
V_{D}:
1,6 m/min
U:
12,2 V
Distancia = 2 mm
P_{L}:
3,9 kW
Diámetro del foco: 0,8 mm.
\vskip1.000000\baselineskip
Con esto se obtienen unos cordones de soldadura muy buenos y sobre todo estancos, que se pueden realizar en una sola fase de trabajo, es decir en un proceso de soldadura mediante el proceso de soldadura láser-híbrido, sin que sea necesario un trabajo de repaso del cordón de soldadura. Naturalmente se pueden obtener los mismos resultados de soldadura modificando uno o varios parámetros. Por ejemplo mediante la modificación de parámetros relacionados entre sí tales como por ejemplo la velocidad de transporte del hilo de soldadura (v_{D}), la amplitud de la intensidad de corriente de soldadura (I), etc. se puede obtener de nuevo la misma buena calidad de soldadura, de modo que los ajustes sólo se deben considerar como puntos de referencia. También existe la posibilidad de registrar las rutinas correspondientes en una memoria del equipo de soldadura, mediante las cuales se puede efectuar un ajuste automático de la instalación. Por ejemplo, al modificar un parámetro, la instalación puede determinar y ajustar automáticamente los restantes parámetros para obtener de nuevo los mejores resultados posibles de soldadura.
En la Fig. 2 se ha representado mediante un diagrama de intensidad-tiempo 14, un diagrama de tensión-tiempo 15 y un diagrama de movimiento-tiempo 16 el desarrollo en el tiempo del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, en particular de un proceso de soldadura de transferencia de metal en frío, de forma simplificada y esquemática. También se ha representado en un diagrama independiente de intensidad de corriente-tiempo 17 el proceso láser combinado, así como para explicación una vista en planta 18 de las chapas 3 que se han de soldar o que están soldadas. Los diagramas del proceso de soldadura atmósfera de gas protector no se han representado a escala en proporción con el diagrama de intensidad de corriente-tiempo 17 del láser 13 o respecto a la vista en planta 18 de las chapas. Los diagramas sirven únicamente para mostrar el desarrollo o secuencia en el tiempo de la soldadura bajo atmósfera de gas protector para una parte de un cordón de soldadura 22, mientras que en el proceso láser se ha representado una reproducción del desarrollo en el tiempo para la formación de los cordones de soldadura 22 en las chapas 3.
Al comienzo del proceso de soldadura láser híbrido, que no entra dentro del objeto del procedimiento conforme a la invención, se activa en el momento 19 el láser 13 por la unidad láser 4, con lo cual se funden o sueldan de lado a lado las chapas 3, y al mismo tiempo se evapora el revestimiento de zinc de las chapas 3. En la zona próxima del láser 13, es decir, visto en la dirección de soldadura inmediatamente después del láser 13, está dispuesta la unidad de atmósfera de gas protector 5. Después de cebado el láser 13 o al mismo tiempo que se activa el láser 13 se lleva a cabo la fase de inicio para el cebado del arco eléctrico en el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, moviendo para ello el hilo de soldadura en un momento 21 en sentido hacia la pieza, es decir hacia las chapas 3, de acuerdo con la flecha 20, hasta establecer contacto con éstas. Al producirse el contacto del hilo de soldadura 12 con las chapas 3 se produce un cortocircuito. A continuación se lleva a cabo un aumento de la intensidad de corriente I de tal modo que se impide la fusión del hilo de soldadura 12. Mediante la subsiguiente retirada del hilo de soldadura 12 en el sentido de la flecha 23 se ceba un arco eléctrico 24. Una fase de cebado o inicio de esta clase para el arco eléctrico 4 se conoce también bajo el concepto de cebado Lift-Arc.
En el momento 25 ha concluido la fase de cebado o inicio para el arco eléctrico 24 del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, y tiene lugar entonces un aumento de la intensidad de corriente y al mismo tiempo un movimiento de avance del hilo de soldadura 12 en el sentido hacia las chapas 3. Debido al aumento de intensidad de corriente se forma ahora al final del hilo de soldadura 12 una gota 26, que se desprende en el momento 27 al establecerse un nuevo contacto del hilo de soldadura 12 con las chapas 3 o con el baño fundido que había sido formado por el arco eléctrico 24, y el subsiguiente movimiento de retroceso del hilo de soldadura 12. Durante el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector el hilo de soldadura 12 realiza un constante movimiento de avance y retroceso. Dado que el desprendimiento de la gota de soldadura 26 tiene lugar sin aumento de la intensidad de corriente, se aporta con este proceso poca energía a las chapas, en particular poca energía térmica. Naturalmente se puede combinar en el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector el proceso de transferencia de metal en frío también con otros procesos de soldadura conocidos, en particular mediante un proceso de soldadura por impulsos, y realizar alternativamente un proceso de transferencia de metal en frío y un proceso de impulsos.
Tal como ya se ha mencionado, las chapas 3 son fundidas o soldadas de lado a lado por el láser 13, y además se desprende o evapora el revestimiento de zinc de las chapas 3. Mediante el subsiguiente proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector se rellena o cierra la soldadura láser o la huella láser mediante la alimentación de material de aportación. Para ello se alimenta el material de aportación con una aportación de energía lo más reducida posible, ya que el paso de la gota tiene lugar en cortocircuito sin aumento de la intensidad de corriente, de modo que las chapas 3 vuelven a estar soldadas firmemente entre sí. Mediante esta alimentación especial de material de aportación mediante el proceso de transferencia de metal en frío se consigue que el cordón de soldadura se pueda mantener con una anchura muy estrecha, ya que por medio del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector se causa únicamente una escasa fusión adicional de las chapas 3.
Durante un inicio retardado del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector se puede ajustar un parámetro en el equipo de soldadura o en el dispositivo de control del equipo de soldadura. El dispositivo de control calcula el retardo de tiempo a partir de la distancia que se ha introducido entre la unidad láser 4 y la unidad de atmósfera de gas protector 5 y la velocidad de soldadura que se ha definido, y por lo tanto se activa o desactiva el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector automáticamente respecto al láser 13.
La Fig. 3 muestra un ejemplo de un proceso láser-híbrido, que no cae dentro del objeto del procedimiento conforme a la invención, con un láser 13 y un proceso de soldadura por impulsos, estando representado ahora de forma simplificada y esquemática mediante un diagrama de tiempo-intensidad de corriente 28, un diagrama de tiempo-tensión 29 y un diagrama de tiempo-movimiento 30 el desarrollo en el tiempo del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, en particular de un proceso de soldadura por impulsos. Igualmente se ha representado el proceso láser en un diagrama de tiempo-intensidad de corriente 31, y para aclaración una vista en planta 32 sobre las chapas 3 que se han de soldar o que están soldadas. También en este caso los diagramas del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector no están representados a escala respecto al diagrama de intensidad de corriente-tiempo 31 del láser 13 o respecto a la vista en planta 32 de las chapas 3, y muestran únicamente el desarrollo o la secuencia en el tiempo de la soldadura bajo atmósfera de gas protector para una parte de un cordón de soldadura 22, mientras que en el proceso láser está representada una reproducción del desarrollo en el tiempo para la formación de los cordones de soldadura 22 sobre las chapas 3.
En el momento 33 se activa el láser 13 y mediante éste se funden o sueldan de lado a lado las chapas 3 y se evapora el revestimiento de zinc de las chapas 3. Después de cebar el láser 13 o al mismo tiempo que se arranca el láser 13 se lleva a cabo la fase de cebado o inicio del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, desplazándose el hilo de soldadura 12 en un momento 34 en el sentido de la pieza, es decir de las chapas 3, en el sentido de la flecha 20 hasta establecer contacto con éstas. Cuando el hilo de soldadura 12 establece contacto con las chapas 3 se forma un cortocircuito, produciéndose un aumento de la intensidad de corriente I de tal modo que se impide la fusión del hilo de soldadura 12. Mediante la subsiguiente retirada del hilo de soldadura 12 en el sentido de la flecha 23 se ceba el arco 24, desplazando para ello el hilo de soldadura 12 a una posición de partida definida. La fase de cebado o inicio para el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector queda así concluida. Tal como ya se ha mencionado anteriormente, esta fase de cebado o inicio también se conoce bajo el concepto de cebado Lift-Arc. En el momento 25, es decir después de la fase de cebado o inicio, tiene lugar ahora un aumento de la intensidad de corriente I y al mismo tiempo un movimiento de avance continuo del hilo de soldadura 12 en el sentido hacia las chapas 3. Al final del hilo de soldadura 12 se forma una gota 26 que en el momento 34 se desprende del hilo de soldadura 12, pudiendo iniciarse el desprendimiento por ejemplo mediante un impulso de corriente. Reduciendo la intensidad de corriente I y aumentándola de nuevo se forma otra vez una gota 26, que se desprende del hilo de soldadura secuencialmente en el tiempo.
Las Fig. 4 a 6 muestran ahora en una representación simplificada y esquemática diferentes formas de cordón de soldadura en una vista en sección lateral, donde en la Fig. 5 está representado un cordón de soldadura obtenido mediante un procedimiento de soldadura convencional. Con el procedimiento de soldadura conforme a la invención se pueden efectuar naturalmente todas las formas de cordón conocidas en la técnica de soldadura, si bien en la descripción se tratará únicamente de dos formas de cordón diferentes, ya que las restantes formas de cordón se pueden deducir de esta descripción.
En la Fig. 4 está representada de forma simplificada una sección de un cordón en ángulo 35. Las chapas 3 están dispuestas solapadas y sin intersticio o prácticamente sin intersticio. El láser 13 se orienta sobre un punto 36 de las chapas 3. La energía o intensidad del láser y los parámetros de soldadura bajo atmósfera de gas protector dependen de las chapas 3 que se trata de soldar, y pueden ser ajustadas por ejemplo por el usuario en una fuente de corriente láser y en el equipo de soldadura o en el dispositivo de control del equipo de soldadura. Mediante el láser 13 se efectúa una penetración en las chapas 3, a continuación de lo cual el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector subsiguiente al proceso láser 13 realiza mediante el material de aportación, es decir del hilo de soldadura 12, un cordón de soldadura 37 en forma de cordón en ángulo 35 a lo largo de las chapas 3, cerrando así totalmente la penetración del láser. A efectos de claridad se han representado el láser 13 y el hilo de soldadura con línea de trazos. La ventaja consiste en que el hilo de soldadura 12 empleado presenta un contenido de zinc mediante el cual se combina el revestimiento de zinc de las chapas 3, y por este motivo no puede "acumularse" ningún zinc. En los procesos de soldadura conocidos por el estado de la técnica para chapas zincadas 3, el zinc es "empujado" delante del láser 13 y/o del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, pudiendo estas acumulaciones de zinc auténticamente explotar. Por este motivo pueden producirse inclusiones o agujeros o cráteres en el cordón de soldadura 37 que después hay que repasar con una soldadura independiente para crear un cordón de soldadura estanco. En cambio en este procedimiento y mediante la combinación del zinc se crea un cordón de soldadura 37 estable o más estable y compacto. Por lo tanto no se forman inclusiones, agujeros, cráteres, etc. en el cordón de soldadura 37 y se crea por lo tanto un cordón de soldadura estanco en una sola fase de trabajo.
La Fig. 5 muestra un ejemplo del estado de la técnica con una sección a través de un cordón en I 3 de forma simplificada 8, que ha sido soldado únicamente con un proceso de soldadura láser. Para ello el láser 13 o el foco del láser 3 está dirigido preferentemente sobre un borde superior 39 o superficie de la chapa 3 situada encima. En el ejemplo de realización representado se emplea únicamente el láser 13, tal cómo es usual. Debido al revestimiento de zinc de las chapas 3 se forma durante la soldadura mediante el láser 13 una acumulación de zinc delante del láser 13, debido a la cual se forman inclusiones 40, agujeros o cráteres en el cordón de soldadura 37. Por este motivo se influye esencialmente en la calidad del cordón de soldadura, en particular se empeora.
La Fig. 6 muestra ahora un cordón I 38 soldado por el procedimiento de soldadura láser-híbrido, que no entra dentro del objeto del procedimiento conforme a la invención. Tal como se ha descrito anteriormente, el láser 13 va adelantado, estando situado el foco del láser 13 preferentemente en la superficie 39 de la primera chapas. Mediante el láser 13 se funden o sueldan de lado a lado las chapas 3, y el subsiguiente proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector coloca encima un cordón de soldadura 37 exento de inclusiones. Esto se consigue por el hecho de que los materiales de aportación del hilo de soldadura 12 actúan de forma ventajosa conjuntamente con el revestimiento de las chapas 3 o con el baño de material fundido. De este modo resulta posible obtener un cordón de soldadura 37 esencialmente mejorado en el cual queda garantizado en una sola fase de trabajo un cordón de soldadura 37 estable y compacto.
Las Fig. 7 y 8 muestran ahora una fase de inicio y el inicio para el proceso de soldadura láser-híbrido conforme a la invención, en una representación esquemática y simplificada. Allí se realiza por lo menos un proceso láser mediante el láser 13, y un proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, en particular mediante una unidad de atmósfera de gas protector MIG/MAG 5. El láser 13 precede al proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, estando posicionado el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector en la zona próxima al láser 13. Por medio del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector se alimenta un material de aportación o un hilo de soldadura 12 a un punto de soldadura.
Durante el inicio del proceso, cuando el cabezal de soldadura láser-híbrido 1 se encuentra en su posición de partida 46, se ajusta el foco 47 del láser 13 a una distancia definida 42 respecto a la superficie 41 de la chapa 3, a continuación de lo cual el láser 13 realiza un movimiento longitudinal 44 preajustable en sentido hacia la unidad de atmósfera de gas protector 5, es decir hasta una posición de retroceso 48, volviendo a continuación a la posición de partida 46. Durante el movimiento de avance y retroceso del láser 13, es decir durante el movimiento longitudinal 44, tal como está representado esquemáticamente por una doble flecha, se regula la potencia del láser de tal modo que el revestimiento 45 de la chapa 3 se evapora o funde, y por lo tanto la superficie 41 de la chapa 3 situada encima queda limpiada por el láser 13 de impurezas y/o revestimientos.
La distancia 42 del foco 47 a la chapa 3 se elige ventajosamente de modo que el láser 13 forme en la chapa 3 una huella lo más ancha posible, sirviendo esta huella a continuación como superficie de cebado para el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, tal como se describirá con mayor detalle más adelante. En el caso de una distancia reducida o al situar el foco 47 en la superficie 41 de la chapa 3 se crea una huella láser estrecha, mientras que en el caso de que haya una distancia mayor 42 respecto a la superficie 41 de la chapa 3 se consigue una huella láser o superficie de cebado 43 más ancha. Para esto sin embargo es preciso cerciorarse de que el foco 47 se elige de tal modo que tenga lugar la fusión o evaporación de por lo menos el revestimiento 45.
Después de activar el láser 13, el cabezal de soldadura láser-híbrido 1 lleva a cabo un movimiento longitudinal 44 preajustable en sentido hacia la unidad de atmósfera de gas protector 5, y a continuación de vuelta a la posición de partida 46, estando representado para mayor claridad el cabezal de soldadura láser-híbrido 1, en particular el láser 13 y la unidad de atmósfera de gas protector 5 con línea de trazos en la posición de partida, y con línea de trazos y puntos en la posición final del proceso de limpieza. Durante el desplazamiento longitudinal 44 el láser 13 recorre una distancia 49 preajustada o ajustable. La distancia 49 está elegida en función de una distancia 50 entre el láser 13 y la unidad de atmósfera de gas protector 5, de modo que durante el subsiguiente cebado de un arco eléctrico 24, durante el cual el cabezal de soldadura láser-híbrido 1 se encuentra en su posición de partida 46, éste se ceba en la zona de la chapa fundida 3, es decir de la superficie de cebado 43. El láser 13 o el cabezal de soldadura láser-híbrido 1 realiza por lo menos un desplazamiento longitudinal 44 hasta la unidad de atmósfera de gas protector 5. Para garantizar la seguridad de cebado del proceso de atmósfera de gas protector se puede efectuar el movimiento longitudinal 44 también más allá de la unidad de atmósfera de gas protector 5. De este modo se asegura que durante el cebado, el arco eléctrico 24 se ceba en la zona de cebado 43 que se ha creado.
Después de terminar la fase de inicio, cuando el cabezal de soldadura láser-híbrido 1 se encuentra en su posición de partida 46, se inicia ahora el proceso de soldadura. Por ejemplo se inician simultáneamente o de forma consecutiva el proceso láser y el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector. El cebado del arco eléctrico 24 tiene lugar sobre la superficie de cebado 43 preparada por el láser 13. La distancia 50 entre el proceso láser y el proceso de soldadura está preferentemente entre 0 y 15 mm, preferentemente entre 0 y 6 mm. En este caso es posible que simultáneamente o a continuación del inicio del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector se modifique la potencia del láser pasando a la potencia preajustada para el proceso de soldadura que se ha de realizar a continuación.
El movimiento de la antorcha de soldadura láser híbrida 5 puede efectuarse por medio de un robot. Esta fase de inicio se puede emplear naturalmente también con una antorcha láser híbrida conducida a mano, para lo cual el usuario realiza primero sólo el movimiento longitudinal 44 con el proceso láser y a continuación posiciona la antorcha láser-híbrida conducida a mano encima de la superficie de cebado 43 que se ha creado, de modo que se pueda iniciar el proceso de soldadura propiamente dicho.

Claims (7)

1. Procedimiento para iniciar un proceso de soldadura láser híbrido para la soldadura de chapas revestidas (3), efectuando por lo menos un proceso láser con un láser (13) y un proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector con una unidad de atmósfera de gas protector (5), precediendo el proceso láser al proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector, y posicionando el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector en las proximidades del láser (13), alimentando mediante el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector un material de aportación al punto de soldadura, caracterizado porque durante el inicio del proceso láser se ajusta el foco (47) del láser (13) a una distancia definida (42) respecto a la superficie (41) de la primera chapa (3) vista desde el láser (13), realizando el láser (13) un movimiento longitudinal (44) preajustable en sentido hacia la unidad de atmósfera de gas protector (5) y a continuación de retroceso a la posición de partida (46), donde durante el movimiento de avance-retroceso del láser (13) se regula la potencia del láser de tal modo que se evapora o funde el revestimiento (45) de las chapas (3), y con ello se limpia de impurezas y/o revestimientos por medio del láser (13) la superficie (41) de la primera chapa vista desde el láser (13).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el foco (47) del láser después del movimiento de avance/retroceso del láser (13) una vez terminada la fase de inicio se modifica, pasando a una distancia (42) respecto a la superficie (41) de la primera chapa (3) vista desde el láser (13), ajustada o definida para el proceso de soldadura láser.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque después de terminar la fase de inicio se inicia el proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector y tiene lugar el cebado del arco eléctrico (24).
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque simultáneamente o a continuación del inicio del proceso de soldadura bajo atmósfera de gas protector se modifica la potencia del láser pasando a la potencia preajustada para el proceso de soldadura a realizar a continuación.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la distancia (49) recorrida para el desplazamiento longitudinal (44) en la fase de inicio se elige en función de una distancia (50) entre el láser (13) y la unidad de atmósfera de gas protector (5), de modo que se ceba el arco eléctrico (24) en la zona de la chapa (3) que ha sido fundida por el láser (13).
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la distancia (49) esta entre 0 y 15 mm, preferentemente entre 0 y 6 mm.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el movimiento de la antorcha de soldadura láser-híbrida (1) tiene lugar controlado por robot.
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