ES2316208B1 - Mejoras para procedimiento de soldadura aluminotermica con crisol y molde de un solo uso, y aparato para puesta en practica de dichas mejoras. - Google Patents
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Abstract
Mejoras para procedimiento de soldadura
aluminotérmica con crisol y molde de un solo uso, y aparato para
puesta en práctica de dichas mejoras; comprendiendo el
procedimiento el posicionamiento de un molde de arena con
aglomerantes en la zona de unión entre las piezas a soldar; el
precalentamiento mediante aparato quemador calibrado de una mezcla
de gas combustible y aire inducido u oxígeno con una boquilla que
se introduce por el cazo de colada del molde; y la colocación del
crisol sobre el molde para iniciar la reacción aluminotérmica con
vertido del metal fundido al molde tras la apertura de un
dispositivo de destape automático del crisol; donde el
precalentamiento se realiza mediante un aparato quemador de una
mezcla de combustible con un caudal esencialmente constante de aire
soplado por turbina motorizada, en orden a obtener una mayor
temperatura de combustión manteniendo la calibración o estabilidad
del calor aportado.
Description
Mejoras para procedimiento de soldadura
aluminotérmica con crisol y molde de un solo uso, y aparato para
puesta en práctica de dichas mejoras.
La presente invención se refiere a unas mejoras
para procedimiento de soldadura aluminotérmica con crisol y molde
de un solo uso, y aparato para puesta en práctica de dichas
mejoras.
La soldadura aluminotérmica es una soldadura por
fusión, en la que el metal de aporte y gran parte del calor
necesario se obtiene por la reacción de una porción aluminotérmica
de granos en proporciones muy precisas de aluminio, óxido de hierro
y elementos aleantes dentro de un crisol, dando como resultado un
acero en fase líquida a una temperatura muy superior a los 2000ºC,
precisándose un iniciador de la reacción.
Este acero a alta temperatura es el que se
utiliza para soldar los carriles. La soldadura resultante debe
tener unas características muy precisas especificadas en las
normativas de las administraciones ferroviarias. Estas
características son básicamente una dureza en soldadura similar a
la del carril y una duración no inferior a la vida útil de
este.
La utilización de la soldadura aluminotérmica en
la obtención de barra larga se inició masivamente a mediados del
pasado siglo, pero los procedimientos utilizados han ido
evolucionando a lo largo del tiempo. El sentido de esa evolución
tecnológica siempre ha estado marcado por dos directrices: aumento
de la calidad-fiabilidad y aumento de la facilidad
de aplicación.
El acero de los carriles tiene el carbono
equivalente muy elevado y por tanto, está clasificado como "no
soldable". Es decir, que para hacerlo con éxito hay que regular
la velocidad de enfriamiento para que sea inferior a la crítica.
Por tanto, siempre es necesario un precalentamiento.
En los primeros sistemas de soldadura, en los
que la metalurgia aluminotérmica no estaba tan avanzada, la
técnica era de precalentamiento a 900°C seguido de colada indirecta
de acero aluminotérmico. Se obtenían soldaduras de calidad siempre
que el precalentamiento fuera correcto. La operación de
precalentamiento era, pues crítica, dependía de la habilidad del
soldador y su vista para apreciar la temperatura del carril (color
rojo cereza).
En los últimos años, con técnicas de fabricación
y diseño mas avanzado en porciones aluminotérmicas, se han
utilizado procedimientos de colada directa en los que el
precalentamiento deja de ser crítico. El precalentamiento se
realiza con quemadores calibrados, cuyo calor de aporte es
conocido, en los que sólo es necesario controlar el tiempo.
En realidad hay dos fases de precalentamiento,
la primera, con llama de combustión de gases y la segunda por el
primer acero aluminotérmico que cae en la colada directa con un
efecto altamente "dinámico". Es evidente, que con estos
procedimientos se reduce mucho la incidencia de la habilidad del
soldador en el resultado de la soldadura.
Un último paso se ha dado con la utilización del
crisol de reacción de un solo uso, puesto que hasta hace poco
tiempo la reacción de la porción se realizaba en un crisol
refractario de magnesita reutilizable.
El inconveniente de la situación actual es que
los quemadores mediante los que se efectúa el precalentamiento, o
bien son de tipo propano e aire inducido, seguros pero poco
potentes con lo cual se alargan los tiempos de precalentamiento, o
bien de oxígeno-propano, muy potentes pero que
propician la aparición de microrrechupes en la soldadura una vez
enfriada.
Estos inconveniente se subsanan con las mejoras
que propone la invención y su aparato de puesta en práctica.
El procedimiento actual de soldadura
aluminotérmica con crisol y molde de un solo uso comprende la
colocación del molde en la zona de la soldadura, el
precalentamiento calibrado con aparato quemador de una mezcla de
gas combustible con aire u oxígeno y el posicionamiento del crisol
con los reactivos e inicio de la reacción aluminotérmica, con su
vertido en el molde transcurrió el tiempo determinado por un
dispositivo de destape automático dispuesto en el orificio de
salida del crisol dispuesto inferiormente.
Dadas las carencias que presentan los sistemas
de precalentamiento utilizados con este procedimiento y descritas
al capítulo de antecedentes, la mejora que la invención propone
consiste en efectuar dicho precalentamiento mediante un aparato
quemador de una mezcla de combustible con un caudal esencialmente
constante de aire soplado mediante turbina motorizada, pudiendo ser
el combustible utilizado propano o gasolina preferentemente.
Gracias al aporte extra de aire se consigue un
aumento del calor de combustión en comparación con el sistema
propano-aire inducido, pero menor que el producido
por el sistema oxígeno-propano, en condiciones por
tanto óptimas para utilizar unos tiempos de precalentamiento
aceptables y sin perjudicar la calidad de la soldadura por excesos
de calor.
Por otra parte, y dadas las necesidades de
calibración del quemador, esto es, la necesidad aporte constante de
calor, se elige una turbina para producir el flujo aire soplado, ya
que una turbina no presenta variaciones significativas del flujo
generado aunque se presenten leves variaciones de la velocidad de
su motor de accionamiento, por lo que igualmente se mantendrá
constante el calor de la combustión.
La figura 1 muestra una vista explotada de un
dispositivo usual de soldadura aluminotérmica de carriles.
La figura 2 muestra una vista en detalle de la
figura 1, donde aparece el molde montado sobre los carriles.
La figura 3 muestra una vista de la figura con
el molde montado y el crisol colocado sobre el mismo.
Las figuras 4, 5 y 6 muestran sendas vistas de
diversas variantes de realización del aparato quemador utilizado
según la invención.
En el procedimiento usual de soldadura
aluminotérmica de los perfiles 1, 1' constitutivos de un carril
ferroviario se posiciona, abrazando la zona de soldadura, un molde
2 de arena con aglomerantes constituido por una base 3 y dos
laterales 4, 4', quedando fijado el conjunto mediante unas
enganches 5 de los laterales a la base y unas placas 6 portamoldes
sobre las que ejerce presión una mordaza 7 para mantener unido el
conjunto.
Una vez colocado el molde se realiza un
precalentamiento durante un tiempo determinado mediante un aparato
quemador calibrado, esto es, cuya combustión aporta un calor
esencialmente constante, aparato provisto de una boquilla de
combustión de la configuración adecuada para introducirse por el
cazo de colada 9 del molde y efectuar el precalentamiento.
Posteriormente se coloca el crisol 10 de arena con aglomerantes con
los reactivos sobre el molde, como se muestra en la figura 3,
apoyado sobre unos zócalos 11 emergentes de las placas portamoldes
en este ejemplo no limitativo de la invención, y se inicie la
reacción aluminotérmica, produciéndose la salida del metal fundido
a través de un orificio inferior del crisol, no representado,
obturado mediante un dispositivo de destape automático, tampoco
representado, que se abre transcurrido un determinado retardo para
terminar la reacción y producir un cierto enfriamiento en algunos
casos. Como el orificio de salida del crisol está dispuesto sobre
el cazo de colada, el metal fundido a alta temperatura accede al
molde, quedando la soldadura terminada una vez enfriada y retirado
del
molde.
molde.
El aparato quemador utilizado en la actualidad
es un quemador de propano con aire inducido u oxígeno, con poca
potencia en el primero de los casos y excesiva en el segundo. Por
esta razón la invención propone la realización del precalentamiento
mediante un aparato quemador 8 de una mezcla de combustible
(propano o gasolina) con un caudal esencialmente constante de aire
soplado mediante turbina. El aporte extra de aire a la combustión
por el soplado de la turbina aumenta el calor producido en aquella,
realizando el precalentamiento en un tiempo razonable pero sin
excesos de calor que propicien la aparición de microrrechupes en la
soldadura.
Se ha elegido una turbina para generar el
soplado porque proporciona un flujo de aire esencialmente
constante pesar de que puedan existir variaciones en la velocidad
de rotación de la turbina, debidas por ejemplo a alteraciones en la
alimentación de su motor de accionamiento. Esta estabilidad es
necesaria para mantener la calibración o cantidad de calor
constante del quemador.
El aparato quemador 8 está constituido por una
estructura 12 portable mediante asas 13, que monta la turbina 14 y
su motor 15 de accionamiento, una toma de aspiración 16 del aire
para la turbina y una tobera 17 donde se realiza la mezcla del aire
soplado con el combustible, que puede ser propano suministrado
desde una bombona externa, no representada, a través de una
manguera 18, o bien gasolina que se puede almacenar en un depósito
19 montado igualmente la estructura 12. A la salida de la tobera 17
la mezcla se canaliza 19 hacia la boquilla 20 que se introduce por
el cazo de colada 9.
Descrita suficientemente la naturaleza de la
invención, así como la manera de realizarse en la práctica, debe
hacerse constar que las disposiciones anteriormente indicadas y
representadas en los dibujos adjuntos son susceptibles de
modificaciones de detalle en cuanto no alteren el principio
fundamental.
Claims (4)
1. Mejoras para procedimiento de soldadura
aluminotérmica con crisol y molde de un solo uso; del tipo de
procedimiento que comprende el posicionamiento de un molde de arena
con aglomerantes en la zona de unión entre las piezas a soldar,
usualmente carriles ferroviarios; el precalentamiento durante un
determinado tiempo, y mediante aparato quemador calibrado de una
mezcla de gas combustible y aire inducido u oxígeno provisto de una
boquilla de combustión que se introduce por el cazo de colada del
molde; y la colocación de un crisol de arena con aglomerantes sobre
el molde tras el precalentamiento, embocando su orificio de salida
provisto de un dispositivo de destape automático el cazo de colada
del molde, para iniciar la reacción aluminotérmica, con vertido del
metal fundido a alta temperatura en el molde tras la apertura del
dispositivo de destape automático; caracterizadas porque el
precalentamiento se realiza mediante un aparato quemador de una
mezcla de combustible con un caudal esencialmente constante de aire
soplado por turbina motorizada, en orden a obtener una mayor
temperatura de combustión manteniendo la calibración o estabilidad
del calor aportado.
2. Mejoras según reivindicación 1
caracterizadas porque el combustible utilizado se encuentra
seleccionado entre: propano, o gasolina.
3. Aparato para puesta en práctica de unas
mejoras para procedimiento de soldadura aluminotérmica con crisol
y molde de un solo uso caracterizado porque comprende una
estructura con medios tales como asas para su transporte, donde se
monta la turbina y su motor de accionamiento, una toma de
aspiración de la turbina y una tobera de mezcla del combustible con
el aire soplado y que se comunica con la boquilla de
combustión.
4. Aparato según reivindicación 3
caracterizado porque en la estructura se monta un depósito
para almacenamiento del combustible.
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