PT1294522E - Maçarico de soldadura e dispositivo para soldadura mig/mag - Google Patents

Description

ΕΡ 1 294 522/ΡΤ

DESCRIÇÃO "Maçarico de soldadura e dispositivo para soldadura MIG/MAG"

Campo Técnico 0 presente invento refere-se a um maçarico de soldadura para soldadura MIG/MAG com um certo numero de eléctrodos de soldadura de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, e a uma instalação com o dito maçarico de soldadura em combinação com um manipulador de acordo com o preâmbulo da reivindicação 12.

Antecedentes

Na soldadura em arco de metal em atmosfera gasosa, até aqui referida como soldadura MIG/MAG o equipamento consiste de um maçarico de soldadura, uma fonte de energia de soldar, um mecanismo de alimentação de arame, uma bobine de arame para eléctrodo de soldadura, cablagem de soldar e equipamento de gás de protecção. No caso de soldadura mecanizada ou automatizada é também incluído um manipulador para possibilitar um movimento relativo entre o objecto a ser soldado e o maçarico de soldadura. Por vezes não só é incluído um manipulador para mover o maçarico de soldadura como também um manipulador para movimentar o objecto a ser soldado.

Foi descoberto ser especialmente favorável para a produtividade soldar utilizando dois ou mais eléctrodos de soldadura fornecidos simultaneamente à mesma massa em fusão. Foram produzidos maçaricos de soldar para este propósito, em que os eléctrodos de soldadura são fornecidos à massa em fusão num fluxo de gás de protecção laminar comum.

Uma forma muito eficaz de tal soldadura de fios múltiplos em termos de velocidade de soldadura envolve soldadura utilizando dois eléctrodos, sob protecção de gás comum, que são avançados no essencial um depois do outro na direcção longitudinal da junta, onde cada eléctrodo de soldadura é alimentado a partir do seu próprio mecanismo de alimentação de fio e é providenciado com energia de fusão a 2 ΕΡ 1 294 522/ΡΤ partir da sua própria fonte de energia de soldar que trabalha independentemente da outra fonte de energia. Esta forma é usualmente referida como soldadura MIG/MAG em Tandem. Rodando as duas posições de eléctrodo em relação à linha de centro da junta na direcção longitudinal, pode ser conseguida uma melhoria de tolerância nas variações de folga na junta. A velocidade de soldadura máxima é obtida, contudo, quando os eléctrodos estão localizados um directamente atrás do outro na direcção longitudinal da junta.

Numa tal soldadura fios múltiplos, os eléctrodos de soldadura podem ter tamanhos diferentes. É igualmente possivel a uma fonte de energia de soldar fornecer corrente continua, enquanto a outra fornece corrente alterna, ou para uma fornecer corrente contínua com o arame de soldar positivo em relação ao objecto a ser soldado, enquanto a outra fornece corrente contínua de polaridade oposta.

Os parâmetros de soldadura tais como voltagem de soldadura e velocidade de alimentação de arame são estabelecidos de modo que a energia de soldadura fornecida para fusão do eléctrodo de soldadura respectivo corresponda à velocidade de alimentação do arame. A velocidade de avanço do maçarico ao longo da junta de soldadura é adaptada de modo que seja conseguido o enchimento adequado da junta para a velocidade de alimentação de fio estabelecida seja conseguida. A DD 153 596 descreve um maçarico de soldadura para uma tal soldadura MIG/MAG em tandem. Este maçarico é providenciado com dois tubos de contacto usualmente ligados elasticamente na extremidade posterior do maçarico e com um dispositivo de ajustamento na extremidade da frente do maçarico para estabelecer o espaçamento entre as aberturas frontais dos tubos de contacto. 0 dispositivo de ajustamento consiste de um disco excêntrico que pode ser operado a partir do lado de fora e força os tubos de contacto para dentro de posições radiais mutuamente diferentes dependendo da posição de rotação do disco. Este maçarico de soldadura por isso proporcionar a possibilidade de ajustamento das posições dos eléctrodos de soldadura relativamente um ao outro. Uma desvantagem é que os eléctrodos são ajustáveis, um em relação 3 ΕΡ 1 294 522/ΡΤ ao outro, apenas na direcção lateral. Uma desvantagem adicional é que a gama de ajustamento é limitada devido ao facto de que a elasticidade dos próprios tubos de contacto ou da sua ligação na extremidade posterior do maçarico determina o tamanho da gama de ajustamento. A dependência de elementos elásticos é também uma desvantagem porque a elasticidade altera-se com o tempo, por exemplo como um resultado da temperatura elevada presente num maçarico de soldadura. Também se levantam problemas de estanqueidade relativamente ao fluxo de gás de protecção através do maçarico, na ligação dos tubos de contacto, como consequência da interacção dos tubos de contacto com estes elementos de ligação elásticos. Uma outra desvantagem adicional é a falta de ajustamento preciso numa maior gama de ajustamento o que resulta de uma solução que utiliza um disco excêntrico como um dispositivo de ajustamento. Além disso, o ajustamento é efectuado na parte da frente do maçarico, onde o calor é mais elevado, o que torna o ajustamento durante o funcionamento virtualmente impossível. A WO 97/45227 descreve na página 17 na linha 20 e também nas duas reivindicações 16 e 17 um maçarico de soldadura com um espaçamento entre dois tubos de contacto que pode ser ajustado na direcção lateral. O propósito é, por um lado, evitar que os eléctrodos se aproximem tanto entre si que os seus arcos saltem para o outro eléctrodo e, por outro lado, evitar que os arcos queimem tão afastados que apareçam duas junções fundidas com os salpicos de soldadura acompanhantes. Não existe aqui também indicação de meios de ajustamento, ou até mesmo a necessidade de tal, para interrelacionamento entre os arames de soldadura para além daquela do espaçamento na direcção lateral. O objectivo do invento O objectivo do invento é melhorar os requisitos prévios para a criação das condições de soldadura óptimas naquilo que concerne ao processo MIG/MAG na soldadura que utiliza um certo número de eléctrodos de soldadura numa junção comum. Foi mencionado acima que a voltagem de soldagem e a velocidade de alimentação do arame são parâmetros que controlam o processo de soldadura. Outro parâmetro que 4 ΕΡ 1 294 522/ΡΤ influencia ο resultado da soldadura numa maior extensão é a inclinação do maçarico de soldadura em relação à junta de soldadura. Outro parâmetro importante para o processo é o comprimento da extremidade de eléctrodo livre, que é o mesmo que dizer o comprimento da projecção de eléctrodo a partir da saida do bico de contacto até ao arco. Nesta parte do eléctrodo de soldadura, o pré-aquecimento resistivo do eléctrodo toma lugar através da corrente que passa através dele. Isto por sua vez influencia a quantidade de energia do arco que é necessária para fundir a extremidade do eléctrodo. A projecção de eléctrodo é por isso de importância vital para o resultado da soldadura. Na soldadura de um único arame, é a altura do maçarico acima do objecto a ser soldado que determina a projecção de eléctrodo. Eléctrodos de materiais diferentes requerem comprimentos diferentes de projecção de eléctrodo.

Numa soldadura arames múltiplos, a situação é mais complicada. Foi descoberto ser favorável por vezes utilizar materiais diferentes nos diferentes arames de soldadura materiais que, por exemplo, possam ter composições diferentes em termos de liga de materiais. Foi também provado ser especialmente eficaz para a velocidade de soldadura executar a soldadura utilizando um eléctrodo sólido e um eléctrodo do tipo de arame com alma. A obtenção das condições de soldadura óptimas não então possível meramente pelo ajustamento individual da voltagem de soldar e velocidade de alimentação do arame. Ocorrem problemas adicionais quando um maçarico de arames múltiplos é inclinado relativamente ao objecto a ser soldado, em particular num plano orientado ao longo da junta e essencialmente segundo ângulos rectos relativamente à superfície da peça de trabalho. Ocorrem então salpicos de soldadura, e o processo torna-se instável. 0 invento resolve o problema nos modos indicados nas partes que caracterizam as reivindicações independentes. Em virtude do facto daqueles meios para ajustamento da(s) projecção(ões) de eléctrodo (s) ser/serem integrada (s) no maçarico, é possível fazer ajustamentos óptimos para cada tipo de eléctrodo. Em virtude da acessibilidade dos meios de ajustamento quando o maçarico está equipado e ligado para soldar, é possível não apenas ajustamento prévio das relações de projecção adequadas mas também dinamicamente alterar estas durante o decurso da 5 ΕΡ 1 294 522/ΡΤ soldadura, por exemplo como uma consequência de uma alteração no ângulo do maçarico em relação à peça de trabalho, porque o ajustamento pode ser levado a cabo sem qualquer forma de desmontagem do maçarico ou seus acessórios.

As desvantagens adicionais, inerentes a técnica conhecida como descrita anteriormente, são ultrapassadas pelas reivindicações subordinadas, nas quais são também descritas concretizações vantajosas do invento.

Breve descrição dos desenhos A Fig. la mostra um maçarico de soldadura numa concretização de acordo com o invento com meios para ajustamento de projecção e ajustamento de espaçamento, e com duas linhas de fornecimento para corrente de soldadura ligadas, uma cobertura de gás ligada e dois bicos de contacto ligados. A Fig. lb mostra num corte transversal da Fig. la uma concretização do meio de ajustamento do espaçamento. A Fig. lc mostra um exemplo da passagem de um eléctrodo de soldadura através de um tubo de contacto e um bico de contacto. A Fig. 2 mostra três posições possíveis diferentes para um bico de contacto com meios de ajustamento de projecção (não mostrados) na forma de meios de levantamento da posição longitudinal do tubo de contacto e também três posições possíveis diferentes para um bico de contacto com meios de ajustamento de espaçamento (não mostrados) na forma de rodadores para o tubo de contacto. A Fig. 3 mostra uma concretização com um parafuso sem-fim como o meio de ajustamento do espaçamento e um pinhão com uma cremalheira integrada no tubo de contacto como meio de ajustamento de projecção. A Fig. 4 mostra um maçarico de soldadura com um dispositivo de rodar montado para ajustamento das posições dos arcos relativamente à linha de centro da junta. 6 ΕΡ 1 294 522/ΡΤ A Fig. 5 mostra um maçarico de soldadura com dois motores integrados para ajustamento de projecção e espaçamento, respectivamente. A Fig. 6 mostra um maçarico de acordo com a Fig. 5 com um motor adicional para o ajustamento de rotação.

Descrição das concretizações preferidas

Serão agora descritos exemplos de concretizações do invento. 0 maçarico de soldadura 100 compreende dois tubos de contacto 110 e 115, que correm essencialmente paralelos através do corpo do maçarico de soldadura 101. Na abertura frontal dos tubos de contacto, estes são providenciados cada com uma ligação 140, 145 na forma de uma rosca interna, ou em alternativa alguma forma de montagem de baioneta ou acoplamento de fricção, para um bico de contacto 150, 155.

Pelo menos uma destas pode ser concebida de modo que o bico de contacto forma um ângulo da ordem de 3 a 15° em relação ao eixo de simetria longitudinal do tubo de contacto. Os tubos de contacto são isolados electricamente entre si e são providenciados com dispositivos de ligação 120, 125 para ligação eléctrica para linhas de alimentação 165, 170, que podem ser ligadas ao maçarico, para corrente de soldadura normalmente a partir de duas fontes de energia de soldar diferentes. Disposto entre o primeiro tubo de contacto 110 e o corpo do maçarico de soldadura 101 está um dispositivo 190 para o deslocamento longitudinal do tubo de contacto dentro do corpo do maçarico de soldadura. Em alternativa, este dispositivo pode ser montado no segundo tubo de contacto 115 em vez de no corpo do maçarico de soldadura. Neste exemplo, o dispositivo é concebido como uma haste roscada 191 com um aperto de chave no centro. A direcção e/ou o passo da rosca é/são diferente (s) nas duas extremidades, como um resultado de que a rotação da haste provoca o movimento do tubo de contacto na direcção axial. O desenho numa extremidade pode também ser na forma de uma flange que corre numa ranhura na parte de ligação, ou outra solução correspondente que permita uma ligação rotativa mas axialmente fixa a uma parte de ligação, isto pode ser olhado como uma rosca sem passo e com 7 ΕΡ 1 294 522/ΡΤ um comprimento muito curto. Em vez de um aperto de chave, um elemento de transmissão tal como um parafuso sem-fim, ou uma roda dentada, uma coroa dentada ou uma polia podem ser dispostas na haste, o que então torna possível ligar um motor de modo a ser-se capaz de automatizar o procedimento de ajustamento. É vantajoso posicionar o dispositivo de ajustamento descrito na parte posterior do maçarico, onde o calor é menor durante a soldadura. É importante que o dispositivo de ajustamento seja acessível para ajustamento sem o maçarico ou os seus acessórios terem de ser desmontados. É assim possível não apenas preestabelecer posições relativas diferentes entre os tubos de contacto e assim comprimentos de projecção de eléctrodos diferentes mas também para ajustamento destes durante o funcionamento e assim compensar as relações alteradas entre o maçarico de soldadura e o objecto a ser soldado em termos de ângulo e/ou altura. Outra concretização também inclui um motor eléctrico no maçarico de soldadura como mostrado nas Figs. 5 e 6. Pode então ser vantajoso utilizar um elemento de transmissão linear tal como uma cremalheira 393 para deslocamento longitudinal do tubo de contacto 310, 410. O ajustamento do espaçamento dos arcos durante a soldadura pode ser provocado por meio de uma disposição de engrenagem de ângulo simples em que o parafuso sem-fim consiste de um parafuso vulgar 192. Isso pressupõe que, para este segundo tubo de contacto 115, a ligação do bico de contacto 155 foi realizada de modo que seja formado um ângulo entre o bico de contacto e o tubo de contacto, como descrito anteriormente. Rodando o tubo de contacto, o bico de contacto será levado a tomar posições diferentes na direcção lateral relativamente ao outro bico de contacto, como pode ser observado na Fig. 2. Isto concede o ajustamento simples do espaçamento entre os pontos de entrada dos arcos dentro da massa em fusão sem as desvantagens descritas no invento anterior conhecido. Não existe a necessidade de elementos de ligação elásticos, o riso de fuga de gás de soldar na parte posterior do maçarico é reduzido, etc.

Ligando também um dispositivo de rodar 253 na totalidade do maçarico de acordo com a Fig. 4, pode ser conseguido o 8 ΕΡ 1 294 522/ΡΤ ajustamento da largura da massa em fusão, o que pode ser uma vantagem se ocorrer variação de folgas de largura na junta.

Incorporando um motor eléctrico em um ou mais dos dispositivos de ajustamento, é concedida uma vantagem sendo possível controlar remotamente o ajustamento, isto significa que os ajustamentos podem ser efectuados a uma maior distância das partes que emitem luz e calor irradiado durante a soldadura. Além disso, a automatização das operações de ajustamento torna-se possível com um sistema de controlo e um dispositivo de controlo para cada dispositivo de ajustamento. Os dispositivos de ajustamento devem então compreender sensores de velocidade e/ou posição de, por exemplo, sensores ópticos do tipo absoluto ou incremental sensores de resolução, taquímetros etc. É então vantajoso se um sistema de controlo que gere o movimento relativo do maçarico de soldadura em relação ao objecto a ser soldado também gere o controlo de um ou mais dispositivos de ajustamento presentes no maçarico de soldadura. Isto pode ser efectuado através das posições destes dispositivos de ajustamento a serem guardados para os mesmos pontos como são guardados para o movimento relativo acima mencionado. É então possível um movimento programado não só para os movimentos dentro do maçarico de soldadura como também para o seu movimento ao longo do objecto a ser soldado, e estes movimentos podem também ser sincronizados, de modo que, por exemplo, seja obtida uma transição suave entre as diferentes posições guardadas para os dispositivos de ajustamento. É então possível, em particular, adaptar a velocidade de modo que o início e a paragem dos movimentos nos dispositivos de ajustamento sejam simultâneos com os movimentos associados de início e paragem relativos ao movimento do maçarico ao longo da junta.

Adicionalmente às concretizações ilustrativas acima, são também possíveis concretizações de tipos diferentes dentro do âmbito das reivindicações.

Lisboa,

Claims (14)

1. ΕΡ 1 294 522/ΡΤ 1/4 REIVINDICAÇÕES 1 - Maçarico de soldadura (100; 200; 300; 400)) para soldadura MIG/MAG com vários eléctrodos de soldadura na mesma massa em fusão, que compreende um primeiro (110; 210; 310; 410) e um segundo (115; 215; 315; 415) tubos de contacto, estando os tubos electricamente isolados entre si, em que cada tubo de contacto compreende um primeiro dispositivo ligação (120, 125) para ligação eléctrica a uma linha de alimentação de ligação (165, 170) para a corrente de soldadura e também um segundo dispositivo de ligação (130, 135) para ligação a uma guia de arame de ligação (175, 180) para alimentação do eléctrodo de soldadura (160) a partir de um mecanismo de alimentação de arame, e em que cada tubo de contacto compreende também meios (140, 145) para ligação de um bico de contacto, em cujo bico de contacto (150, 155) tem lugar, durante a soldadura, a transferência principal da corrente de soldadura para o eléctrodo de soldadura (160), que pode ser alimentado através do maçarico de soldadura, e em que o dito maçarico de soldadura compreende também meios (195) para ligação de uma cobertura de gás (185) cuja finalidade é fornecer gás de protecção em torno dos arcos e da massa em fusão durante a soldadura, e em que o maçarico de soldadura é caracterizado por compreender também meios (190; 290; 390) para ajustamento da relação entre os comprimentos da projecção a partir de dois ou mais bicos de contacto dos eléctrodos, que podem ser alimentados através do maçarico de soldadura, em que o(s) dito(s) meio(s) para ajustamento de projecção está/estão acessível(is) para ajustamento, quando o maçarico estiver equipado e ligado para soldar.
2. 2 - Maçarico de soldadura de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender também o meio (192; 392) para ajustamento do espaçamento entre os pontos nos quais dois arcos diferentes encontram a massa em fusão, em que estes arcos durante a soldadura, cada queima entre a sua própria extremidade de eléctrodo de soldadura e uma massa em fusão comum no objecto a ser soldado, e em que o(s) dito(s) meio(s) está/estão acessível(is) para ajustamento, quando o maçarico estiver equipado e ligado para soldar. ΕΡ 1 294 522/ΡΤ 2/4
3. 3 - Maçarico de soldadura de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o meio de ajustamento de projecção e/ou o(s) meio(s) para ajustamento do espaçamento compreender(em) um mecanismo de engrenagem no sentido de melhorar a precisão de ajustamento.
4. 4 - Maçarico de soldadura de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o meio(s) para ajustamento da projecção e/ou o(s) meio(s) para ajustamento do espaçamento compreender(em) um motor eléctrico para realização do ajustamento ou um dispositivo para ligação de um tal motor.
5. 5 - Maçarico de soldadura de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o(s) meio(s) para ajustamento de projecção influenciar(em) a posição mútua do primeiro e segundo tubo de contacto essencialmente ao longo do eixo de simetria longitudinal (405) do maçarico de soldadura.
6. 6 - Maçarico de soldadura de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o(s) meio(s) para ajustamento de projecção compreender(em) um elemento roscado (191) disposto entre, por um lado, o corpo do maçarico de soldadura (101) ou o segundo tubo de contacto e, por outro lado, o primeiro tubo de contacto, de modo que a rotação do dito elemento provoca o movimento relativo entre as partes ligadas por meio do elemento roscado.
7. 7 - Maçarico de soldadura de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por, para o dito elemento roscado, o passo e/ou o sentido da rosca diferirem na medida em que dizem respeito, por um lado, à ligação ao corpo do maçarico de soldadura/segundo tubo de contacto e, por outro lado, à ligação ao primeiro tubo de contacto.
8. 8 - Maçarico de soldadura de acordo com qualquer das reivindicações 6 ou 7, caracterizado por o elemento roscado compreender um aperto de chave ou um elemento de transmissão tal como uma engrenagem sem-fim, uma roda dentada, uma coroa dentada ou uma polia para rotação do dito elemento roscado. ΕΡ 1 294 522/ΡΤ 3/4
9. 9 - Maçarico de soldadura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 inclusive, caracterizado por o(s) meio(s) para ajustamento de projecção incluir(em) um elemento de transmissão linear (393) tal como uma cremalheira e um pinhão, que actua sobre o primeiro tubo de contacto, de modo que é conseguido o movimento relativo entre o último e o segundo tubo de contacto.
10. 10 - Maçarico de soldadura de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a ligação entre um tubo de contacto e o bico de contacto associado ser concebido de uma maneira tal que este bico de contacto, quando for ligado, forma um ângulo em relação ao eixo de simetria longitudinal (204) do tubo de contacto associado, e por o(s) meio(s) para ajustamento do espaçamento entre os pontos em que dois arcos diferentes encontram a massa em fusão ser(em) concebidos para rodar este tubo de contacto em torno do seu eixo de simetria longitudinal.
11. 11 - Maçarico de soldadura de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender também um dispositivo de rotação (253; 254) para rotação da totalidade do maçarico de soldadura em torno do seu eixo de simetria longitudinal (405) para ajustamento das posições dos arcos em relação à linha central da junta no objecto a ser soldado, em que este dispositivo de rotação está acessivel para rotação, quando o maçarico estiver equipado e ligado para soldadura.
12. 12 - Instalação que compreende um manipulador, tal como um autómato industrial, adaptado para suportar um maçarico de soldadura para movimento ao longo de um objecto a ser soldado ou adaptado para suportar um objecto a ser soldado por movimento ao longo de um maçarico de soldadura, em que o manipulador compreende um sistema de controlo para controlo do movimento relativo programado entre o maçarico de soldadura e as juntas do objecto a ser soldado, caracterizada por o maçarico de soldadura ser em ambos os casos concebido de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, e por o sistema de controlo compreender também um primeiro dispositivo de controlo adaptado para ajustamento das relações entre o comprimento das projecções de eléctrodo a ΕΡ 1 294 522/ΡΤ 4/4 partir dos diferentes bicos de contacto durante a soldadura, e/ou um segundo dispositivo de controlo adaptado para ajustamento do espaçamento entre os pontos em que os diferentes arcos encontram a massa em fusão durante a soldadura.
13. 13 - Instalação de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por o sistema de controlo compreender meios para guardar as posições mútuas dos tubos de contacto em cada ponto de movimento programado do maçarico de soldadura e/ou o objecto a ser soldado.
14. 14 - Instalação de acordo com a reivindicação 13, caracterizada por o sistema de controlo compreender meios para controlo do primeiro e/ou do segundo dispositivo de controlo, de modo que seja conseguida uma transição suave entre as diferentes posições guardadas de acordo com a reivindicação 13. Lisboa,