ES2605497T3 - Procedimiento de soldadura láser de tipo CO2 con tobera de chorro dinámico - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de soldadura láser de una o varias piezas metálicas posicionadas una contra otra según un plano de unión, en el que: a) se alimenta una tobera con un gas o una mezcla gaseosa y se distribuye, por medio de dicha tobera, un chorro de gas de protección formado de dicho gas o mezcla gaseosa en la dirección del plano de unión, b) se opera, por medio de un haz láser, generado por un generador láser de tipo CO2, una fusión y una vaporización del metal constitutivo de las piezas metálicas que conduce a la formación, de una pluma de plasma metálico por encima del plano de unión, caracterizado por que: en la etapa a) se utiliza un gas o mezcla gaseosa constituida por uno o más de los constituyentes del grupo formado por Ar, N2, CO2 y O2, y d) se orienta o se dirige el chorro de gas de protección entregado por la tobera en la dirección de la pluma de plasma metálico que se forma por encima del plano de unión de manera que venga a aflorar la parte superior de la pluma de plasma metálico e impacte en la o las piezas en un lugar donde el metal constitutivo de las piezas no ha sido fundido por el haz, es decir que el chorro de gas es enviado a la proximidad de la pluma de plasma metálico de manera que venga a aflorar la parte superior de la pluma de plasma metálico.

Description

imagen1
imagen2
imagen3
imagen4
imagen5
-un tobera tubular que tiene una inclinación de 40º con respecto a la superficie de las chapas, -el impacto del eje del chorro de gas está aproximadamente a 6 mm por delante del punto de impacto del haz láser (α = 0). Los resultados han sido confirmados posicionando el impacto del eje del chorro de gas sobre la parte sólida lateral,
5 tal que α = 90º, a una distancia de 6 mm. Los resultados son los mismos en las dos orientaciones: α = 0 y α = 90º. Ejemplo 5: piezas de acero dulce de 8 mm recubiertas de pintura El ejemplo 5 es análogo al Ejemplo 4, excepto porque las piezas tienen un espesor de 8 mm, lo que implica una
ligera variación de algunas de las condiciones de los ensayos, a saber: -una velocidad de soldadura de 1,2 m/min, y 10 -un impacto del eje del chorro de gas aproximadamente a 2,5 mm por delante del punto de impacto del haz láser. La Tabla siguiente resume los resultados obtenidos durante los ensayos por comparación con una soldadura láser realizada con un procedimiento estándar bajo helio que sirve de referencia (leyenda: 0 = resultado equivalente ; 1 = mejor resultado, 2 = resultado menos bueno) 15 Tabla
Gas a 30 l/min
Ej. 1 Ej. 2 Ej. 3 Ej. 4 Ej. 5
30 l/min
Calidad de los cordones por el lado del derecho y del revés Ar 0 0 0 0 0
CO2
0 0 0 0 0
N2
0 0 2 2 2
Depósitos de humo a una y otra parte del cordón
Ar 1 1 1 1 1
CO2
1 1 1 1 1
N2
1 1 2 2 2
Porosidades o sopladuras en el cordón
Ar 0 0 0 0 0
CO2
0 0 0 0 0
N2
2 2 2 2 2
Penetración de soldadura
Ar 0 0 0 0 0
CO2
0 0 0 0 0
N2
0 0 0 0 0
45 l/min
Gas a 45 l/min Ej. 1 Ej. 2 Ej. 3 Ej. 4 Ej. 5
Calidad de los cordones por el lado del derecho y del revés
Ar 1 1 1 1 1
CO2
1 1 0 0 0
N2
0 0 2 2 2
Depósitos de humo a una y otra parte del cordón
Ar 1 1 1 1 1
CO2
1 1 1 1 1
N2
1 1 2 2 2
Porosidades o
Ar 0 0 1 1 1
7
5
10
15
20
25
30
35
Gas a 30 l/min
Ej. 1 Ej. 2 Ej. 3 Ej. 4 Ej. 5
sopladuras en el cordón
CO2 0 0 1 1 1
N2
2 2 2 2 2
Penetración de soldadura
Ar 0 0 0 0 0
CO2
0 0 0 0 0
N2
0 0 0 0 0
Gas a 15 l/min
Ej. 1 Ej. 2 Ej. 3 Ej. 4 Ej. 5
15 l/min
Ar Sin acoplamiento eficaz del láser con la materia para el procedimiento de soldadura por láser
CO2
N2
La superficie de los cordones de soldadura obtenidos, durante los ensayos realizados en el marco de los Ejemplos anteriores con los gases ensayados (Ar, N2, CO2) a 30 l/min y 45 l/min, ha sido examinada visualmente y se ha constatado que la calidad de los cordones obtenidos con el procedimiento del invento, es decir que el aspecto de los cordones del lado del derecho y del revés, es equivalente (0) al obtenido con el helio empleado según un procedimiento de soldadura láser estándar (referencia).
Sin embargo, de manera ventajosa, lo cordones obtenidos con el procedimiento del invento presentan menos depósitos de humos (1) a una y otra parte del cordón de soldadura que con el procedimiento estándar bajo helio.
Por otra parte, las macrografías de las secciones de los cordones han mostrado que las secciones de las soldaduras son también idénticas (0) a la referencia obtenida con helio. En efecto, las radiografías de los cordones confirman el hecho de que los cordones no presentan más porosidades o sopladuras en los cordones que las obtenidas mediante el procedimiento de referencia con helio.
Debe subrayarse sin embargo que la utilización de nitrógeno puede influir un poco sobre la metalurgia de los cordones obtenidos en ciertas condiciones de soldadura.
En todos los casos, la penetración de soldadura es igualmente equivalente (0) a la obtenida con helio con el procedimiento estándar.
Estos ensayos muestran que se puede emplear eficazmente un procedimiento de soldadura láser con generador de tipo CO2 de fuerte potencia con otros gases distintos del helio y ello, sin perjudicar la calidad y el aspecto de los cordones de soldadura realizados, ni a la penetración de soldadura como se ha ensayado con éxito sobre diferentes materiales y configuraciones de soldadura en los Ejemplos anteriores.
Existe una región de funcionamiento en caudal característica de invento. Así, para los caudales débiles, es decir menos de 20 l/min aproximadamente el efecto de limitación de la ionización de la pluma de plasma metálico en el entorno gaseoso no es ya eficaz. Se forma un plasma parásito por encima de la pluma de plasma metálico. Así, los ensayos realizados a un caudal de 15 l/min confirman este punto. En estas condiciones, el acoplamiento entre el haz láser y el material no es ya eficaz y no hay soldadura de las chapas. Este efecto es independiente de la naturaleza de los gases. El caudal es por tanto un parámetro que es necesario tener en cuenta para mejorar aún los resultados obtenidos durante la puesta en práctica de un procedimiento según el invento.
De hecho, la utilización de la tobera de soldadura orientada según el invento, es decir de manera que genere un chorro de gas rápido en la proximidad de la pluma de plasma metálico de manera que venga a aflorar la parte superior de la pluma de plasma metálico, permite limitar la siembra de electrones libres del gas de cobertura, por lo tanto impedir la aparición de un plasma parásito que sería perjudicial para la operación de soldadura porque absorbería una parte de la energía del haz láser incidente, lo que perjudicaría al proceso de soldadura láser.
Esto permite por ello poder poner en práctica el procedimiento de soldadura a potencia elevada, es decir típicamente entre 4 y 20 Kw, utilizando gases o mezclas gaseosas sin helio, en particular gases tales como Ar, N2, CO2, O2 y sus mezclas.
8

Claims (1)

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