MX2014014185A - Junta de soldadura por friccion para un articulo que contiene un material termoplastico. - Google Patents

Junta de soldadura por friccion para un articulo que contiene un material termoplastico.

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Abstract

Una junta de soldadura por fricción acopla entre sí una primera y segunda partes del cuerpo de un artículo. La primera parte del cuerpo tiene un primer espesor nominal de la pared y una primera superficie de la junta. La segunda parte del cuerpo tiene un segundo espesor nominal de la pared y una segunda superficie de la junta. Entre las superficies de la junta se define una altura total del cordón de soldadura. Un primer cordón se extiende desde la primera superficie de la junta definiendo una primera altura del cordón. Un segundo cordón se extiende desde la segunda superficie de la junta y se acopla con el primer cordón. Entre el primer cordón y la segunda superficie de la junta se define una altura final del segundo cordón. Una relación entre la primera altura del cordón y la altura final del segundo cordón es desde aproximadamente 0.40 hasta aproximadamente 1.70. Una relación entre la altura total del cordón y al menos el primero o el segundo espesor nominal de la pared es igual a, o menor que, 6.00.

Description

JUNTA DE SOLDADURA POR FRICCIÓN PARA UN ARTÍCULO QUE CONTIENE UN MATERIAL TERMOPLÁSTICO REFERENCIA CRUZADA CON SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reclama prioridad ante y todas las ventajas de la Solicitud de Patente Provisional E.U.A. No. 61/650,563, la cual se presentó en Mayo 23, 2012, la descripción de la cual se incorpora específicamente para referencia.
ANTECEDENTE DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención La invención en general se refiere a un artículo que contiene un material termoplástico. De forma más específica, la invención se refiere a una junta de soldadura por fricción utilizada para unir dos partes del cuerpo del artículo. 2. Descripción de la Téenica Relacionada El uso de juntas de soldadura por fricción para acoplar juntas la primera y segunda partes del cuerpo de un artículo es conocido en la técnica. Una junta de soldadura por fricción comúnmente consiste en un primer cordón que se extiende desde la primera parte del cuerpo y un segundo cordón que se extiende desde la segunda parte del cuerpo· Cada uno del primero y segundo cordones de la junta de soldadura por fricción comúnmente tiene una superficie de contacto. Las superficies de contacto del primero y segundo cordones están colocadas en contacto entre si y una fuerza se aplica a la primera parte del cuerpo para generar fricción en las superficies de contacto del primero y segundo cordones. El primero y segundo cordones están hechos de un material termoplástico y la fricción resulta en un aumento de temperatura del material termoplástico. Como resultado del aumento de la temperatura del material termoplástico, el primero y segundo cordones se anidan entre si. En consecuencia, la fuerza se separa de la primera parte del cuerpo para permitirle al material termoplástico que se enfrie, lo cual resulta en la fusión del primero y segundo cordones juntos.
La junta de soldadura por fricción comúnmente debe ser capaz de resistir tensiones, como pueden ser cargas de flexión, tensión, y compresión, que actúan sobre la junta de soldadura por fricción común sin falla. En el caso donde el articulo es un colector de entrada de aire de un motor de combustión interna, las tensiones que actúan sobre la junta de soldadura por fricción común es el resultado de la presión que se acumula dentro de un interior hueco del colector de entrada de aire. Hay un deseo en la industria para aumentar la presión dentro del interior hueco del colector de entrada de aire al mismo tiempo que aún se utiliza una junta de soldadura por fricción. También hay limitaciones en la industria para el tamaño del colector de entrada de aire y la junta de soldadura por fricción misma. Por tal, permanece una necesidad para proporcionar una junta de soldadura por fricción mejorada que cumpla las demandas para resistir fallas cuando está expuesta a aumentos de presión al mismo tiempo que aún cumple con las limitaciones de tamaño para la industria.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Y VENTAJAS Una junta de soldadura por fricción acopla juntas la primera y segunda partes del cuerpo de un artículo, el cual consiste en un material termoplástico. La primera parte del cuerpo tiene un primer espesor nominal de la pared y una primera superficie de la junta. La segunda parte del cuerpo tiene un segundo espesor nominal de la pared y una segunda superficie de la junta considerablemente paralela a la primera superficie de la junta. Una altura total del cordón de la junta de soldadura por fricción está definida entre la primera y segunda superficies de la junta. La junta de soldadura por fricción consiste en un primer cordón acoplado a y que se extiende axialmente desde la primera superficie de la junta para definir una primera altura del cordón. Un segundo cordón está acoplado a y se extiende axialmente desde la segunda superficie de la junta. El segundo cordón también está acoplada al primer cordón para acoplar la primera y segunda partes del cuerpo juntas. Una altura final del segundo cordón está definida entre el primer cordón y la segunda superficie de la junta. Una relación de la altura del primer cordón a la altura del segundo cordón es desde aproximadamente 0.40 hasta aproximadamente 1.70. Una relación de la altura total del cordón al menos a uno del primero y segundo espesor nominal de la paredes es igual a o menor que 6.00. Siendo la altura del primer cordón igual a o mayor que la altura final del segundo cordón y siendo la relación de la altura total del cordón con al menos uno del primero y segundo espesor nominal de la paredes igual a o menor que 6.00 reduce una transferencia de tensiones que actúan sobre la primera y segunda partes del cuerpo a la junta de soldadura por fricción. Por lo tanto, la junta de soldadura por fricción puede resistir tensiones más altas que actúan sobre la primera y segunda partes del cuerpo sin que falle la junta de soldadura por fricción, comparada con las juntas soldadas de la téenica anterior.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otras ventajas de la presente invención se apreciarán fácilmente, ya que las mismas se entienden mejor con referencia a la siguiente descripción detallada, cuando se consideran en relación con los dibujos acompañantes en donde: La Figura 1 es una vista en perspectiva de un articulo para utilizarse como un colector de entrada de aire para un motor de combustión interna; La Figura 2 es una vista transversal del articulo tomada a lo largo de la linea 2-2 de la Figura 1; La Figura 3 es una vista transversal de una parte de la Figura 2 que muestra una junta de soldadura por fricción; y La Figura 4 es una vista en perspectiva de uno de una pluralidad de artículos de prueba que tienen la junta de soldadura por fricción.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD EJEMPLAR Refiriéndonos a las Figuras, en donde los números similares indican partes correspondientes a través de todas las diversas vistas, una junta de soldadura por fricción 10 para un articulo 12 generalmente se muestra. Como se muestra en las Figuras 1 y 2, el articulo 12 puede ser un colector de entrada de aire para un motor de combustión interna. Sin embargo, se debe entender que el articulo 12 puede ser formado en algo diferente que el colector de entrada de aire, como puede ser las carcasas delantera y posterior de la lámpara trasera, tanques de combustible, o cualquier aplicación automotriz en donde dos componentes se unen juntos utilizando un proceso de soldadura por vibración y aún se encuentran dentro del alcance de la invención.
Generalmente, el articulo 12 consiste en un material termoplástico. Se debe apreciar que el material termoplástico puede ser puro, es decir, resina no compuesta, virgen, o que el material termoplástico puede ser un producto diseñado donde la resina está compuesta con otros componentes, por ejemplo con aditivos seleccionados para mejorar ciertas propiedades físicas. Adicionalmente, el material termoplástico puede tener un contenido remolido (en granza) desde aproximadamente 5-25 por ciento. Comúnmente, el material termoplástico se selecciona del grupo el grupo de polipropileno, policloruro de vinilo, poliestireno, acrilonitrilo butadieno estireno, estireno butadieno, estireno acrilonitrilo acrílico, poli metacrilato de metilo, poliacetal, óxido de polifenileno, tereftalato de polietileno, polietileno, sulfuro de polifenileno, acetato de celulosa, polisulfona, tereftalato de polibutileno, poliamida, y combinaciones de estos. Más comúnmente, el material termoplástico es una poliamida seleccionada del grupo de nailon 6, nailon 6/6, tereftalato de polibutileno, tereftalato de polietileno, poliacetal, estireno acrilonitrilo acrilico, y combinaciones de estos. Sin embargo, se debe entender que también se pueden utilizar otros materiales termoplásticos para fabricar el articulo 12. Adicionalmente, el material termoplástico puede ser una mezcla de dos o más de los materiales listados anteriormente. Por ejemplo, el material termoplástico puede ser seleccionado del grupo de mezclas de poliamida, una mezcla de monómero polipropileno y dieno etileno-propileno, mezclas de óxido de polifenileno, una mezcla de policarbonato y el polímero acrilonitrilo-butadieno-estireno, y una mezcla de policarbonato y tereftalato de polibutileno.
Aunque no se requiere, el material termoplástico comúnmente está cargado con fibras entre 5 y 65 por ciento, y más preferiblemente, el material termoplástico está cargado con 30 por ciento de fibras. Se debe apreciar que las fibras pueden ser cortas, largas, y/o continuas. También se debe apreciar que las fibras pueden ser fibras de vidrio y/o carbono. Ejemplos de materiales termoplásticos adecuados incluyen, pero no se limitan a poliamidas Ultramid®, grados Ultradur®, Ultraform®, Ultrason®, Luran®, y Terluran® comercialmente disponibles de BASF Corp.
Con referencia a la Figura 3, el articulo 12 consiste en una primera parte del cuerpo 14 y una segunda parte del cuerpo 16. La primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 están configuradas para acoplar mediante la junta de soldadura por fricción 10 para formar el articulo 12. Dicho de otro modo, cuando la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 están acopladas juntas, la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 forman el articulo 12. La primera parte del cuerpo 14 tiene un primer espesor nominal de la pared TI y la segunda parte del cuerpo 16 tiene un segundo espesor nominal de la pared T2. El primero y segundo espesor nominal de la paredes TI, T2 comúnmente están definidos por un espesor transversal de una pared de la primera y/o segunda partes del cuerpo 14, 16. De forma más especifica, la primera parte del cuerpo 14 incluye una primera pared 18 que define el primer espesor nominal de la pared TI de la primera parte del cuerpo 14. Del mismo modo, la segunda parte del cuerpo 16 incluye una segunda pared 20 que define el segundo espesor nominal de la pared T2 de la segunda parte del cuerpo 16. Se debe apreciar que el primero y segundo espesor nominal de las paredes TI, T2 puede ser el mismo o diferente entre sí. Comúnmente, el primero y segundo espesor nominal de las paredes TI, T2 son desde aproximadamente 1.50 hasta aproximadamente 5.00, más comúnmente desde aproximadamente 2.00 hasta aproximadamente 4.00, y aún más comúnmente desde aproximadamente 2.80 hasta aproximadamente 3.20 milímetros.
Adicionalmente, cada una de la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 tiene una superficie de la junta. Dicho de otro modo, la primera parte del cuerpo 14 tiene una primera superficie de la junta 22 y la segunda parte del cuerpo 16 tiene una segunda superficie de la junta 24. La segunda superficie de la junta 24 es considerablemente paralela a la primera superficie de la junta 22. La primera parte del cuerpo 14 puede tener una primera pestaña 26 que se extiende desde la primera pared 18 con la primera superficie de la junta 22 colocada sobre la primera pestaña 26. Generalmente, cuando está presente, la primera pared 18 y la primera pestaña 26 presentan una configuración en forma de L en la sección transversal. Del mismo modo, la segunda parte del cuerpo 16 tiene una segunda pestaña 28 que se extiende desde la segunda pared 20 con la segunda superficie de la junta 24 colocada sobre la segunda pestaña 28. Generalmente, cuando está presente, la segunda pared 20 y la primera pestaña 26 presentan una configuración en forma de L en la sección transversal.
La junta de soldadura por fricción 10 está colocada entre la primera y segunda superficies de la junta 22, 24. La junta de soldadura por fricción 10 acopla juntas la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 para formar el articulo 12. La junta de soldadura por fricción 10 tiene una altura total del cordón HT definida entre la primera y segunda superficies de la junta 22, 24. La altura total del cordón HT comúnmente es desde aproximadamente 6.5 hasta aproximadamente 9.5, más comúnmente desde aproximadamente 7.00 hasta 9.00, e incluso más comúnmente desde aproximadamente 8.00 hasta 9.00 milímetros. Comúnmente, una relación de la altura total del cordón HT con al menos uno del primero y segundo espesor nominal de las paredes TI, T2 es igual a o menor que 6.00, más comúnmente desde aproximadamente 1.60 hasta aproximadamente 5.50, y aún más comúnmente desde aproximadamente 2.50 hasta aproximadamente 3.00.
La junta de soldadura por fricción 10 consiste en un primer cordón 30 acoplada a y que se extiende axialmente desde la primera superficie de la junta 22. El primer cordón 30 se extiende axialmente a lo largo de una linea central 32 desde la primera superficie de la junta 22. El primer cordón 30 se extiende desde la primera superficie de la junta 22 y termina en una primera superficie de contacto 34 definiendo con esto una primera altura del cordón HI. Comúnmente, la altura del primer cordón HI es desde aproximadamente 2.00 hasta aproximadamente 5.00, más comúnmente desde aproximadamente 2.50 hasta aproximadamente 4.50, y aún más comúnmente desde aproximadamente 4.00 hasta aproximadamente 4.50 milímetros. Adicionalmente, el primer cordón 30 tiene un espesor T3, el cual está definido por el espesor transversal del primer cordón 30. Generalmente, el espesor T3 del primer cordón 30 es uniforme entre la primera superficie de la junta 22 y la superficie de contacto del primer cordón 30. Comúnmente, el espesor T3 del primer cordón 30 es desde aproximadamente 3.00 hasta aproximadamente 8.00, más comúnmente desde aproximadamente 4.00 hasta aproximadamente 7.00, y aún más comúnmente desde aproximadamente 6.00 hasta aproximadamente 7.00 milímetros. Comúnmente, el espesor T3 del primer cordón 30 es menor que un espesor transversal de la primera pestaña 26.
La junta de soldadura por fricción 10 también consiste en un segundo cordón 36 acoplado a y que se extiende axialmente desde la segunda superficie de la junta 24. El segundo cordón 36 se extiende axialmente a lo largo de una línea central 38 desde la segunda superficie de la junta 24. El segundo cordón 36 se extiende desde la segunda superficie de la junta 24 y termina en una segunda superficie de contacto 40 definiendo con esto una segunda altura inicial del cordón H2. Comúnmente, la segunda altura inicial del cordón H2 es desde aproximadamente 4.00 hasta aproximadamente 6.50, más comúnmente desde aproximadamente 4.60 hasta aproximadamente 6.00, y aún más comúnmente desde aproximadamente 5.50 hasta aproximadamente 6.00 milímetros. Adicionalmente, el segundo cordón 36 tiene un espesor T4, el cual está definido por el espesor transversal del segundo cordón 36. Generalmente, el espesor T4 del segundo cordón 36 es uniforme entre la segunda superficie de la junta 24 y la segunda superficie de contacto 40 del segundo cordón 36. Comúnmente, el espesor T4 del segundo cordón 36 es desde aproximadamente 1.50 hasta aproximadamente 7.00, más comúnmente desde aproximadamente 3.00 hasta aproximadamente 6.00, y más comúnmente desde aproximadamente 4.00 hasta aproximadamente 5.00 milímetros. Comúnmente, el espesor T4 del segundo cordón 36 es menor que un espesor transversal de la segunda pestaña 28.
Se debe apreciar que el primero y segundo cordones 30, 36 pueden tener cualquier configuración transversal adecuada. Por ejemplo, cada uno del primero y segundo cordones 30, 36 puede tener una sección transversal rectangular, o una sección transversal circular. Se debe apreciar que el primer cordón 30 puede tener una sección transversal diferente comparada con el segundo cordón 36. Por ejemplo, el primer cordón 30 puede tener la sección transversal rectangular y el segundo cordón 36 puede tener la sección transversal circular.
Comúnmente, el primero y segundo cordones 30, 36 contienen el material termoplástico del artículo 12. Por ejemplo, el primero y segundo cordones 30, 36 pueden contener nailon cargado y/o no cargado de vidrio, nailon 6/6, policloruro de vinilo, tereftalato de polibutileno, poliacetal, y combinaciones de estos. Se debe apreciar que el primero y segundo cordones 30, 36 pueden contener un material termoplástico diferente comparado con el material termoplástico de la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16.
Antes de acoplar la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 juntas, el segundo cordón 36 se separa del primer cordón 30. Para acoplar el primero y segundo cordones 30, 36 juntos, el primero y segundo cordones 30, 36 se colocan en contacto entre si. De forma más especifica, las superficies de contacto 34, 40 de cada uno del primero y segundo cordones 30, 36 se colocan en contacto entre si. Generalmente, las lineas centrales 32, 38 del primero y segundo cordones 30, 36 están alineadas entre si antes de acoplar el primero y segundo cordones 30, 36 juntas. Una presión de la pinza puede ser aplicada a la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 para sostener temporalmente la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 juntas. La presión de la pinza comúnmente es desde aproximadamente 1.0 hasta aproximadamente 7.0, más comúnmente desde aproximadamente 1.2 hasta aproximadamente 4.0, aún más comúnmente desde aproximadamente 1.5 hasta aproximadamente 2.5 Mpa.
Una fuerza se aplica ya sea a la primera o segunda partes del cuerpo 14, 16 del articulo 12 para generar fricción entre el primero y segundo cordones 30, 36. La aplicación de la fuerza resulta en la producción de fricción entre las superficie de contacto del primero y segundo cordones 30, 36. La fricción genera calor que resulta en un calentamiento del material termoplástico del primero y segundo cordones 30, 36 desde una temperatura normal hacia una temperatura de fusión del material termoplástico. La aplicación de la fuerza puede ser definida además como la soldadura por fricción del primero y segundo cordones 30, 36 juntos de modo que una de la primera o segunda partes del cuerpo 14, 16 reciproca contra el otro del primero y segundo cordones 30, 36 en una frecuencia baja. Comúnmente, la frecuencia baja utilizada en la soldadura por fricción es desde aproximadamente 100 hasta aproximadamente 300, más comúnmente desde aproximadamente 150 hasta aproximadamente 240, y aún más comúnmente desde aproximadamente 180 hasta aproximadamente 220 hertz. Adicionalmente, se debe apreciar que la aplicación de la fuerza puede ser definida además como soldadura ultrasónica del primero y segundo cordones 30, 36 juntos de modo que una de la primera o segunda partes del cuerpo 14, 16 reciproca contra la otra del primero y segundo cordones 30, 36 a una frecuencia elevada. La frecuencia elevada utilizada en la soldadura ultrasónica comúnmente es desde aproximadamente 15,000 hasta aproximadamente 72,000, más comúnmente desde aproximadamente 15,000 hasta aproximadamente 60,000, y aún más comúnmente desde aproximadamente 15,000 hasta aproximadamente 40,000 hertz.
El calentamiento del primero y segundo cordones 30, 36 permite que cualquiera del primero o segundo cordones 30, 36 penetre al otro del primero y segundo cordones 30, 36. Dicho de otro modo, a medida que el material termoplástico del primero y segundo cordones 30, 36 se aproxima a la temperatura de fusión del material termoplástico, al menos uno del primero o segundo cordones 30, 36 penetra al otro. Se debe apreciar que la presión que mantiene juntos el primero y segundo cordones 30, 36 también puede estar presente durante el paso para aplicar la fuerza para ayudar a forzar el primero o segundo cordones 30, 36 para que penetre al otro del primero y segundo cordones 30, 36.
La fuerza se separa para permitirle al primero y segundo cordones 30, 36 fusionarse juntos para acoplar juntos la primera parte del cuerpo 14 y la segunda parte del cuerpo 16 del articulo 12. Generalmente, una vez que la fuerza se separa, el calor que se generó mediante la fricción se disipa rápidamente y el material termoplástico del primero y segundo cordones 30, 36 se fusiona junto a medida que la temperatura normal del primero y segundo cordones 30, 36 se alcanza. Dicho de otro modo, una vez que la fuerza se separa, el primero y segundo cordones 30, 36 se acoplan juntos para unir la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 del articulo 12. Se debe apreciar que el segundo cordón 36 puede ser acoplado al primer cordón 30, el primer cordón 30 puede ser acoplado al segundo cordón 36, o el primero y segundo cordones 30, 36 pueden ser acoplados al otro para acoplar la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 juntas.
Comúnmente, la fuerza se aplica a la primera parte del cuerpo 14 para permitir que el segundo cordón 36 penetre el primer cordón 30, como se muestra en la Figura 3. En esa modalidad, el segundo cordón 36 está al menos parcialmente colocado dentro del primer cordón 30 después de que la fuerza se separa de la primera parte del cuerpo 14. El segundo cordón 36 penetra el primer cordón 30 por una distancia Di, la cual comúnmente es desde aproximadamente 0.25 hasta aproximadamente 2.20 milímetros, más comúnmente desde aproximadamente 1.00 hasta aproximadamente 2.00 milímetros, y aún más comúnmente desde aproximadamente 1.50 hasta aproximadamente 1.80 milímetros. Sin embargo, se debe apreciar que el segundo cordón 36 puede penetrar el primer cordón 30 de modo que el segundo cordón 36 está totalmente abarcado por el primer cordón 30. Adicionalmente, se debe apreciar qúe si la fuerza se aplica a la segunda parte del cuerpo 16 en lugar de la primera parte del cuerpo 14, entonces el primer cordón 30 penetrará el segundo cordón 36 en una forma similar al segundo cordón 36 descrita anteriormente.
Cuando el segundo cordón 36 penetra el primer cordón 30, el segundo cordón 36 tiene una altura final del segundo cordón H3, la cual está definida entre el primer cordón 30 y la segunda superficie de la junta 24. Comúnmente, una relación de la altura del primer cordón HI a la altura final del segundo cordón H3 es desde aproximadamente 0.40 hasta aproximadamente 1.70, más comúnmente desde aproximadamente 0.50 hasta aproximadamente 1.25, y aún más comúnmente desde aproximadamente 0.98 hasta aproximadamente 1.0. Comúnmente, la altura final del segundo cordón H3 es desde aproximadamente 2.50 hasta aproximadamente 5.00, más comúnmente desde aproximadamente 3.00 hasta aproximadamente 4.50, y aún más comúnmente desde aproximadamente 4.00 hasta aproximadamente 4.50 milímetros. Se debe apreciar que la altura final del segundo cordón H3 del segundo cordón 36 puede ser igual a o mayor que la altura del primer cordón HI.
Generalmente, el artículo 12 tiene una cámara interior definida por la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16. La junta de soldadura por fricción 10 está colocada alrededor de la cámara interior. Durante el uso normal del articulo 12, la cámara se puede someter a un aumento de presión. Por ejemplo, cuando el artículo 12 es el colector de entrada de aire, la presión aumenta dentro del colector de entrada de aire. El aumento de presión ocasiona que una fuerza de momento actúe sobre la junta de soldadura por fricción 10. La fuerza de momento resulta en una combinación de una carga de flexión, una carga de tensión, y una carga de compresión que actúan sobre la junta de soldadura por fricción 10. Por tal, la junta de soldadura por fricción 10 debe ser capaz de resistir las tensiones impartidas sobre la junta de soldadura por fricción 10 debido a las cargas de flexión, tensión, y compresión sin fallar.
Sin desear estar limitado por una teoría, se cree que proporcionando la junta de soldadura por fricción 10 con la relación entre la altura final del segundo cordón H3 a la altura del primer cordón HI descrita anteriormente y que tienen la relación de la altura total del cordón HT con al menos uno del primero y segundo espesor nominal de las paredes TI, T2 como se describe antes, reduce las tensiones que actúan sobre la junta de soldadura por fricción 10 como resultado de las tensiones que actúan sobre la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 se reducen. Un ejemplo de las tensiones que actúan sobre la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 es la presión aumentada dentro de una cámara interior 41 del articulo 12. Una resistencia de la junta de soldadura por fricción 10 es aumentada con la reducción de las tensiones transferidas a la junta de soldadura por fricción 10. Por lo tanto, el articulo 12 puede experimentar presiones más grandes sin que la junta de soldadura por fricción 10 falle, comparada con otras juntas de soldadura que no cumplen con los requisitos de la relación descritos anteriormente. Por tal, se cree que la combinación de la relación de la altura final del cordón H3 a la altura del primer cordón HI y la relación para la altura total del cordón HT reduce las tensiones resultantes de las cargas de flexión, tensión, y compresión que actúan sobre la junta de soldadura por fricción 10 a medida que la presión dentro la cámara aumenta. Limitando las tensiones que actúan sobre la junta de soldadura por fricción 10 que resultan de la presión aumentada dentro de la cámara aumenta la resistencia al estallido de la junta de soldadura por fricción 10.
El calentamiento del primero y segundo cordones 30, 36 también resulta en la producción de rebaba (flash dam) . Por lo tanto, la segunda parte del cuerpo 16 puede incluir una primera rebaba y a segunda rebaba, respectivamente. Cada una de las rebabas se extiende desde la segunda superficie de la junta 24. Las rebabas están separadas entre si con el segundo cordón 36 separada de y colocada entre las rebabas. Una cavidad 44 está definida entre cada una de las rebabas y el segundo cordón 36 para recolectar la rebaba a medida que se produce. La cavidad 44 recolecta la rebaba dentro de la junta de soldadura por fricción 10 impidiendo con esto que la rebaba se pierda dentro del articulo 12. También es deseable capturar el flash desde un punto de referencia estético, lo cual también es un requisito clave de la aplicación cuando el artículo 12 está en el colector de entrada de aire. Se ha observado que al aumentar el espesor de rebabas aumenta la resistencia a la ráfaga de la junta de soldadura por fricción 10. Sin embargo, el espesor de las rebabas no puede hacerse grande o incuso no habrá cavidad para capturar la rebaba. Comúnmente, las rebabas tienen un espesor desde aproximadamente 0.50 hasta aproximadamente 4.00, más comúnmente desde aproximadamente 0.80 hasta aproximadamente 3.25, y aún más comúnmente desde aproximadamente 2.50 hasta aproximadamente 3.00 milímetros.
Adicionalmente, se debe apreciar que el primer cordón 30 y/o el segundo cordón 36 pueden dividirse en vástagos interior y exterior. Además se debe apreciar que cuando cualquiera del primer cordón 30 o el segundo cordón 36 se dividen en los vástagos interior y exterior, la línea central 32 del primer cordón 30 puede ser desplazada desde la línea central 38 del segundo cordón 36. Se cree que dividir el primero y/o segundo cordones 30, 36 en los vástagos interior y exterior y desplazando las líneas centrales 32, 38 reduce las tensiones que resultan de las cargas de flexión, tensión, y compresión que actúan sobre la junta de soldadura por fricción 10 a medida que la presión dentro la cámara aumenta. Limitando las tensiones que actúan sobre la junta de soldadura por fricción 10 resultantes de la presión aumentada dentro de la cámara aumenta la resistencia al estallido de la junta de soldadura por fricción 10.
Aunque la descripción anterior se ha descrito para acoplar juntas la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 del artículo 12, se debe apreciar que la junta de soldadura por fricción 10 se puede utilizar para acoplar juntos cualquier cuerpo termoplástico, incluyendo los artículos múltiples 12.
EJEMPLOS Una pluralidad de artículos de prueba 42 se produjo. Un ejemplo de los artículos de prueba 42 se muestra en la Figura 4. Los artículos de prueba 42 tienen la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 unidas juntas mediante una junta. Sin embargo, la altura total del cordón HT de cada uno de los artículos de prueba 42 es variada. La variación de la altura total del cordón HT se realiza ajustando al menos una de la altura del primer cordón HI o la altura final del segundo cordón H3 del primero y segundo cordones 30, 36, respectivamente. El primer cordón 30 tiene un espesor de 6.00 milímetros y el segundo cordón 36 tiene un espesor de 4.00 milímetros. El espesor nominal de la pared de la primera y segunda partes del cuerpo 14, 16 de los artículos de prueba 42 es de aproximadamente 3.00 milímetros. La junta se forma como se describe anteriormente utilizando la misma presión de la pinza para todos los artículos de prueba 42. Una primera prueba de falla de presión se realizó aumentando la presión dentro de los artículos de prueba 42 hasta que los artículos de prueba 42 fallaron. Los resultados se proporcionan en la Tabla 1 más adelante.
Tabla 1 Como se presenta en la Tabla 1, los artículos de prueba 42 con la relación de la altura del primer cordón HI a la altura final del segundo cordón H3 igual a o menor que 1 es más fuerte que los artículos de prueba 42 con la relación de la altura del primer cordón HI a la altura final del segundo cordón H3 mayor que 1. Por ejemplo, con referencia a los artículos de prueba números 7 y 8 de la tabla, la resistencia aumentada para el artículo de prueba 8 contra 7 porque el artículo de prueba 8 tenía la relación de la altura del primer cordón HI a la altura final del segundo cordón H3 menor de 1.
Adicionalmente, aumentando la altura total del cordón HT y, por lo tanto, aumentando la relación de la altura total del cordón HT al espesor nominal de la pared también resultó en una junta más fuerte. Por ejemplo, una comparación del artículo de prueba 8 contra los artículos de prueba 42, 10 y 11 demuestra que al mismo tiempo que la relación de la altura del primer cordón HI a la altura final del segundo cordón H3 permanece constante, aumentando la relación de la altura total del cordón HT al espesor nominal de la pared resultó en una junta más fuerte. Se espera que al aumentar simplemente la altura total del cordón HT no tendría un efecto sobre la resistencia de la junta debido a que el área de contacto entre el primero y segundo cordones 30, 36 permanece constante. Sin embargo, como se demuestra en los resultados de la Tabla 1, aumentar la altura total del cordón HT sí tuvo un impacto positivo en la resistencia de la junta.
Una segunda prueba de falla de presión se realizó para determinar el efecto de ajustar el espesor de las rebabas. Los artículos de prueba 42 adicionales se formaron como se describe anteriormente. La presión dentro de los artículos de prueba 42 se incrementó después hasta que los artículos de prueba 42 fallaron. Los resultados se proporcionan en la Tabla 2 más adelante.
Tabla 2 Como se muestra en la Tabla 2, aumentar el espesor de las rebabas resulta en una resistencia aumentada de la junta. Por ejemplo, una comparación del artículo de prueba número 10 de la Tabla 1 contra los artículos de prueba números 12 y 13 demuestra que al mismo tiempo que la relación de la altura de el primer cordón HI a la altura final del segundo cordón H3 y la relación de la altura total del cordón HT al espesor nominal de la pared permanece constante, aumentar el espesor de las rebabas resulta en una resistencia aumentada. Es importante observar que generalmente, no es deseable para aumentar el espesor de las rebabas porque al hacerlo reduce un volumen de la cavidad para capturar las rebabas. Sin embargo, debido a que la altura total del cordón HT ha sido aumentada, el espesor de las rebabas se puede aumentar adentro afectando adversamente el volumen de la cavidad. Por lo tanto, aumentar la altura total del cordón HT permite que sea aumentado el espesor de las rebabas, lo cual resulta en que los artículos de prueba 42 resisten presiones más altas antes de fallar.
Aunque la invención se ha descrito con referencia a una modalidad ejemplar, los expertos en la téenica entenderán que se pueden hacer diversos cambios y los equivalentes pueden ser sustituidos por elementos de estos sin salir del alcance de la invención. Además, se pueden hacer muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin salir del alcance esencial de ésta. Por lo tanto, se pretende que la invención no esté limitada a las modalidades particulares descritas como el mejor modo contemplado para realizar esta invención, sino que la invención incluirá todas las modalidades que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (24)

REIVINDICACIONES
1. Un articulo que contiene un material termoplástico, el articulo consiste en: una primera parte del cuerpo que tiene un primer espesor nominal de la pared y una primera superficie de la junta; una segunda parte del cuerpo que tiene un segundo espesor nominal de la pared y una segunda superficie de la junta considerablemente paralela a la primera superficie de la junta; y una junta de soldadura por fricción colocada entre la primera y segunda superficies de la junta teniendo la junta de soldadura por fricción una altura total del cordón definida entre la primera y segunda superficies de la junta, la junta de soldadura por fricción consiste en: un primer cordón acoplado a y que se extiende axialmente desde la primera superficie de la junta que define una altura del primer cordón; y un segundo cordón acoplada a y que se extiende axialmente desde la segunda superficie de la junta y acoplado al primer cordón para acoplar la primera y segunda partes del cuerpo juntas con una altura final del segundo cordón definida entre el primer cordón y la segunda superficie de la junta; en donde una relación de la altura del primer cordón a la altura final del segundo cordón es desde aproximadamente 0.40 hasta aproximadamente 1.70; y en donde una relación de la altura total del cordón con al menos uno del primero y segundo espesor nominal de la paredes es igual a o menor que 6.00.
2. El artículo como se expone en la reivindicación 1 en donde la relación de la altura del primer cordón a la altura final del segundo cordón es igual a o menor que 1.00.
3. El artículo como se expone en la reivindicación 2 en donde la altura del primer cordón es desde aproximadamente 2.00 hasta aproximadamente 5.00 milímetros.
4. El artículo como se expone en la reivindicación 3 en donde la altura final del segundo cordón es desde aproximadamente 2.50 hasta aproximadamente 5.00 milímetros.
5. El artículo como se expone en cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde la relación de la altura total del cordón con al menos una del primero y segundo espesor nominal de la paredes es desde aproximadamente 1.60 hasta aproximadamente 5.50.
6. El articulo como se expone en la reivindicación 5 en donde la altura total del cordón es desde aproximadamente 6.5 hasta aproximadamente 9.5 milímetros.
7. El artículo como se expone en la reivindicación 6 en donde el primero y segundo espesor nominal de las paredes es desde aproximadamente 1.50 hasta aproximadamente 5.00 milímetros.
8. El artículo como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 1-4 en donde la primera parte del cuerpo incluye una primera pared que define el espesor nominal de la pared de la primera parte del cuerpo y la segunda parte del cuerpo incluye una segunda pared que define el espesor nominal de la pared de la segunda parte del cuerpo.
9. El artículo como se expone en la reivindicación 8 en donde la primera parte del cuerpo tiene una primera pestaña que se extiende desde la primera pared con la primera superficie de la junta colocada sobre la primera pestaña.
10. El articulo como se expone en la reivindicación 9 en donde la segunda parte del cuerpo tiene una segunda pestaña que se extiende desde la segunda pared con la segunda superficie de la junta colocada sobre la segunda pestaña.
11. El articulo como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 1-4 en donde la segunda parte del cuerpo incluye una primera rebaba y una segunda rebaba, cada una se extiende desde la segunda superficie de la junta con la segunda rebaba separada de la primera rebaba con el segundo cordón separado de y colocado entre la rebabas.
12. El articulo como se expone en la reivindicación 11 en donde las rebabas tienen un espesor desde aproximadamente 0.50 hasta aproximadamente 4.00 milímetros.
13. El artículo como se expone en la reivindicación 10 en donde el primer cordón y el segundo cordón, cada uno, tiene un espesor que es menor que un espesor transversal de la primera y segunda pestañas.
14. El artículo como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 1-4 en donde el primero y segundo cordones contienen un material seleccionado del grupo de nailon 6, nailon 6/6, policloruro de vinilo, tereftalato de polibutileno, poliacetal, y combinaciones de estos.
15. Una junta de soldadura por fricción para acoplar juntas la primera y segunda partes del cuerpo de un articulo, la cual consiste en un material termoplástico, con la primera parte del cuerpo que tiene a primer espesor nominal de la pared y una primera superficie de la junta y la segunda parte del cuerpo que tiene un segundo espesor nominal de la pared y una segunda superficie de la junta considerablemente paralela a la primera superficie de la junta, la junta de soldadura por fricción consiste en; un primer cordón acoplado a y que se extiende axialmente desde la primera superficie de la junta que define una altura del primer cordón; y un segundo cordón acoplado a y que se extiende axialmente desde la segunda superficie de la junta y acoplado al primer cordón para acoplar la primera y segunda partes del cuerpo juntas con una altura final del segundo cordón definida entre el primer cordón y la segunda superficie de la junta; en donde una relación de la altura del primer cordón a la altura final del segundo cordón es desde aproximadamente 0.40 hasta aproximadamente 1.70; en donde una altura total del cordón está definida entre la primera y segunda superficies de la junta; y en donde una relación de la altura total del cordón con al menos uno del primero y segundo espesor nominal de la pared es igual a o menor que 4.5.
16. La junta de soldadura por fricción como se expone en la reivindicación 15 en donde la relación de la altura del primer cordón a la altura final del segundo cordón es igual a o menor que 1.00.
17. La junta de soldadura por fricción como se expone en la reivindicación 16 en donde la altura del primer cordón es desde aproximadamente 2.00 hasta aproximadamente 5.00 milímetros.
18. La junta de soldadura por fricción como se expone en la reivindicación 17 en donde la altura final del segundo cordón es desde aproximadamente 2.50 hasta aproximadamente 5.00 milímetros.
19. La junta de soldadura por fricción como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 15-18 en donde la relación de la altura total del cordón al espesor nominal de la pared de al menos una de la primera y segunda partes del cuerpo es desde aproximadamente 1.60 hasta aproximadamente 5.50.
20. La junta de soldadura por fricción como se expone en la reivindicación 19 en donde el espesor nominal de la pared es desde aproximadamente 1.50 hasta aproximadamente 5.00 milímetros.
21. La junta de soldadura por fricción como se expone en la reivindicación 20 en donde la altura total del cordón es desde aproximadamente 6.5 hasta aproximadamente 9.5 milímetros.
22. La junta de soldadura por fricción como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 15-18 en donde la segunda parte del cuerpo incluye una primera rebaba y a segunda rebaba, cada una extendiéndose desde la segunda superficie de la junta con la segunda rebaba separada de la primera rebaba con el segundo cordón separado de y colocado entre la rebabas.
23. La junta de soldadura por fricción como se expone en la reivindicación 22 en donde las rebabas tienen un espesor desde aproximadamente 0.50 hasta aproximadamente 4.00 milímetros.
24. La junta de soldadura por fricción como se expone en cualquiera de las reivindicaciones 15-18 en donde el primero y segundo cordones contienen un material seleccionado del grupo de nailon 6, nailon 6/6, policloruro de vinilo, tereftalato de polibutileno, poliacetal, y combinaciones de estos.
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