ES2344206T3 - Procedimiento de obturacion, mediante soldadura por friccion, de un agujero de una pieza metalica, utilizacion de una barra metalica y de una pieza de soporte del cojinete para la puesta en practica de procedimiento. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de obturación, mediante soldadura por fricción, de un agujero (2), que se extiende de modo global según un eje (5), de una pieza metálica (1), no estando disponible un espacio de liberación en el eje (5) del agujero (2), debido al menos a un obstáculo (6) sobre este eje (5), en el que una barra metálica (3), que se extiende de modo global según un eje (4), se hace girar alrededor de su eje (4) y se introduce en el agujero (2) para soldar la misma por fricción, caracterizado por el hecho de que el eje (4) de la barra (3) está inclinado respecto al eje (5) del agujero (2) un ángulo (α) no nulo para evitar el obstáculo (6).

Description

Procedimiento de obturación, mediante soldadura por fricción, de un agujero de una pieza metálica, utilización de una barra metálica y de una pieza de soporte del cojinete para la puesta en práctica de procedimiento.

La invención se refiere a un procedimiento de obturación, mediante soldadura por fricción, de un agujero de una pieza metálica. Dicho procedimiento se conoce por el documento GB-A-2306365.

El procedimiento de obturación de agujeros mediante soldadura por fricción, más conocido por la expresión inglesa "friction plug welding", se utiliza para obturar agujeros en una pieza metálica, en general agujeros circulares que desembocan en cada lado de la pieza, que tienen forma troncocónica o cilíndrica. Este procedimiento se utiliza cuando se desea limitar la pérdida de características mecánicas, con relación a las características mecánicas de la pieza de origen, al nivel de la zona de obturación del agujero.

Una barra metálica, generalmente de la misma naturaleza que el material de la pieza, se hace girar y se introduce, bajo la acción de una fuerza controlada, en el agujero a obturar, manteniéndose fija la pieza que contiene este último, perpendicularmente a la superficie de la pieza en la zona del agujero.

Las fricciones entre la barra y la pared del agujero de la pieza provocan el calentamiento de los dos materiales, su plastificación y después su soldadura en fase sólida. Se forman dos rebordes a cada lado de la pieza. Entonces, basta con mecanizar la barra y los rebordes en cada lado de la pieza para volver a conseguir la misma con su forma de origen, teniendo su agujero obturado.

Gracias al procedimiento de obturación mediante soldadura por fricción, es posible, por ejemplo, reparar los agujeros que se ovalan de la brida de un turborreactor: los agujeros ovalados, después de haber sido mecanizados convenientemente, se obturan gracias al procedimiento y después se perforan, de nuevo, a una forma correcta.

Sin embargo, debido a la forma de los diversos cárteres de un turborreactor y al reparto de las bridas por su superficie, particularmente, ciertas bridas no son accesibles para la barra metálica dentro del alcance del procedimiento. En efecto, dicha barra, unida a su máquina de accionamiento, debe estar orientada perpendicularmente a la superficie de la brida; la misma no puede permitir por lo tanto la puesta en práctica del procedimiento si no está disponible un espacio suficiente de liberación en el eje del agujero, por ejemplo debido a obstáculos sobre este eje, tales como otras bridas. De esta manera, ciertos agujeros no se pueden obturar por el procedimiento de obturación mediante soldadura por fricción debido a problemas de accesibilidad.

Para paliar esta laguna, dichos agujeros de brida se pueden obturar con la ayuda de un tapón metálico mecanizado, fijado gracias a una cuña, pero es casi imposible entonces perforarlo de nuevo.

Se podría desarrollar también un mecanismo de reenvío de ángulo para la barra metálica, pero tal mecanismo es costoso.

Igualmente, es factible desarrollar una máquina miniaturizada de obturación para soldadura por fricción, pero tal desarrollo y la puesta en práctica de dicha máquina son igualmente muy costosos.

Por lo tanto, es igualmente poco práctico o costoso poner en práctica un procedimiento de obturación de agujeros mediante soldadura por fricción sobre las bridas alejadas del emplazamiento de la máquina que soportan la barra de soldadura.

La presente invención tiene por objeto proporcionar un procedimiento de obturación mediante soldadura por fricción que permite alcanzar los elementos difíciles de acceso.

A este efecto, la invención se refiere a un procedimiento de obturación, mediante soldadura por fricción, de un agujero, que se extiende de modo global según un eje, de una pieza metálica, no estando disponible un espacio de liberación en el eje del agujero, debido al menos a un obstáculo sobre este eje, en el que una barra metálica, que se extiende de modo global según un eje, se hace girar alrededor de su eje y se introduce en el agujero para soldar la misma por fricción, caracterizado por el hecho de que el eje de la barra está inclinado respecto al eje del agujero un ángulo no nulo para evitar el obstáculo.

Gracias al procedimiento de la invención, es posible evitar obstáculos, que estorban en la puesta en práctica de la obturación de un agujero mediante soldadura por fricción, orientando convenientemente la barra respecto al agujero y a los obstáculos.

La firma solicitante ha descubierto que, preferentemente, el ángulo entre el eje de la barra y el eje del agujero debe ser inferior o igual a 11º.

Ventajosamente, la barra comprende una cabeza de soldadura de dimensiones mínimas para asegurar la soldadura por fricción, y una barra rígida de diámetro menor que el de la cabeza y que soporta la misma.

Ventajosamente además, la barra está soportada, en un extremo, por una máquina de accionamiento, y al menos en un punto entre sus dos extremos, por un cojinete intermedio.

La invención se aplica particularmente a un procedimiento de obturación, mediante soldadura por fricción, de un agujero de una brida, de aleación de aluminio, de un cárter de un turborreactor, pero la firma solicitante no pretende limitar el alcance de sus derechos a esta única aplicación.

La invención se refiere además a la utilización de una barra metálica para la puesta en práctica del procedimiento descrito anteriormente, comprendiendo la barra una cabeza de soldadura y una varilla rígida de diámetro menor que el diámetro de la cabeza.

La invención se refiere igualmente a la utilización de una pieza de soporte de cojinete para la puesta en práctica del procedimiento descrito anteriormente, comprendiendo la pieza un cojinete intermedio para una barra de soldadura.

La invención se comprenderá mejor gracias a la descripción siguiente de la forma de realización preferida del procedimiento de la invención, haciendo referencia a los dibujos anexos, en los que:

- la figura 1 representa una vista en corte esquemático de la puesta en práctica del procedimiento de obturación mediante soldadura por fricción de un agujero según la forma de realización preferida del procedimiento de la invención;

- la figura 2 representa una vista en corte esquemático de la puesta en práctica de la obturación mediante soldadura por fricción de un agujero de brida de turborreactor según una primera forma de realización del procedimiento de la invención, y

- la figura 3 representa una vista en corte esquemático de la puesta en práctica de la obturación mediante soldadura por fricción de un agujero de brida de turborreactor según una segunda forma de realización del procedimiento de la invención.

El procedimiento de la invención se aplica a una pieza metálica, en este documento una brida 1 de turborreactor de aleación de aluminio, en la que se quiere obturar un agujero 2. En este caso, se quiere obturar un agujero 2 de brida que está ovalado, conservando al mismo tiempo las propiedades mecánicas cercanas a las del material de base, a efectos de poder perforarlo de nuevo, una vez obturado, con una forma correcta. A este efecto, se utiliza un procedimiento de obturación de agujeros mediante soldadura por fricción.

De manera general, el agujero deformado, ovalado en este documento, se mecaniza previamente para darle una forma cilíndrica o troncocónica. Este nuevo agujero, en este documento el agujero 2 que se va obturar, se extiende de modo general según un eje perpendicular a la superficie de la pieza, preferentemente según el mismo eje por el que se extendía el agujero de origen. De esta manera, se elimina cualquier superficie deformada del agujero, a efectos de hacer que sea cilíndrico o troncocónico, minimizando al mismo tiempo el volumen del material retirado.

El agujero 2 tiene en este documento forma cilíndrica. Dicho agujero desemboca en una primera cara de la brida 1, que se considerará como la cara del derecho 1' de la brida 1, y en una segunda cara de la brida 1, opuesta a la cara del derecho 1', que se considerará por lo tanto como la cara del revés 1'' de la brida 1.

En el procedimiento de obturación de agujeros mediante soldadura por fricción, una barra metálica 3, en este documento igualmente de aleación de aluminio, que se extiende según un eje 4, se hace girar alrededor de su eje 4 y llega a soldarse por fricción a la brida 1, bajo la acción de una fuerza controlada, en fase sólida. La barra metálica 3 comprende en este documento una porción de extremo con forma troncocónica, adaptada a las dimensiones del agujero 2 y a los parámetros de realización del experto en la técnica. Su porción de extremo podría tener igualmente, en función de un caso especial, forma cilíndrica.

El procedimiento de obturación de agujeros mediante soldadura por fricción de la invención se distingue de los procedimientos de la técnica anterior en que la barra 3 se suelda a la brida 1 según un eje 4 inclinado respecto al eje 5 del agujero 2.

En efecto, en los procedimientos de la técnica anterior, la barra 3 se suelda sistemáticamente a la pieza 1, en este documento la brida 1, en el eje 5 del agujero 2, es decir, que el eje 4 de la barra 3 se confunde con el eje 5 del agujero 2. Al ser perforado el agujero 2 a menudo perpendicularmente a la superficie de la pieza 1, la barra 3 debe extenderse perpendicularmente a la superficie de la pieza 1, lo que ocasiona ciertos inconvenientes enumerados anteriormente. Al contrario, el procedimiento de la invención propone elegir un ángulo \alpha entre el eje 4 de la barra 3 y el eje 5 del agujero 2, lo que proporciona una flexibilidad más grande en cuanto al acceso de la barra 3 al agujero 2, permitiendo evitar ciertos obstáculos.

El procedimiento de la invención se puede poner en práctica, a semejanza de los procedimientos de soldadura por fricción clásicos de la técnica anterior, según diversos modos de realización, particularmente según un modo denominado "fricción controlada" o un modo denominado "fricción inercial".

En los dos modos, una primera etapa consiste, bajo una presión previamente definida, en poner en contacto la barra 3 y la pared del agujero 2 para determinar la posición exacta del contacto entre las dos, manteniéndose fija la brida 1 durante todo el procedimiento. La barra 3 está desplazada a este efecto, sobre su eje 4, hacia la superficie de la brida 1, en el lado de la cara del derecho 1' de la brida 1. De esta manera, en este documento, la porción de diámetro más pequeño de la barra 3 se introduce en la porción del derecho del agujero 2, y después la barra 3 se desplaza hasta el contacto de la superficie troncocónica de la barra 3 con una porción de pared del agujero 2. Una vez que la posición de contacto está determinada, la barra 3 se dispone en su posición de partida, es decir, a algunos milímetros hacia atrás de la pared del agujero 2 de la brida 1.

En el caso del modo de "fricción controlada", la barra 3, accionada a rotación sobre su eje 4, y la pared del agujero 2 se ponen en contacto y se calientan mutuamente por fricción, igualmente bajo la acción de una fuerza aplicada a la barra 3, según su eje 4, en dirección a la brida 1. Después de un cierto tiempo de calentamiento, determinado por el experto en la técnica, se aplica una fuerza axial suplementaria, mientras que se frena la rotación. La desaceleración de la rotación de la barra 3 hasta la parada se lleva a cabo típicamente en 0,2 a 0,8 segundos y depende de la facultad de desaceleración de la máquina de accionamiento de la barra 3. Se produce entonces la soldadura por fricción, manteniéndose la fuerza axial aplicada después de la parada de la rotación de la barra 3 para asegurar una buena calidad de la soldadura.

En el caso del modo de "fricción inercial", la barra 3 se coloca de la misma manera en posición de partida y se acciona a rotación. Cuando la misma está dispuesta en posición de contacto, se desembraga su motor de accionamiento a rotación, de manera que la energía almacenada en el sistema giratorio, a través de la velocidad de rotación y el volante de inercia del motor, que se ha definido y dimensionado previamente, se disipa en la soldadura de la misma manera que en el caso del modo de "fricción controlada".

Los modos de realización descritos anteriormente son bien conocidos por el experto en la técnica y no se describirán con más precisión. Los mismos no se proporcionan más que a título de ilustración para ayudar a la comprensión de la invención, pero no son limitativos del modo de realización elegido para la obturación de agujeros mediante soldadura por fricción de la invención. Existen otros modos de realización que se podrían poner en práctica para el procedimiento de la invención.

Cualquiera que sea el modo de realización elegido, el experto en la técnica lo adaptará al procedimiento de la invención, con el ángulo \alpha que existe entre el eje 4 de la barra 3 y el eje 5 del agujero 2, y elegirá los parámetros de realización ad hoc, por ejemplo de manera empírica.

A título de ilustración, los ensayos llevados a cabo por la firma solicitante han mostrado que, en el caso de la obturación de un agujero cilíndrico de 10 mm de diámetro y de 6 mm de altura, es decir, un agujero perforado en una brida de 6 mm de espesor, el ángulo \alpha no puede rebasar los 11º, so pena de exponerse a una alta probabilidad de presencia de entallas en la zona de soldadura.

De manera general, no sobrepasando un ángulo de 10º, es generalmente posible efectuar sin mayores problemas el procedimiento de obturación mediante soldadura por fricción con barra inclinada.

Haciendo referencia a la figura 2, el procedimiento de obturación mediante soldadura por fricción con barra inclinada permite obturar un agujero 2 de brida 1 de un cárter de turborreactor que no es accesible con los procedimientos de la técnica anterior. De esta manera, en la figura 2, se ve que en el eje 5 del agujero 2 de la brida 1, en el lado del derecho 1', se extiende otra brida 6, que no permite que una barra 3 se extienda perpendicularmente a la brida 1, estando al mismo tiempo unida a su máquina de accionamiento 7. Por lo tanto, se elige una inclinación de la barra 3 respecto al eje 5 del agujero 2 según un ángulo \alpha, en sentido contrario a la superficie del cárter, lo que permite que la barra 3 pase más allá de la brida 6 que hace de obstáculo, debido al tramo entre el extremo de soldadura de la barra 3 y las mordazas de apriete 8 que la unen a la máquina de accionamiento 7.

A efectos de permitir que la barra 3 alcance los agujeros que tienen un acceso todavía más difícil, es posible, siempre con relación a la figura 2, en la que las dimensiones no están a escala para facilitar la comprensión, utilizar una barra 3 especialmente concebida para el procedimiento de la invención. Se denomina en lo que sigue cabeza de soldadura 9, o cabeza 9, la porción que se suelda de la barra 3, es decir, la porción de la barra que se va a soldar por fricción a la pared del agujero 2 para obturarlo.

En la forma de realización preferida de la invención, a efectos de mejorar su capacidad de acceso, la barra 3 comprende una cabeza 9 de dimensiones mínimas para asegurar la soldadura, es decir, todas sus dimensiones son justo iguales o apenas superiores a las dimensiones necesarias para la obturación del agujero 2. La barra 3 comprende además, a efectos de sujetar, colocar y accionar a rotación la cabeza 9, una varilla rígida 10, de diámetro menor que el de la cabeza 9, a efectos de ocupar menos espacio, y de un material posiblemente diferente.

La barra 3 de la invención comprende en este documento una cabeza 9, de dimensiones mínimas, de aleación de aluminio, sujetada por una varilla rígida 10 de acero. Al estar minimizado el volumen de la cabeza 9, se puede acceder a puntos de acceso más difíciles, mientras que la varilla 10 de diámetro reducido permite contornear obstáculos más grandes, para un mismo ángulo \alpha, con un diámetro mayor.

Sin embargo, a efectos de acceder a ciertos agujeros de las bridas, es necesario disponer una barra 3 de dimensión axial bastante grande. Al ser entonces la distancia entre la cabeza 9 de la barra 3 y las mordazas de apriete 8 de su otro extremo bastante grande, la consecuencia son vibraciones al nivel de la cabeza 9, redhibitorias para la realización de una soldadura correcta. Haciendo referencia a la figura 3, se representa un segundo modo de realización del procedimiento de la invención, que permite reducir las vibraciones en la cabeza de la barra 3.

En este procedimiento, se utiliza, de la misma manera que anteriormente, una barra 3, que comprende posiblemente una cabeza 9 de aluminio y una varilla rígida 10 de acero, de diámetro más reducido, para obturar un agujero 2 de una brida 1, haciendo girar la barra a rotación mediante una máquina de accionamiento 7, a la que está unida por unas mordazas 8, alrededor de un eje 4. La obturación mediante soldadura por fricción se efectúa con la barra 3 formando un ángulo \alpha con el eje 5 del agujero 2.

Este procedimiento difiere del precedente por la utilización de un cojinete intermedio 11. Dicho cojinete 11 está situado en una pieza 12 de soporte del cojinete, que comprende un agujero de paso de la varilla 10 o un rodamiento para la varilla 10, que hace la función de cojinete 11 para la barra 3, en un punto definido sobre la misma, por ejemplo en la parte media de la barra 3, entre las mordazas de apriete 8 y la cabeza 9 de la barra 3. Preferentemente, se tratará de un rodamiento 11.

La pieza 12 de soporte del cojinete puede ser solidaria, indiferentemente, con la pieza en la que se quiere obturar un agujero 2, de la máquina 7 de accionamiento de la barra 3 a rotación o de un utillaje independiente. En la figura 3, la pieza 12 de soporte del cojinete es solidaria con la máquina de accionamiento 7, gracias a una viga 13 que la soporta. La viga 13 es solidaria con la máquina 7 y se extiende perpendicularmente a la misma, de modo global paralelamente a la pieza 1 a obturar.

En esta forma de realización, la viga 13 comprende igualmente, en su extremo opuesto a la máquina 7, una pieza 14 para apoyarse sobre la pieza a obturar. Dicha pieza 14 está dimensionada en este documento de manera que llega a apoyarse, por un lado, sobre la brida 1, y por otro lado, sobre una porción superficial del cárter que soporta la brida. De esta manera, la viga 13, su pieza de extremo 14 de apoyo y su pieza 12 de soporte del cojinete están dimensionadas de manera definida para la obturación de un agujero de un tipo de brida particular.

Es factible también utilizar una pieza 12 de soporte del cojinete, para la barra 3, que se pueda modular completamente en función de la utilización de la barra 3 con la que se lleva a cabo.

Sea cual sea, la pieza 12 de soporte del cojinete permite soportar la barra 3, en este documento al nivel de su varilla rígida 10 de acero, al mismo tiempo que permite su rotación alrededor de su eje 4. Dicho soporte reduce las vibraciones ocasionadas por la rotación al nivel de su cabeza 9, puesto que disminuye el brazo de la palanca al que está sometida dicha cabeza 9. Se podrían utilizar varias piezas de soporte 12 para una misma barra.

El ángulo \alpha entre el eje 4 de la barra de soldadura 3 y el eje 5 del agujero 2 a obturar se puede regular gracias a un mecanismo adaptado de la máquina de accionamiento 7, o es fijo para una máquina dedicada a la obturación de un tipo de agujero definido. En el caso de que sea regulable y de que esté dispuesto un cojinete intermedio 11, la pieza 12 de soporte del cojinete sería regulable igualmente para adaptarse al ajuste del ángulo \alpha.

El agujero 2 puede desembocar en cada lado de la pieza, en este documento la brida 1, o no desembocar nada más que en un lado.

El procedimiento se ha descrito en relación con un agujero que se extiende según un eje perpendicular a la superficie de la pieza. El agujero se podría mecanizar de manera que se extienda según un eje que forme un ángulo no nulo con el eje perpendicular a la superficie de la pieza, poniéndose en práctica de la misma manera el procedimiento, tomando como referencia para el ángulo \alpha el eje del agujero.

El procedimiento de la invención se ha descrito en relación con una pieza a obturar de aleación de aluminio, pero ni qué decir tiene que el mismo se aplica a cualquier tipo de aleación, particularmente aleaciones de níquel, de titanio o de hierro. Además, se ha descrito en relación con una barra que comprende una cabeza de barra de la misma naturaleza que la pieza a obturar, pero se podrá utilizar una cabeza de naturaleza diferente.

Claims (10)

1. Procedimiento de obturación, mediante soldadura por fricción, de un agujero (2), que se extiende de modo global según un eje (5), de una pieza metálica (1), no estando disponible un espacio de liberación en el eje (5) del agujero (2), debido al menos a un obstáculo (6) sobre este eje (5), en el que una barra metálica (3), que se extiende de modo global según un eje (4), se hace girar alrededor de su eje (4) y se introduce en el agujero (2) para soldar la misma por fricción, caracterizado por el hecho de que el eje (4) de la barra (3) está inclinado respecto al eje (5) del agujero (2) un ángulo (\alpha) no nulo para evitar el obstáculo (6).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el ángulo (\alpha) entre el eje (4) de la barra (3) y el eje (5) del agujero (2) es inferior o igual a 11º.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la barra comprende una cabeza de soldadura (9) de dimensiones mínimas para asegurar la soldadura por fricción, y una varilla rígida (10) de diámetro menor que el de la cabeza (9) y que soporta la cabeza (9).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la barra (3) está soportada, en un extremo, por una máquina de accionamiento (7), y al menos en un punto entre sus dos extremos, por un cojinete intermedio (11).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la pieza es una brida (1), de aleación de aluminio, de un cárter de un turborreactor.

6. Procedimiento según la reivindicación 3 y una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la barra (3) comprende una cabeza (9) de aleación de aluminio y una varilla rígida (10) de acero.

7. Utilización de una barra metálica para la puesta en práctica de un procedimiento de obturación de un agujero mediante soldadura por fricción según una de las reivindicaciones 1 a 6, comprendiendo la barra una cabeza de soldadura (9) y una varilla rígida (10) de diámetro menor que el diámetro de la cabeza (9).

8. Utilización de una barra según la reivindicación 7, en la que la cabeza (9) de la barra comprende una aleación de aluminio y la varilla rígida (10) de la barra comprende acero.

9. Utilización de una pieza de soporte de cojinete en la puesta en práctica del procedimiento de obturación de un agujero mediante soldadura por fricción según la reivindicación 4 y una de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la pieza comprende un cojinete intermedio (11) para la barra de soldadura (3).

10. Utilización de una pieza según la reivindicación 9, en la que el cojinete intermedio (11) es un rodamiento.