ES2913446T3

ES2913446T3 - Método y dispositivo para la unión de piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética

Info

Publication number: ES2913446T3
Application number: ES19743024T
Authority: ES
Inventors: Maarten Labordus; Tom Jansen; Michiel Bruijkers
Original assignee: KOK AND VAN ENGELEN COMPOSITE STRUCTURES BV
Current assignee: KOK AND VAN ENGELEN COMPOSITE STRUCTURES BV
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: EP3802072B1; KR20210021322A; CN112399912B; BR112020024477A2; CA3101960A1; CN112399912A; NL2021039B1; JP7292379B2; US11298890B2; JP2021526471A; US20210197497A1; EP3802072A1; WO2019231327A1

Abstract

Método para la unión de piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética, que comprende mover un inductor de unión a lo largo de las superficies de contacto de las piezas moldeadas, generar un campo electromagnético en un componente sensible a la inducción de la(s) pieza(s) moldeada(s) para calentar un medio de acoplamiento activado térmicamente de la(s) pieza(s) moldeada(s) por encima de la temperatura de fusión del medio de acoplamiento, y unir las piezas moldeadas entre sí en las superficies de contacto mediante el medio de acoplamiento fundido, en donde la intensidad del campo electromagnético adecuado para la unión se determina al mover previamente un inductor de detección a lo largo del plano de contacto, generar un campo electromagnético relativamente débil, medir la intensidad de campo generada por el inductor de detección en la(s) pieza(s) moldeada(s), determinar una discrepancia entre la intensidad de campo medida del inductor de detección y la intensidad de campo adecuada para la unión, y ajustar la intensidad de campo adecuada para la unión para cerrar la discrepancia.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y dispositivo para la unión de piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética

Campo técnico de la invención

La invención se refiere a un método para la unión de piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética. La invención también se refiere a un dispositivo para soldadura electromagnética que se configura para llevar a cabo el método.

Antecedentes de la invención

Existe una serie de tecnologías para la unión de piezas moldeadas, por ejemplo, piezas compuestas termoplásticas o termoestables reforzadas con fibra. La fijación mecánica y la unión adhesiva se usan tradicionalmente para unir dos superficies de contacto de las piezas moldeadas. Sin embargo, tanto la fijación mecánica como la unión adhesiva parecen ser costosas y requieren mucho tiempo. La fijación mecánica, por ejemplo, requiere una costosa localización de orificios, perforación, calce e instalación de sujetadores, mientras que la unión adhesiva requiere tratamientos previos de superficie complicados que pueden involucrar sustancias químicas.

La soldadura electromagnética puede eliminar el uso de sujetadores separados y potencialmente ofrece la capacidad de unir superficies de contacto de piezas compuestas moldeadas a velocidades relativamente altas y con pocos o ningún pretratamiento. La soldadura electromagnética genera un campo electromagnético en un componente sensible a la inducción de una o más de la(s) pieza(s) moldeada(s) para calentar un medio de acoplamiento térmicamente activado de la(s) pieza(s) moldeada(s) por encima de la temperatura de fusión del medio de acoplamiento. Las superficies de contacto de las piezas moldeadas se unen entre sí mediante los medios de acoplamiento fundidos. El medio de acoplamiento puede ser, por ejemplo, una resina termoplástica de una o más de las piezas a unir, o puede ser una resina termoplástica aplicada por separado. Para soldar juntas piezas termoplásticas y termoestables moldeadas, la resina termoplástica que funde el componente sensible a la inducción puede funcionar como un adhesivo de fusión en caliente, por ejemplo.

Hay varios métodos de soldadura disponibles para crear una conexión soldada entre piezas moldeadas, como piezas moldeadas compuestas reforzadas con fibra. En la soldadura por vibración, las fibras de refuerzo pueden dañarse por el movimiento, y la soldadura ultrasónica es menos adecuada para la soldadura continua, por ejemplo. Los métodos conocidos de soldadura electromagnética pueden producir productos unidos de calidad inferior, particularmente en aplicaciones de alto grado en las que se desea una resistencia mecánica y una capacidad de carga relativamente altas de la conexión soldada, como en la industria de la aviación.

Los métodos conocidos en particular se basan en determinar el valor de los parámetros de soldadura, como la intensidad del campo electromagnético adecuado para la unión y la potencia necesaria para generar dicha intensidad de campo, y aplicar estos valores de parámetros de soldadura para la unión de las piezas moldeadas, o una serie de dichas piezas moldeadas. Este enfoque se basa en la creencia de que entonces se logra una calidad de soldadura constante. La noción de calidad de soldadura es conocida por un experto en la materia y puede relacionarse, por ejemplo, con la resistencia de la unión o conexión producida entre las superficies de contacto de las piezas moldeadas.

El documento US 5,573,613 describe un método para medir la temperatura en un plano de conexión durante la soldadura inductiva. Se coloca un susceptor conductor en el plano de conexión. Se mide el cambio de resistencia del susceptor debido a su calentamiento. El cambio de resistencia se puede usar para controlar la potencia de la bobina de soldadura.

El documento EP 2801472 A1 describe una máquina de soldadura por inducción en la que se usa un sensor de temperatura para controlar la bobina de soldadura. El aparato también está equipado con refrigerantes en forma de boquilla de gas.

El documento US 2014/0110054 A1 describe un método para la soldadura inductiva de un componente compuesto termoplástico para reforzar este último. La pieza compuesta se provee de una sustancia magnética.

El documento US 5,786,576 describe un método y un dispositivo para la soldadura inductiva de componentes compuestos termoplásticos. Además de una bobina primaria, se usa una bobina secundaria para detectar cualquier mala alineación entre la bobina primaria y un susceptor en el plano que se va a conectar - lo que provoca un sobrecalentamiento. Si lo desea, las señales de control se envían a la bobina primaria para evitar el sobrecalentamiento.

El enfoque conocido solo funciona si las piezas compuestas moldeadas muestran una respuesta constante al campo de inducción electromagnética impuesto. Resulta que este puede no ser el caso para muchas piezas moldeadas. Se ha encontrado, por ejemplo, que las piezas compuestas moldeadas basadas en polímeros semicristalinos y fibras de refuerzo tales como fibras de carbono muestran una variación relativamente grande en respuesta al campo de inducción electromagnética impuesto. Esta variación puede deberse a factores como la arquitectura de la fibra de refuerzo. Esta arquitectura en una pieza compuesta hecha de cintas de fibra unidireccional ofrece trayectorias menos definidas a través de las cuales se pueden generar corrientes de Foucault en, por ejemplo, una arquitectura de tejido. Esto significa que la respuesta parece estar relacionada con factores como el contenido de volumen de fibra, la orientación de la fibra, la distribución local de resina y fibras y la calidad de consolidación, entre otros. Además, los polímeros semicristalinos pueden mostrar un cambio en el punto de fusión con cambios en el grado de cristalinidad. Por lo tanto en dependencia del historial de temperatura de las piezas moldeadas, el punto de fusión puede variar. Las fibras de refuerzo también pueden variar en rigidez, por ejemplo, lo que también afecta a sus propiedades de conducción eléctrica. La aplicación local de incrementos de espesor o el uso de refuerzos, por ejemplo, también puede afectar la respuesta de inducción en una pieza moldeada. El moldeado de las piezas antes de unirlas también puede influir en la respuesta de inducción electromagnética, por ejemplo, debido a variaciones locales en el contenido de volumen de fibra, o debido al pretensado inducido en las fibras de refuerzo.

Las variaciones mencionadas anteriormente en las piezas compuestas moldeadas pueden conducir a una respuesta al campo de inducción electromagnética impuesto que es inconsistente a lo largo de las superficies de contacto que se van a unir. Esto influye directamente en la calidad de la unión producida, y la variación de la calidad de la unión puede ser indeseable.

Resumen de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un método mejorado para la unión de piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética, en particular un método que pueda producir una calidad de unión más uniforme entre las piezas moldeadas. Otro objeto se refiere a proporcionar un dispositivo con el que se pueda llevar a cabo el método.

La invención proporciona para este propósito un método para la unión de piezas moldeadas por soldadura electromagnética de acuerdo con la reivindicación 1. El método comprende mover un inductor de unión a lo largo de las superficies de contacto de las piezas moldeadas, generar un campo electromagnético en un componente sensible a la inducción de la(s) pieza(s) moldeada(s) para calentar un medio de acoplamiento térmicamente activado de la(s) pieza(s) moldeada(s) por encima de la temperatura de fusión de los medios de acoplamiento, y la unión de las piezas moldeadas entre sí en las superficies de contacto mediante los medios de acoplamiento fundidos, en donde la intensidad del campo electromagnético adecuado para la unión se determina al mover previamente un inductor de detección a lo largo del plano de contacto, generar un campo electromagnético relativamente débil, la intensidad de campo inducida en la(s) pieza(s) moldeada(s) generada por el inductor de detección, determinar una discrepancia entre la intensidad de campo medida del inductor de detección y la intensidad de campo adecuada para la unión, y ajustar la intensidad de campo adecuada para la unión para cerrar la discrepancia.

El campo electromagnético relativamente débil puede calentar ligeramente los medios de acoplamiento térmicamente activados hasta una temperatura de detección.

En una modalidad en la que el medio de acoplamiento térmicamente activado comprende una resina termoplástica, la temperatura de detección puede estar muy por debajo de la temperatura de transición vítrea Tg y/o la temperatura de recristalización de la resina. La intensidad de campo medida del inductor de detección permite predecir los parámetros de soldadura más adecuados para la unión de las piezas moldeadas y ayuda a obtener una calidad uniforme de la unión soldada.

Una modalidad del método inventado comprende determinar la discrepancia continuamente a lo largo de las superficies de contacto. La intensidad de campo adecuada para la unión se puede mantener constante a lo largo de la soldadura o se puede ajustar localmente cuando sea necesario. Cuando (el valor de la) discrepancia es cero o casi cero en una posición, es posible que la intensidad de campo en esa posición no se ajuste en absoluto o solo ligeramente.

En una modalidad eficaz del método de acuerdo con la invención, el ajuste de la intensidad de campo adecuada para la unión - para minimizar la discrepancia - se lleva a cabo de forma continua a lo largo de las superficies de contacto, y más preferentemente en las diversas posiciones de movimiento a lo largo de las superficies de contacto en el que se determinó que el valor de la discrepancia era distinto de cero.

Otra modalidad de la invención se refiere a un método en donde el inductor de detección se mueve a lo largo de las superficies de contacto por delante del inductor de unión. En esta modalidad, el inductor de detección y el inductor de unión son inductores separados y la información obtenida del inductor de detección se usa para controlar el inductor de unión, en particular la intensidad del campo electromagnético adecuado para la unión.

En otra modalidad del método de acuerdo con la invención, el inductor de detección y el inductor de unión son uno y el mismo. En una modalidad de este tipo, se usa primero un inductor como inductor de detección para "detectar" las superficies de contacto que se van a unir de las piezas moldeadas, hasta donde se mueve a lo largo de una trayectoria dentro de las superficies de contacto. A continuación, se usa el mismo inductor para la soldadura real como inductor de unión, por lo que la intensidad del campo se adapta en función de las discrepancias determinadas por el inductor de detección.

Otra modalidad de la invención se refiere a un método en donde el inductor de detección y el inductor de unión están separados y se mueven simultáneamente a lo largo de las superficies de contacto. Esta modalidad permite ajustar instantáneamente la intensidad de campo adecuada para la unión, lo que significa una respuesta directa a la discrepancia medida por el inductor de detección.

La distancia entre los inductores de detección y unión a lo largo de la trayectoria de la soldadura se puede elegir de acuerdo con las circunstancias. En caso de que los inductores de unión y detección estén relativamente cerca uno del otro, los campos electromagnéticos generados por ambos inductores pueden influirse entre sí. En una modalidad preferida, la influencia del inductor de unión en la señal del inductor de detección se corrige al cuantificar el efecto con una medición de línea de base sin carga, después de lo cual el valor de compensación obtenido en la medición de línea de base se deduce de la medición de la respuesta durante la soldadura de unión real. Esto permite cuantificar la respuesta de inducción en cualquier posición, después de lo cual se pueden determinar los ajustes de soldadura óptimos a través de una relación predeterminada.

Una modalidad de la invención proporciona un método en donde el inductor de detección comprende un inductor emisor que genera el campo electromagnético y un inductor receptor que mide la intensidad del campo generado por el inductor de detección en la(s) pieza(s) moldeada(s). El inductor emisor genera un campo electromagnético relativamente débil, lo que hará que se produzcan corrientes de Foucault en las piezas moldeadas. El inductor receptor, por otro lado, cuantifica las corrientes de Foucault generadas en las piezas moldeadas. Los inductores emisor y receptor pueden estar alojados por separado o pueden estar alojados en una misma carcasa. En caso de que los inductores emisor y receptor estén relativamente cerca uno del otro, el campo electromagnético generado por el inductor emisor puede influir en la medición del inductor receptor. En una modalidad preferida, la influencia del inductor emisor en la señal recibida por el inductor receptor se corrige al cuantificar el efecto con una medición de línea de base sin carga, después de lo cual se deduce el valor de compensación obtenido en la medición de línea de base de la medición de la respuesta del emisor receptor durante la detección.

El método inventado comprende cuantificar la respuesta de la corriente de Foucault antes de la soldadura electromagnética real de las piezas moldeadas para unirlas a lo largo de las superficies de contacto mediante el uso de campos de inducción relativamente débiles. Con la ayuda de esta respuesta, se puede predecir cuáles son los parámetros de soldadura correctos para cualquier pieza moldeada (compuesta) para obtener potencialmente una buena calidad de soldadura. El método se lleva a cabo al hacer funcionar un inductor de detección, como una bobina de detección antes de hacer funcionar la bobina de soldadura real para la unión, por lo que la bobina de detección cuantifica la respuesta.

La intensidad de campo generada por el inductor de detección puede medirse directamente o puede medirse a través de otro parámetro. Por ejemplo, es posible medir el aumento de temperatura causado por el campo electromagnético impuesto. La temperatura generada puede determinarse directamente en la soldadura y/o indirectamente en el exterior de las piezas a soldar. Este enfoque puede necesitar mejoras ya que el aumento de temperatura generado, por definición, va a la zaga de los cambios en los parámetros de soldadura.

Otra modalidad del método inventado comprende medir la intensidad de campo generada por el inductor de detección en la(s) pieza(s) moldeada(s) al medir las corrientes eléctricas provocadas por un cortocircuito en los bordes de la(s) pieza(s) moldeada(s). Este llamado efecto de borde es conocido per se y, durante la soldadura, las corrientes de Foucault generadas serían directamente cuantificables al medir este efecto de borde. El efecto de borde puede minimizarse al proporcionar un material eléctricamente conductor alrededor o a lo largo del área de soldadura, opcionalmente en combinación con susceptores, conocidos per se.

El inductor de detección lleva a cabo la medición de la intensidad del campo electromagnético generado en forma de corrientes de Foucault. Sin embargo, otra modalidad comprende medir adicionalmente la intensidad de campo generada por el inductor de unión en la(s) pieza(s) moldeada(s) y determinar una discrepancia entre la intensidad de campo medida del inductor de unión y la intensidad de campo adecuada para la unión. Esta modalidad permite un control de calidad en el que se descartan las piezas unidas para las que la discrepancia entre la intensidad de campo medida del inductor de unión y la intensidad de campo adecuada para la unión está por encima de un determinado valor de umbral predeterminado, o permite un ajuste de la intensidad de campo para garantizar siempre la intensidad de campo adecuada para la unión.

Todas las mediciones de las intensidades de campo generadas también se aplican preferentemente a la potencia requerida para generar dichas intensidades de campo.

La soldadura electromagnética de piezas moldeadas de acuerdo con la invención puede comprender proporcionar un molde, colocar al menos dos piezas moldeadas para acoplar en el molde, en donde las superficies de contacto entre las piezas moldeadas comprenden un medio de acoplamiento activado térmicamente y un componente sensible a la inducción, activar los medios de acoplamiento mediante el calentamiento del componente sensible a la inducción por medio de un inductor, en donde el inductor se puede situar fuera del molde, y presionar las piezas moldeadas juntas en la configuración definida por el molde, en donde las piezas moldeadas se acoplan por los medios de acoplamiento activados térmicamente.

Un inductor típicamente comprende un conductor eléctrico que, bajo voltaje alterno, genera un campo electromagnético. La forma del campo electromagnético puede ser cualquier forma conocida, como una bobina, o sustancialmente cilíndrica en la dirección de soldadura. El uso de un campo electromagnético sustancialmente cilíndrico en la dirección de soldadura permite un calentamiento muy controlado, uniforme y dirigido, de manera que se evita en la medida de lo posible el sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento puede resultar en la degradación del material y, por lo tanto, causar un debilitamiento indeseable de la construcción. Otros inductores comprenden una pluralidad de devanados, lo que produce un campo electromagnético en forma de toro. Al usar un inductor conocido de este tipo con la dirección en ángulo recto con respecto al inductor como dirección de inducción, se crea un patrón de calentamiento en el que se produce una zona relativamente fría en el centro. El campo electromagnético cilíndrico, por otro lado, produce un perfil de calentamiento mucho más favorable que permite un calentamiento uniforme. Además, un campo electromagnético cilíndrico puede hacerse muy estrecho, hasta un ancho de 10-20 mm. En campos con forma de toro, tal ancho no se puede realizar en combinación con el poder de inducción de calor y la penetración requeridos.

El campo electromagnético del inductor puede llegar directamente a las superficies de contacto entre las piezas moldeadas, a través de secciones de la(s) pieza(s) moldeada(s) y/o a través de una pared del molde. El método inventado hace posible realizar una unión o unión soldada de buena calidad entre las piezas moldeadas de una manera rápida y eficaz, el producto unido obtenido que tiene una capacidad de carga mecánica particularmente buena.

Preferentemente, una o varias piezas moldeadas se fabrican a partir de un material termoplástico soldable por fusión, aunque también se puede considerar disponer un material termoplástico o un adhesivo termoactivado únicamente sobre la superficie de contacto entre las piezas moldeadas como medio de acoplamiento térmico.

Los componentes sensibles a la inducción generalmente comprenden un componente eléctricamente conductor como un metal y/o fibra de carbono. El molde y otros componentes en la vecindad del inductor que no tienen que calentarse preferentemente están sustancialmente libres de componentes sensibles a la inducción o están protegidos del campo de inducción con un material de protección adecuado, en donde los componentes eléctricamente aislantes pero térmicamente conductores tales como cerámica se recomiendan para extraer calor de la superficie de contacto de la pieza moldeada adyacente durante la soldadura. En tal molde, el campo electromagnético se puede aplicar en la posición deseada a través de la pared del molde.

En el método, las piezas moldeadas preferentemente termoplásticas generalmente se proveen de un componente eléctricamente conductor, por ejemplo, una gasa metálica, o este componente está dispuesto entre las piezas moldeadas. Las corrientes de Foucault o corrientes de Foucault son inducidas en el componente eléctricamente conductor por un campo electromagnético fluctuante que se genera por un inductor alimentado con corriente alterna por un generador. Debido a varios mecanismos de calentamiento como el efecto Joule, el calentamiento de la unión de fibras y la histéresis dieléctrica, estas corrientes de Foucault generan el calor necesario para fundir el material termoplástico y/o activar los medios de acoplamiento. Al mover el inductor a lo largo de las superficies de contacto, las piezas termoplásticas moldeadas se conectan entre sí sobre su superficie de contacto. El inductor se puede guiar sobre la superficie de contacto, por ejemplo, mediante un brazo robótico o una guía lineal para realizar la conexión. Para fines de calentamiento, el componente sensible a la inducción debe estar en contacto térmico con los medios de acoplamiento térmicamente activados. Esto es posible, por ejemplo, al mezclar el componente sensible a la inducción y los medios de acoplamiento.

Una modalidad en donde el inductor de unión se sitúa fuera del molde y el campo electromagnético del inductor llega a la superficie de contacto entre las piezas moldeadas a través de una pared del molde, permite unir las piezas moldeadas bajo presión del molde durante la soldadura. Otras modalidades pueden aplicar presión después de que haya tenido lugar el calentamiento inductivo de las piezas moldeadas para el acoplamiento.

La compresión de las piezas moldeadas puede tener lugar mediante el uso de medios conocidos del estado de la técnica, tales como prensas y rodillos neumáticos o hidráulicos. Preferentemente, la presión se aplica sobre el molde en el lado del molde que no es del inductor, es decir, en el lado del molde en el que no se encuentra el inductor. La pared del molde se provee preferentemente de un rebaje en la posición de la superficie de contacto, es decir, por encima de la posición de soldadura. Tal rebaje permite acercar el inductor a la superficie de contacto, por lo que el calentamiento puede tener lugar con mayor precisión y por lo que también se requiere menos potencia. Para que la presión sobre las piezas moldeadas para el acoplamiento sea lo más alta posible en el lugar de la posición de soldadura, es ventajoso hacer que el ancho del rebaje sea lo más pequeño posible, y preferentemente de manera que apenas supere el ancho del inductor. Para poder obtener la mayor presión posible, la pared se fabrica en la posición del rebaje de un material de alta rigidez.

En dependencia de los materiales usados, en particular el componente sensible a la inducción y la distancia del inductor a este componente, se puede determinar una potencia y frecuencia adecuadas, como resultado de la respuesta del inductor de detección. La frecuencia determina, entre otras cosas, el poder de penetración del campo electromagnético; la potencia eléctrica del inductor determina la intensidad del campo electromagnético fluctuante y, por lo tanto, el grado de calor generado en el componente sensible a la inducción.

Es ventajoso que el medio de acoplamiento activado térmicamente comprenda un plástico termoplástico. Los plásticos termoplásticos pueden acoplarse de forma sencilla por fusión. Además, es fácil mezclar un plástico termoplástico con un componente sensible a la inducción, como una gasa metálica o fibras de carbono. Ejemplos de plásticos termoplásticos particularmente adecuados son polipropileno, poliamida, poliéterimida, poliétercetonacetona, poliéterétercetona y sulfuro de polifenileno, aunque el método es en principio adecuado para cualquier termoplástico.

El componente que se puede calentar por inducción comprende preferentemente fibras de carbono y/o un metal. Estos materiales pueden calentarse fácilmente por inducción y también tienen, además de la conducción eléctrica, una buena conducción térmica, por lo que el calor generado se distribuye bien. Se recomiendan las fibras de carbono incorporadas en un plástico termoplástico porque las fibras de carbono también mejoran la resistencia del material. En otra modalidad preferida del método, el componente calentable por inducción comprende nanopartículas ferromagnéticas o de carbono.

En el método de acuerdo con la invención es posible que tanto el molde como el inductor sean estacionarios. Esto puede ser apropiado, por ejemplo, para el acoplamiento de una parte relativamente pequeña de las superficies de contacto de las piezas moldeadas. En una modalidad preferida, el inductor se mueve a lo largo de una trayectoria con respecto a las superficies de contacto de manera que los medios de acoplamiento se activan en una parte predeterminada de las superficies de contacto. También es posible mantener estacionario el inductor y mover el molde con las piezas moldeadas.

Para la aplicación en el método de acuerdo con la invención, el inductor se conecta a un generador de corriente alterna, en donde el generador de corriente alterna se conecta eléctricamente a los medios de conexión eléctrica del inductor. Las frecuencias usables se encuentran generalmente entre 0,1 y 10 MHz.

En otra modalidad preferida, la parte de inducción está provista de al menos un canal de alimentación adaptado para el paso de un medio refrigerante. La temperatura de la parte de inducción se puede mantener constante durante el uso, esto que es también favorable para la resistencia eléctrica del inductor. El medio refrigerante es preferentemente un líquido como el agua, con una alta capacidad calorífica. La parte de inducción puede ser, por ejemplo, un tubo de metal doblado en la forma deseada, a través del cual se bombea el medio refrigerante mientras se genera un campo electromagnético a través del metal del propio tubo con un voltaje alterno.

La invención también proporciona un dispositivo para la unón de piezas moldeadas por soldadura electromagnética. El dispositivo inventado comprende medios para mover un inductor de unión a lo largo de las superficies de contacto de las piezas moldeadas, medios para generar un campo electromagnético en un componente sensible a la inducción de la(s) pieza(s) moldeada(s) para calentar un medio de acoplamiento térmicamente activado de la(s) pieza(s) moldeada(s) por encima de la temperatura de fusión de los medios de acoplamiento, y medios para la unión de las piezas moldeadas entre sí en las superficies de contacto mediante los medios de acoplamiento fundidos, que comprenden además un inductor de detección configurado para determinar la intensidad del campo electromagnético adecuado para la unión, y que comprende medios para generar un campo electromagnético relativamente débil para calentar ligeramente los medios de acoplamiento térmicamente activados a una temperatura de detección, medios para medir la intensidad de campo generada por el inductor de detección en la(s) pieza(s) moldeada(s), medios para determinar una discrepancia entre la intensidad de campo medida del inductor de detección y la intensidad de campo adecuada para la unión, y medios para ajustar la intensidad de campo adecuada para la unión para cerrar la discrepancia. El método de acuerdo con la invención se puede realizar de manera ventajosa con un dispositivo de este tipo.

Las modalidades de la invención descritas en esta solicitud de patente pueden combinarse en cualquier combinación posible de estas modalidades, y cada modalidad puede formar individualmente el objeto de una solicitud de patente divisional.

Breve descripción de las figuras

La invención se aclarará ahora con referencia a las siguientes figuras, sin que por ello se limite a ellas. En las figuras:

la Figura 1 muestra esquemáticamente un método de unión de dos piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética de acuerdo con el estado de la técnica;

la Figura 2 muestra esquemáticamente un dispositivo de soldadura de acuerdo con una modalidad de la invención;

la Figura 3 ilustra esquemáticamente un método para la unión de dos piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética de acuerdo con una modalidad de la invención;

la Figura 4 ilustra esquemáticamente un método para la unión de dos piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética de acuerdo con otra modalidad de la invención; y

las Figuras 5 y 6 ilustran esquemáticamente un método para la unión de dos piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética de acuerdo con otras modalidades más de la invención.

Descripción detallada de las modalidades ilustrativas

La Figura 1 muestra un inductor lineal 1 que provoca un campo electromagnético circular 2 al aplicar una corriente alterna de una frecuencia adecuada para la soldadura electromagnética a una potencia adecuada. Una primera pieza moldeada 3 y una segunda pieza moldeada 4 se ponen en contacto mutuo a lo largo de superficies de contacto en este campo electromagnético 2. Las piezas moldeadas se fabrican a partir de una resina termoplástica reforzada con fibras de carbono. El calor se desarrolla localmente en las fibras de carbono bajo la influencia del campo electromagnético 2, por lo que la resina termoplástica se calienta por encima de su temperatura de fusión. Al presionar con medios de presión (no mostrados) es posible acoplar las piezas moldeadas termoplásticas termoactivadas 3, 4 así activadas en la superficie de contacto 5, en donde el acoplamiento en la superficie de contacto 5 se vuelve permanente después del enfriamiento de las piezas moldeadas 3, 4. La figura muestra además el diagrama de temperatura en la superficie de contacto durante el calentamiento, en el que la temperatura relativa T se representa frente a la posición en la superficie de contacto 5. Una tercera dirección 6 define la dirección en la que se mueve la bobina inductora 1 durante la soldadura. El diagrama de temperatura muestra que el campo electromagnético 2 de intensidad constante puede provocar un calentamiento irregular en la superficie de contacto 5, en donde se observa una variación más o menos parabólica de la temperatura en la superficie de contacto 5. La variación mostrada también puede deberse a la variación de propiedades en las piezas moldeadas (3, 4). Más importante aún, el diagrama de temperatura también muestra una variación en la dirección 6, que corresponde a la dirección de movimiento de la bobina inductora 1, es decir, la dirección de soldadura A. Debido a este calentamiento relativamente no uniforme de las piezas moldeadas (3, 4), la unión de las dos piezas también puede estar sujeta a variaciones, lo que puede implicar una capacidad portante mecánica reducida del conjunto pegado o unido de las piezas 3 y 4. La variación en el calentamiento puede resultar en secciones de las piezas moldeadas que se degradan térmicamente por sobrecalentamiento local y/o adhesión mutua incompleta local de las piezas moldeadas (3, 4). Esto es generalmente indeseable y el método de acuerdo con la invención proporciona una solución a este problema.

Con referencia a la figura 3, se muestra una modalidad de acuerdo con el método inventado. Con el método, las piezas moldeadas (3, 4) pueden unirse mediante soldadura electromagnética. En la modalidad que se muestra en la figura 3, un inductor de detección 10 se mueve a lo largo de la superficie de contacto entre dos piezas moldeadas (3, 4) que se presionan entre sí por la presión 16. Tenga en cuenta que las figuras representan una vista despiezada. Se puede proporcionar un disipador de calor 17 para evitar el sobrecalentamiento. El inductor de detección 10 comprende un inductor emisor 11, cuya bobina inductora 12 genera un campo electromagnético 13 relativamente débil. Este campo 13 provoca corrientes de Foucault 14 en las piezas moldeadas (3, 4), en particular en su superficie de contacto 5. Un inductor receptor 15 del inductor de detección 10 mide la intensidad de campo generada por el inductor emisor 11 en las piezas moldeadas (3, 4) en forma de una lectura de voltaje distinta de cero 150. Para cada posición a lo largo de una dirección o línea de soldadura A, se determina una discrepancia entre la intensidad de campo medida por el inductor receptor 15 del inductor de detección 10 y la intensidad de campo adecuada para la unión. La intensidad de campo adecuada para la unión es la intensidad de campo que induce un perfil de temperatura óptimo en la superficie de contacto 5 de las piezas moldeadas (3, 4) a unir. Un perfil de temperatura óptimo es un perfil con un mínimo de variación alrededor de una temperatura de soldadura constante deseada. La temperatura de soldadura constante deseada depende de una serie de variables que se relacionan con las propiedades de los materiales de las piezas moldeadas.

La Figura 4 ilustra una modalidad en donde la soldadura real para la unión se lleva a cabo por separado, es decir, después de que el inductor de detección haya realizado su acción apropiada. El método mostrado comprende mover un inductor de unión 20 a lo largo de la superficie de contacto 5 de las piezas moldeadas (3, 4) y a lo largo de la misma trayectoria en la dirección de soldadura A a lo largo del cual se movió previamente el inductor de detección 10. Las piezas moldeadas (3, 4) se presionan entre sí por la presión 16. El inductor de unión 20 tiene una bobina inductora 22 que genera un campo electromagnético 23. Este campo 23 provoca corrientes de Foucault 24 en las piezas moldeadas (3, 4), en particular en su superficie de contacto 5. Las corrientes de Foucault 24 provocan un calentamiento de la resina termoplástica presente en las piezas moldeadas (3, 4), al menos en y alrededor de la superficie de contacto 5. Este calentamiento provoca un aumento de temperatura dentro de las piezas moldeadas (3, 4), al menos en y alrededor de la superficie de contacto 5, hasta una temperatura de unión superior a la temperatura de fusión de la resina termoplástica de la pieza o piezas moldeadas. Para cada posición a lo largo de una dirección o línea de soldadura A, la intensidad de campo adecuada para la unión se ajusta para cerrar la discrepancia previamente determinada entre la intensidad de campo medida por el inductor receptor 15 del inductor de detección 10 y la intensidad de campo adecuada para la unión. Esto se puede hacer al adaptar la potencia o voltaje 25 suministrado a la bobina 22 del inductor de unión 20. Este ajuste constante de la intensidad de campo de las ondas electromagnéticas generadas por el inductor de unión 20 a lo largo de la trayectoria de soldadura provoca un aumento de temperatura más constante en las piezas moldeadas (3, 4), al menos en y alrededor de su superficie de contacto 5. Esto conduce a una soldadura con una calidad mejor y más consistente.

La modalidad de la Figura 3 comprende además medir el efecto de borde durante la soldadura de las piezas moldeadas (3, 4). La medición del efecto de borde puede realizarse por un sensor 18 que mide corrientes eléctricas en los bordes de la pieza moldeada 4. Esto permite ajustar con precisión la intensidad del campo electromagnético generado por el inductor de unión 20 cuando se mueve a lo largo de la línea de soldadura A, para cerrar aún más la discrepancia y evitar variaciones en la intensidad del campo y la temperatura.

La Figura 5 muestra otra modalidad del método inventado en el que el inductor de detección 10 se mueve de nuevo sobre las piezas moldeadas (3, 4) que se han unido mediante soldadura electromagnética, por ejemplo, como se ha descrito anteriormente. El inductor de detección 10 se mueve preferentemente a lo largo de la trayectoria de soldadura, es decir, a lo largo de la línea de soldadura A. El inductor receptor15 del inductor de detección 10 vuelve a medir la intensidad de campo generada por el inductor de emisión 11 en el conjunto de piezas moldeadas unidas (3, 4) en forma de una lectura de voltaje distinta de cero 151. Es probable que esta lectura 151 sea diferente de la lectura 150 obtenida para las piezas moldeadas no unidas (3, 4). La serie de lecturas 151 puede usarse como un medio para un control de calidad adicional.

Como se muestra en la Figura 6, otra modalidad implica mover el inductor de detección 10 simultáneamente con el inductor de unión 20, pero ligeramente por delante, a lo largo de la línea de soldadura A. Ambos inductores (10, 20) se mueven de acuerdo con las flechas (100, 200) a lo largo de la línea de soldadura A pero a una distancia 40 entre sí. Tenga en cuenta que la línea de soldadura A no se limita a una línea recta y la línea de soldadura puede comprender cualquier trayectoria, incluso trayectorias tortuosas o interrumpidas.

La Figura 2 finalmente muestra un dispositivo de soldadura 30 provisto de un inductor de unión 15. El inductor 15 puede guiarse a lo largo de una línea de soldadura que puede ser una trayectoria preprogramada por medio de un robot industrial 32 de seis ejes para lograr la soldadura deseada. En este caso, las piezas moldeadas para soldar (como se muestra en las figuras de la 3 a la 6) pueden fijarse y prensarse juntas en un molde 33, fabricado para este propósito. El molde 33 se puede proveer de un rebaje 34 a través del cual el inductor 15 puede moverse cerca de las piezas moldeadas para soldar. El inductor 15 se puede conectar a un generador de corriente alterna 35 dispuesto en el robot 32 para generar el campo electromagnético. La intensidad del campo electromagnético varía a lo largo de la línea de soldadura para compensar, al menos parcialmente, cualquier variación de temperatura que pueda ocurrir en el plano de contacto de las piezas moldeadas a lo largo de la línea de soldadura, y que fueron determinadas por el inductor de detección de acuerdo con cualquiera de las modalidades descritas en la presente solicitud.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para la unión de piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética, que comprende mover un inductor de unión a lo largo de las superficies de contacto de las piezas moldeadas, generar un campo electromagnético en un componente sensible a la inducción de la(s) pieza(s) moldeada(s) para calentar un medio de acoplamiento activado térmicamente de la(s) pieza(s) moldeada(s) por encima de la temperatura de fusión del medio de acoplamiento, y unir las piezas moldeadas entre sí en las superficies de contacto mediante el medio de acoplamiento fundido, en donde la intensidad del campo electromagnético adecuado para la unión se determina al mover previamente un inductor de detección a lo largo del plano de contacto, generar un campo electromagnético relativamente débil, medir la intensidad de campo generada por el inductor de detección en la(s) pieza(s) moldeada(s), determinar una discrepancia entre la intensidad de campo medida del inductor de detección y la intensidad de campo adecuada para la unión, y ajustar la intensidad de campo adecuada para la unión para cerrar la discrepancia.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la discrepancia se determina en varias posiciones de movimiento a lo largo de las superficies de contacto.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el ajuste de la intensidad de campo adecuada para la unión para cerrar la discrepancia se lleva a cabo de forma continua a lo largo de las superficies de contacto.

4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inductor de detección se mueve a lo largo de las superficies de contacto por delante del inductor de unión.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el inductor de detección y el inductor de unión son uno y el mismo.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el inductor de detección y el inductor de unión se separan y se mueven simultáneamente a lo largo de las superficies de contacto.

7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inductor de detección comprende un inductor emisor que genera el campo electromagnético y un inductor receptor que mide la intensidad del campo generado por el inductor de detección en la(s) pieza(s) moldeada(s).

8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde se tiene en cuenta la influencia del inductor emisor sobre la intensidad de campo medida del inductor receptor generada por el inductor de detección en la(s) pieza(s) moldeada(s).

9. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la medición de la intensidad de campo generada por el inductor de detección en la(s) pieza(s) moldeada(s) se lleva a cabo al medir las corrientes eléctricas provocadas por un cortocircuito en los bordes de la(s) pieza(s) moldeada(s).

10. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inductor comprende un segmento de inducción lineal que genera un campo electromagnético sustancialmente cilíndrico.

11. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de acoplamiento térmicamente activados comprenden un plástico termoplástico.

12. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente sensible a la inducción se selecciona de fibras de carbono, un metal o partículas ferromagnéticas, o combinaciones de estas.

13. Dispositivo para la unión de piezas moldeadas mediante soldadura electromagnética, que comprende medios para mover un inductor de unión a lo largo de las superficies de contacto de las piezas moldeadas, medios para generar un campo electromagnético en un componente sensible a la inducción de la(s) pieza(s) moldeada(s) para calentar medios de acoplamiento activados térmicamente de la(s) pieza(s) moldeada(s) por encima de la temperatura de fusión de los medios de acoplamiento, y medios para la unión de las piezas moldeadas entre sí en las superficies de contacto mediante los medios de acoplamiento fundido, que comprende además un inductor de detección configurado para determinar la intensidad del campo electromagnético adecuado para la unión, y que comprende medios para generar un campo electromagnético relativamente débil para calentar ligeramente los medios de acoplamiento térmicamente activados a una temperatura de detección, medios para medir la intensidad del campo generado por el inductor de detección en la(s) pieza(s) moldeada(s), medios para determinar una discrepancia entre la intensidad de campo medida del inductor de detección y la intensidad de campo adecuada para la unión, y medios para ajustar la intensidad de campo adecuada para la unión para cerrar la discrepancia.