PT1724144E - Método e equipamento para soldar o tubo de enchimento de um depósito de combustível de um veículo a motor - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA SOLDAR O TUBO DE ENCHIMENTO DE UM DEPÓSITO DE COMBUSTÍVEL DE UM VEÍCULO A MOTOR"

ÁREA TÉCNICA A presente invenção diz respeito a um método para soldar o tubo de enchimento do depósito de combustível de um veículo a motor como revelado no preâmbulo da reivindicação 1. Em particular, a invenção diz respeito à soldagem de um tubo de respiração a um tubo principal do tubo de enchimento. A US 2002/0100160 A revela um tal método.

ANTERIOR ESTADO DA TÉCNICA

Como se sabe, os tubos de enchimento de depósitos de combustível são na sua maioria feitos de material plástico, uma vez que têm aparecido materiais plásticos que cumprem os requisitos técnicos necessários para esta aplicação (resistência à agressão química de combustíveis, resistência mecânica, etc.). As tecnologias de moldagem de materiais plásticos permitem, além disso, geometrias complexas que se conseguem alcançar de forma simples e que vários componentes possam ser soldados uns aos outros de forma conveniente.

Nos últimos anos, contudo, tem-se assistido a um regresso da parte de alguns produtores de automóveis à utilização de tubos de enchimento feitos em metal, e em particular em aço inoxidável, com o objetivo de assegurar a maior resistência mecânica possível em caso de impacto, e, ao mesmo tempo, a maior resistência química possível à agressão do combustível, obtendo assim tubos de enchimento que são seguros e fiáveis ao longo do tempo. 2 A utilização de aço, e em particular, aço inoxidável, coloca, contudo, problemas tecnológicos no que toca às geometrias que podem ser obtidas e no que toca à soldagem dos vários componentes.

Em particular, um tubo de enchimento para o depósito de combustível de um veículo a motor compreende normalmente um tubo principal equipado com um filtro de entrada para receber a pistola de abastecimento de um sistema de reabastecimento e concebido para estar em ligação fixa com o depósito, e um tubo de respiração para os vapores de combustível ligado de forma a que ramifique do tubo principal, por exemplo do enchimento ou a jusante deste. 0 tubo de respiração é concebido para estar ligado, em utilização, a uma porta de respiração de um dispositivo para recuperação dos vapores associados ao depósito.

No caso em que os referidos componentes são de metal, e em particular de aço inoxidável, conhece-se que podem ser ligados por meio de brasagem. Esta técnica, contudo, apresenta desvantagens tanto do ponto de vista da resistência mecânica e fiabilidade, que não são suficientes para cumprir as rigorosas especificações dos produtores de automóveis, dado o facto de o custo do metal do tubo de enchimento ser muito elevado.

OBJETO DA INVENÇÃO 0 objetivo da presente invenção é definir um método para soldar um tubo de respiração ao tubo principal de um tubo de enchimento do depósito de um veículo a motor que não apresente as desvantagens relacionadas com os métodos conhecidos. 0 objetivo acima referido é alcançado através de um método de soldagem de acordo com a reivindicação 1. 3

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Para um melhor entendimento da presente invenção é de seguida descrita uma forma de realização preferencial, através de um exemplo não-limitativo e com referência às figuras em anexo, em gue: A Figura 1 é uma vista esguemática elevada lateral e parcialmente transversal de eguipamento para soldar um tubo de respiração ao tubo principal de um tubo de enchimento do depósito de um veiculo a motor de acordo com a presente invenção; A Figura 2 é uma vista frontal e parcialmente transversal do equipamento da Figura 1; A Figura 3 é uma vista em planta de uma mesa rotativa do equipamento da Figura 1, com partes omitidas para melhor visibilidade; A Figura 4 ilustra a cabeça de focagem do equipamento das Figuras 1 e 2, durante o passo de soldagem; A Figura 5 é um diagrama que ilustra o movimento da cabeça de focagem durante o processo de soldagem, em elevação; e A Figura 6 é um diagrama que ilustra o movimento da cabeça de focagem durante o processo de soldagem, numa vista em planta.

FORMA DE REALIZAÇÃO PREFERENCIAL DA INVENÇÃO

Com referência às Figuras 1 e 2, designado pelo número 1, encontra-se o equipamento para soldar tubos de enchimento 2 nos depósitos de combustível de veiculos a motor. 0 tubo de enchimento 2 (Figura 4) compreende normalmente um tubo principal 3 de eixo A, dotado de um enchimento de entrada 4 concebido para acolher uma pistola de abastecimento de um sistema de reabastecimento (não 4 ilustrado) , e um tubo de respiração 5 para os vapores de combustível, ligado de forma a ramificar-se do tubo principal 3. Este é dotado, para este propósito, de um assento 6 feito no tubo de enchimento (Figura 4) ou a jusante deste (Figura 5), no qual se liga uma extremidade 7 do tubo de respiração 5, como se pode claramente ver pelo pormenor aumentado da Figura 5. 0 assento 6 pode ser um simples orificio, como ilustrado na Figura 4, mas é de preferência definido por um colar anelar em relevo, como se pode claramente ver pelo pormenor aumentado da Figura 5. Esta solução apresenta as vantagens de guiar melhor a extremidade do tubo de respiração 5, de oferecer uma maior superfície de interface entre o tubo de respiração 5 e o assento 6, e de permitir a execução de uma soldagem ao longo de uma linha plana. 0 tubo de respiração 5 é normalmente curvo, na proximidade da extremidade 7, de forma a prolongar-se numa direção substancialmente paralela ao tubo principal 3.

Os componentes do tubo de enchimento 2 são de forma conveniente feitos de aço inoxidável. 0 equipamento 1 basicamente compreende: uma base horizontal 8; uma mesa rotativa 9, que se encontra apoiada na base 8 de forma a que possa girar sobre um eixo vertical B e é fornecido com equipamento 10 para suportar e fixar vários tubos de enchimento 2 a serem soldados; um gerador de laser 12; uma cabeça de focagem 13; e uma unidade de movimento 14 concebida para deslocar a cabeça de focagem 13 em relação à mesa rotativa 9 de acordo com vários eixos coordenados, como será descrito em maior pormenor de seguida. 5 0 equipamento 1 compreende ainda um quadro 15 fixado na base 8 que suporta o gerador de laser 12 e a unidade de movimento 14.

Em particular, o quadro 15 compreende vários montantes verticais 16 dispostos nas arestas acentuadas da base 8 e uma superestrutura 17 suportada pelos montantes 16, na qual o gerador 12 é montado. A mesa rotativa 9 é disposta de forma a projetar-se com uma sua porção sobre o exterior do quadro 15, para além de um plano vertical definido por dois montantes adjacentes 16, de forma a definir uma estação de carga 19 para os tubos de enchimento 2 a serem soldados (Figura 1). A superestrutura 17 compreende um par de guias 18 paralelos um ao outro e a um primeiro eixo horizontal X. A unidade de movimento 14 compreende uma ponte 21 que é guiada nas extremidades por guias 18 e que é móvel na direção X, um chariô 25, que é móvel ao longo da ponte 21 numa direção horizontal Y perpendicular à direção X, e uma coluna vertical 26 suportada pelo chariô 25 de forma a ser móvel numa direção vertical Z. A cabeça de focagem 13 encontra-se fixada a uma extremidade do fundo 27 da coluna 26 através de uma junta articulada 28 que permite a rotação da cabeça de focagem 13 sobre um eixo C paralelo ao eixo Z. Os movimentos da ponte 21, do chariô 25 e da coluna 26, bem como a rotação da cabeça de focagem 13, são controlados por uma unidade de controlo 30, através de motores elétricos e da unidade de transmissão respetivos de um tipo convencional (não ilustrados). A cabeça de focagem 13 é consequentemente móvel, com os quatro graus de liberdade acima descritos, num espaço de trabalho definindo uma estação de soldagem 29, localizada 6 num ponto diametralmente oposto à estação de carga 19 em relação ao eixo B da mesa rotativa 9 (Figura 1). 0 gerador de laser 12 é convenientemente do tipo CO2, e encontra-se ligado à cabeça de focagem 13 através de um sistema de reflexo ótico, que é de um tipo conhecido e não é aqui descrito em detalhe; em alternativa, pode ser usado um gerador de tipo Nd:YAG, caso no qual o feixe pode ser transportado do gerador 12 para a cabeça de focagem 13 por meio de fibras óticas. A cabeça de focagem encontra-se representada em pormenor na Figura 4, compreendendo um invólucro 31 que define um canal 32 para uma entrada do feixe de laser tendo um eixo C, um espelho refletor plano 33 concebido para refletir o feixe ao longo do eixo D, e um espelho de focagem parabólico 34 colocado lateralmente em relação ao espelho refletor 33, ao longo do eixo D, para focar o feixe L no seu foco F definido na interseção entre o eixo M do espelho 34 e do eixo C. A cabeça de focagem 13 é consequentemente do tipo chamado "desvio zero". 0 ângulo entre o eixo M e o eixo C é escolhido de acordo com a aplicação e pode ser igual, por exemplo, a 40°.

Como se sabe, na prática, o foco não é constituído por um ponto no sentido geométrico, mas por um local de foco tendo várias dimensões transversais e axiais não-negligenciáveis.

Convenientemente fixa à cabeça de focagem 13 encontra-se uma câmara de vídeo 35. A câmara de vídeo 35 encontra-se ligada a uma unidade de controlo 30 da unidade de movimento do equipamento 1 e, através de um software de análise de imagem, permite a deteção da posição no espaço da aresta acentuada circunferencial formada entre a secção final do assento 6 e o tubo de respiração 5, e assim a determinação 7 da posição correta da linha de soldagem, compreendida como a localização dos pontos que identificam as posições assumidas pelo foco F da cabeça de focagem 13 durante a soldagem 13. 0 equipamento 10 para suportar e fixar os tubos de enchimento 2 a serem soldados são do tipo convencional, por exemplo grampos acionados de forma pneumática, e não é aqui descrito em pormenor.

De forma conveniente, o equipamento 10 é concebido para suportar dois conjuntos 36, 37 de tubos de enchimento 2 na mesa rotativa 9, dispostos simetricamente em relação ao eixo B, de forma a que um conjunto 36 fique na estação de carga 19 e o outro conjunto 37 na estação de soldagem 29.

Cada conjunto é constituído por um número de tubos de enchimento 2 definido de forma a otimizar o tempo de carga/descarga, por exemplo quatro. Os tubos de enchimento 2 de cada conjunto 36, 37 são convenientemente dispostos lado a lado, com os tubos de respiração 5 dispostos por cima das condutas principais 3 e as respetivas áreas de soldagem apropriadamente espaçadas umas das outras na direção dos eixos X e/ou Y, de forma a permitir o acesso da cabeça de focagem 13. O funcionamento do equipamento 1 é descrito de seguida.

Antes de serem carregados para a mesa rotativa 9, os tubos de respiração 5 são pré-montados com interferência nos assentos correspondentes 6.

Os tubos de enchimento 2, nesta condição de pré-montagem, são então carregados para a mesa rotativa 9 na estação de carga/descarga 19, onde, através do equipamento 10, são mantidos numa posição fixa; a posição da zona de soldagem é contudo submetida a um nivel de incerteza devido à tolerâncias de produção.

Uma rotação através de 180° da mesa rotativa 9 transporta o conjunto 36 de tubos de enchimento 2 para a estação de soldagem 29 e, em simultâneo, o conjunto 37 de tubos de enchimento já soldado para a estação de carga/descarga 19 para descarga.

Na estação de soldagem 2 9, os tubos de enchimento 2 são sucessivamente submetidos a soldagem.

Durante a soldagem, a cabeça de focagem 13 é deslocada pela unidade de movimento 14 no plano XY de forma a manter o eixo C ao longo do percurso da superfície de interface entre o tubo de respiração 5 e o assento 6. Isto é permitido pelo facto de a cabeça de focagem 13 ser do tipo desvio zero, e consequentemente, não ser necessário pensar em mais nenhum movimento adicional no plano XY para compensar o desvio do foco F em relação ao eixo C. A operação de soldagem é convenientemente levada a cabo mantendo o foco F da cabeça de focagem a uma profundidade constante em relação à secção externa do assento 6. No caso em que o assento 6 é definido por um colar, a linha de soldagem pode ser constituída por uma circunferência plana, localizada por exemplo a uma profundidade de lmm em relação à secção externa do assento 6. Em resultado disto, neste caso, não é necessário usar uma translação da cabeça de focagem ao longo do eixo Z. A cabeça de focagem 13 é além disso girada sobre um eixo C de forma a manter o eixo M do feixe L, a cada momento, num plano radial em relação ao eixo da linha de soldagem para 9 assegurar que o ângulo de incidência do feixe laser focado na peça é mantido constante.

Esta configuração é mantida ao longo da maior parte da linha de soldagem, designada por 40 na Figura 6, mas não ao longo de toda a linha referida, porque o tubo de respiração 5, por causa da sua estrutura dobrada, cria uma "região sombra" 41 que não pode ser alcançada mantendo o feixe num plano radial por causa da interferência que seria produzida entre o feixe em si e o tubo de respiração 5. Em virtude disto, dentro da área referida, a direção do feixe tem de ser modificada e, em particular, tem de ser considerada uma componente tangencial que seja suficiente para evitar qualquer interferência. De forma conveniente, isto é obtido através do bloqueamento da rotação da cabeça de focagem 13 sobre o eixo C dai, e efetuando o trecho de soldagem na região sombra 41 apenas através do movimento ao longo dos eixos X e Y, com o eixo M do feixe laser ajustado numa direção fixa e tendo uma componente tangencial apropriada.

Na prática, como ilustrado na Figura 6, a operação de soldagem começa e acaba na região sombra 41, de forma a permitir que seja realizada de forma continua. Há assim um primeiro trecho de soldagem 42 na região sombra 41, um trecho 43 fora da região sombra, ao longo do qual, como explicado acima, o eixo M é mantido num plano radial para rotação da cabeça de focagem 13 ao longo do eixo C, e um último trecho de soldagem 44 na região sombra. Nos trechos 42 e 44, o eixo M é mantido paralelo às direções assumidas na entrada para e, respetivamente, na saida do trecho 43. É igualmente fornecido de forma preferencial um pequeno trecho de soldagem por sobreposição entre o inicio e o fim da soldagem, juntamente com a anteriormente referida 10 "região sombra", de forma a assegurar a ligação selada entre o tubo de respiração 5 e o assento 6.

De forma conveniente, a soldagem é efetuada a uma velocidade constante, igual a 2-3 m/min., de forma a evitar qualquer sobreexposição local durante o transiente aplicado, o feixe laser L é de preferência ativado quando a cabeça de focagem 13 atinge a velocidade de funcionamento estável.

Ants de levar a cabo a operação de soldagem, a posição da zona de soldagem é detetada de forma automática, para ultrapassar as incertezas de posicionamento derivadas das tolerâncias de produção. Com este objetivo, pode ser executado um ciclo preliminar de movimento da cabeça de focagem 13 que é no geral semelhante ao realizado para a operação de soldagem, durante o qual a câmara de vídeo 35 filma o passo formado entre a secção transversal terminal do assento 6 e a extremidade 7 do tubo de respiração 5, e um programa de análise de imagem, de um tipo convencional, calcula a posição do referido passo. A posição correta da linha de soldagem 40 é assim determinada, e a posição da cabeça de focagem 13 durante a soldagem pode ser assim controlada com elevado grau de precisão. Uma outra possibilidade oferecida pela utilização da câmara de vídeo 35 fixa na cabeça de focagem 13 é efetuar uma operação de filmagem para verificar a qualidade da soldagem. Também neste caso é possível analisar as imagens automaticamente e detetar eventuais imperfeições.

As vantagens da presente invenção em relação aos métodos e equipamento do estado da técnica são evidentes. 11

Em primeiro lugar, a soldagem a laser, que é do tipo autogéneo, permite que seja evitada a utilização de materiais de soldagem caros e garante uma capacidade de reprodução precisa da penetração e da largura da costura de soldagem. Uma vez que a aplicação de calor é limitada, as propriedades mecânicas e metalúrgicas dos componentes são preservadas e as distorções geométricas reduzidas. Visto que se trata de um método de soldagem sem contacto, o equipamento para suportar os componentes pode ser reduzido ao minimo. A utilização de uma cabeça de focagem de desvio zero 13 permite a redução substancial de desvios no plano XY em relação ao que é necessário para deslocar o foco F ao longo da linha de soldagem. Isto permite alcançar taxas de soldagem ideais, sem submeter a cabeça de focagem 13 a ciclos de movimento que são criticos do ponto de vista dinâmico. 0 tipo e potência do gerador de laser 12 usado pode variar, tal como as modalidades de transmissão do feixe L para a cabeça de focagem 13 e unidade de movimento 14, que pode ser constituída por um robô com qualquer número de eixos.

Por fim, a soldagem pode ser assistida por meio de um gás de cobertura aplicado na zona de soldagem de forma convencional.

Lisboa, 28 de Setembro de 2012

Claims (4)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para soldar um tubo de respiração (5) a um tubo principal (3) de um tubo de enchimento (2) para um depósito de combustível de um veículo a motor, em que o referido tubo principal (3) e o referido tubo de respiração (5) são feitos de aço e respetivamente têm um assento lateral (6) e uma extremidade (7) que se ligam ao referido assento, o referido método sendo caracterizado por compreender um passo de soldagem a laser (L), em que um feixe laser (L) é direcionado ao longo de uma linha de soldagem fechada (40) que se prolonga ao longo de uma zona de junção entre a referida extremidade (7) do referido tubo de respiração (5) e o referido assento (6) do referido tubo principal (3) e por a referida linha de soldagem (40) ser plana, e por o referido passo de soldagem a laser ser efetuado por meio de uma cabeça de focagem (13) tendo pelo menos dois graus de liberdade de translação ao longo de um primeiro eixo (X) e um segundo eixo (Y) paralelo a um plano contendo a referida linha de soldagem (40) e um grau de liberdade de rotação sobre um terceiro eixo C perpendicular aos referidos primeiro e segundo eixos, com a referida cabeça de focagem tendo um foco (F) que fica no referido terceiro eixo C. 2. 0 método de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o referido passo de soldagem compreender o passo de submeter a referida cabeça de soldagem (13) a um movimento de translação em que o referido terceiro eixo (C) é deslocado ao longo da referida linha de soldagem (40) e a um movimento rotativo sobre o referido terceiro eixo (C) para dirigir o referido feixe (L) de acordo com um ângulo de incidência predeterminado. 2 3. 0 método de acordo com a reivindicação 2 para soldar um tubo de respiração (5) , que é modelado de forma a definir uma região sombra (41) ao longo de um trecho da referida linha de soldagem (40), sendo o referido método caracterizado por o referido movimento de rotação da referida cabeça de focagem (13) ser interrompido ao longo da referida região sombra (41).

4. O método de acordo com a reivindicação 3 caracterizado por o referido passo de soldagem compreender um trecho inicial (42) e um trecho final (44) na referida região sombra (41) .

5. O método de acordo com a reivindicação 4 caracterizado por o referido trecho inicial (42) e o referido trecho final (44) se sobreporem parcialmente.

6. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender um passo preliminar de inspeção através de um sistema de visualização (35) para detetar a posição da referida área de junção entre o referido tubo principal (3) e o referido tubo de respiração (5). Lisboa, 28 de Setembro de 2012