ES2220275T3 - Procedimiento para el recubrimiento interior de un cañon. - Google Patents
Procedimiento para el recubrimiento interior de un cañon.Info
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Abstract
Procedimiento para el recubrimiento interior de un cañón (1), sobre cuya superficie interior (13) se aplica, para prevenir erosiones, al menos en una sección parcial (2), como mínimo una capa (21) de un material en capas, con las características: a) el material en capas se aplica sobre la superficie interior (13) del cañón (1) mediante recarga por soldadura láser, en el que b) se guía un rayo láser (12) correspondiente hacia la superficie interior (13) del cañón (1) y se separan por fusión las zonas próximas (100) a la superficie del cañón (1), c) el material en capas se aplica al rayo láser (12) en forma de polvo, hilo o cinta, justo antes de su incidencia sobre la superficie interior (13) del cañón (1), siendo fundido por éste, de modo que en la zona del cañón (1) próxima a la superficie (100) se forma un baño de fusión (14) que contiene el material del cañón fundido y el material en capas, que se solidifica con el desplazamiento posterior del rayo láser (12).
Description
Procedimiento para el recubrimiento interior de
un cañón.
La invención se refiere a un procedimiento para
el recubrimiento interior de un cañón, sobre cuya superficie
interior se aplica, para prevenir erosiones, al menos en una sección
parcial, como mínimo una capa de un material en capas.
En la tecnología armamentística, los tipos de
munición mejoradas en potencia, debido a las elevadas temperaturas
de los gases y las velocidades de circulación producidas por su
disparo, provocan erosiones considerables, especialmente en los
cañones de acero, que desgastan el cañón correspondiente incluso
antes de alcanzar su tiempo de vida útil. Se conoce prever los
correspondientes cañones, al efecto de prevenir este tipo de
erosiones, con una capa de cromo endurecido. Para ello, el cromo
endurecido se precipita mediante electrólisis sobre la superficie
interior del cañón.
En este procedimiento conocido resulta
desfavorable, entre otros aspectos, que las capas de cromo
endurecido precipitadas mediante electrólisis, no son resistentes a
la munición mejorada en potencia. En los puntos de ruptura de cromo
resultantes, se producen poco a poco erosiones considerables.
Por los documentos DE19544824A1 y DE
19741028C1, se conocen procedimientos para el endurecimiento de cañones mediante rayos láser. Para ello, los rayos láser se modulan axialmente hacia el interior del cañón y, con ayuda de un sistema óptico de conmutación de haz, dispuesto de manera móvil en el cañón, se irradian perpendicularmente hacia la superficie interior que va a ser endurecida.
19741028C1, se conocen procedimientos para el endurecimiento de cañones mediante rayos láser. Para ello, los rayos láser se modulan axialmente hacia el interior del cañón y, con ayuda de un sistema óptico de conmutación de haz, dispuesto de manera móvil en el cañón, se irradian perpendicularmente hacia la superficie interior que va a ser endurecida.
La invención tiene como objetivo determinar un
procedimiento para el recubrimiento interior de un cañón, mediante
el cual, para prevenir erosiones, se pueden aplicar sobre la
superficie interior del cañón materiales refractarios en capas, en
el que el recubrimiento aplicado sobre el cañón tiene que tener,
especialmente, una elevada adherencia.
Este objetivo se alcanza, según la invención,
mediante las características de la reivindicación 1. Las
reivindicaciones subordinadas dan a conocer otras configuraciones
ventajosas de la invención.
La invención plantea realizar el recubrimiento
interior del cañón correspondiente mediante recarga por soldadura
láser, en el que se guía un rayo láser correspondiente hacia la
superficie interior del cañón, que separa por fusión las zonas
próximas a la superficie del cañón. El material en capas se aplica
en forma de polvo, hilo o cinta, justo antes de la incidencia del
rayo láser sobre la superficie interior del cañón, siendo fundido
por éste, de modo que en la zona del cañón próxima a la superficie
se forma un baño de fusión que contiene el material del cañón
fundido y el material en capas, que se solidifica con el
desplazamiento posterior del rayo láser.
Mediante un movimiento relativo correspondiente
entre el rayo láser y el cañón, se puede obtener un recubrimiento
laminar de la superficie interior del cañón con el material en
capas. Además, es posible aplicar diferentes capas sucesivas
mediante la repetición del proceso de recubrimiento y adaptar el
cañón a los requerimientos correspondientes.
Una ventaja fundamental del procedimiento según
la invención radica en que los materiales refractarios, como niobio,
molibdeno, tantalio, hafnio, vanadio, wolframio, circonio o sus
aleaciones, se pueden aplicar sobre la superficie interior del cañón
con espesores de capa de hasta algunos milímetros. Por otro lado,
materiales como el molibdeno o el tantalio, no permiten su
precipitación de electrólitos acuosos mediante los procedimientos
galvánicos conocidos. Además, mediante los procedimientos conocidos,
solamente se pueden generar espesores de capa de algunas décimas de
milímetro.
El recubrimiento se puede aplicar tanto a la
totalidad de la superficie interior del cañón, como parcialmente. En
ambos casos, es preciso tener en cuenta que el cañón se tiene que
adaptar al espesor de pared correspondiente del recubrimiento con
anterioridad al recubrimiento, es decir, la sección de cañón que va
a ser recubierta tiene que presentar un diámetro que se corresponde
con el diámetro del calibre, incluido el doble del espesor de pared
del recubrimiento.
Para realizar un recubrimiento del cañón con
sales metálicas refractarias, como carburos o nitruros, se ha
mostrado ventajoso añadir al baño de fusión, adicionalmente al metal
correspondiente, un gas adecuado (por ejemplo, metano para la
formación de carburos o nitrógeno para la formación de
nitruros).
Otros detalles y ventajas de esta invención se
deducen de los siguientes ejemplos de realización, explicados
mediante las figuras. Éstas muestran:
Figuras 1-3 la sección de cañón
que va a ser recubierta de un cañón, antes, durante y después de la
realización del recubrimiento interior, así como
Figura 4 la sección de cañón representada en las
figuras 1-3, después de una procedimiento
mecánico.
En la figura 1, se designa un cañón con el número
1, que tiene que ser recubierto en una sección parcial 2 con un
metal endurecido, por ejemplo, niobio. El cañón 1 presenta, en la
sección parcial 2 que va ser recubierta, un excedente 3 respecto del
diámetro del calibre.
Para el recubrimiento del cañón 1, se dispone en
el cañón una cabeza láser 4 (figura 2), unida a través de un espejo
o de una fibra guiaondas láser 5 a un láser CO_{2} o Nd:YAG, de
suficiente potencia. Además, la cabeza láser 4 se une a través de un
primer conducto flexible 7 a un recipiente 8, que contiene el
material en capas en forma de polvo y, a través de un segundo
conducto flexible 9, a una fuente de gas inerte 10 (por ejemplo, una
botella de gas rellena con argón).
La cabeza láser 4 comprende, esencialmente, un
espejo de desviación 11 (refrigerado, en su caso), que concentra el
rayo láser 12 procedente de la fibra guiaondas 5 sobre la superficie
13 del cañón 1 que va ser endurecida.
En el caso de que se tenga que realizar el
recubrimiento del cañón, se activa el láser 6 y se guían los rayos
láser 12 hacia la superficie interior 13 del cañón 1, donde separan
por fusión la zona próxima a la superficie 100 del cañón 1. Al mismo
tiempo, el material en capas pulverizado se sopla, por ejemplo,
mediante un gas propulsor, a través del rayo láser 12, hacia la zona
fundida de la superficie interior. En ello, el rayo láser 12 funde
el material en capas, de modo que en la zona correspondiente próxima
a la superficie 100 del cañón 1, se forma un baño de fusión 14 que
contiene el material del cañón fundido y el material en capas. Se
produce la formación de una aleación entre el material de base y el
material en capas. Esta mezcla fundida de los dos materiales origina
entonces una elevada adherencia del material en capas a la
superficie interior 13 del cañón.
Para evitar una reacción del material en capas
fundido con la atmósfera exterior (y, con ello, la formación de
óxidos, nitruros o carburos), se ha mostrado ventajoso envolver el
baño de fusión 14 con un revestimiento de gas inerte. Para ello, el
gas inerte presente en la fuente de gas inerte 10 se sopla
convenientemente sobre el baño de fusión 14 a través del segundo
conducto flexible 9 y de una disposición de inyectores no
representada.
El recubrimiento laminar de la superficie
interior 13 del cañón 1 en la sección parcial 2 se obtiene de modo
que la cabeza láser 4 y el cañón 1 realizan un movimiento relativo
entre sí en forma de espiral. Para ello, por ejemplo, la cabeza
láser 4, con ayuda de un dispositivo de desplazamiento 15, puede
realizar un movimiento tanto axial como rotatorio. Además, la cabeza
láser 4 se puede desplazar sólo axialmente mediante el dispositivo
de desplazamiento 15 y el cañón 1, mediante un accionamiento no
representado, puede girar en torno a su eje de ánima 16.
Una vez aplicada completamente la capa 17 sobre
la sección parcial 2 (figura 3), tiene lugar un procedimiento
mecánico, debido a que la capa 17 presenta una superficie 18
relativamente rugosa. Por eso, el espesor de capa 19 de la capa 17
que va a ser aplicada en primer lugar sobre el cañón 1, tiene que
ser mayor que el espesor de capa 20 de la capa del cañón terminado
(figura 4).
Por supuesto, la invención no se limita al
ejemplo de realización descrito anteriormente. De este modo, por
ejemplo, para la generación del revestimiento de gas inerte con
anterioridad al proceso de recubrimiento, se puede inundar la
totalidad del cañón 1 con gas inerte. De manera alternativa, se
puede suprimir el revestimiento de gas inerte y evacuar el cañón 1
con anterioridad al proceso de recubrimiento.
Para obtener una mejora de la adherencia, puede
resultar ventajoso aplicar sucesivamente varias capas del mismo o de
distintos materiales en capas sobre la superficie interior del
cañón, en lugar de una sola capa del mismo material en capas.
Además, se pueden aplicar materiales sobre el
material de base (por ejemplo, acero) mediante el uso de capas
intermedias, que no se podrían recargar por soldadura directamente.
De este modo, por ejemplo, para aplicar un recubrimiento de cromo o
molibdeno sobre el cañón del arma, se aplica sobre el cañón de
acero, en primer lugar, una aleación con base de níquel, como capa
intermedia. Los espesores de capa de las capas superiores e
intermedias tienen que oscilar, dependiendo del caso de empleo,
entre 0,5 y 1,5 mm.
| 1 | Cañón |
| 2 | Sección parcial |
| 3 | Excedente |
| 4 | Cabeza de láser |
| 5 | Fibra guiaondas |
| 6 | Láser |
| 7 | Primer conducto flexible |
| 8 | Recipiente |
| 9 | Segundo conducto flexible |
| 10 | Fuente de gas inerte |
| 11 | Espejo de desviación |
| 12 | Rayo láser |
| 13 | Superficie interior |
| 14 | Baño de fusión |
| 15 | Dispositivo de desplazamiento |
| 16 | Eje del ánima |
| 17 | Capa |
| 18 | Superficie |
| 19, 20 | Espesores de capa |
| 21 | Capa |
| 100 | Zona próxima a la superficie |
Claims (9)
1. Procedimiento para el recubrimiento interior
de un cañón (1), sobre cuya superficie interior (13) se aplica, para
prevenir erosiones, al menos en una sección parcial (2), como mínimo
una capa (21) de un material en capas, con las características:
- a)
- el material en capas se aplica sobre la superficie interior (13) del cañón (1) mediante recarga por soldadura láser, en el que
- b)
- se guía un rayo láser (12) correspondiente hacia la superficie interior (13) del cañón (1) y se separan por fusión las zonas próximas (100) a la superficie del cañón (1),
- c)
- el material en capas se aplica al rayo láser (12) en forma de polvo, hilo o cinta, justo antes de su incidencia sobre la superficie interior (13) del cañón (1), siendo fundido por éste, de modo que en la zona del cañón (1) próxima a la superficie (100) se forma un baño de fusión (14) que contiene el material del cañón fundido y el material en capas, que se solidifica con el desplazamiento posterior del rayo láser (12).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se usan como material en capas niobio,
molibdeno, tantalio, hafnio, cromo, vanadio, wolframio, circonio o
sus aleaciones.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado porque se aplican sucesivamente sobre la
superficie interior (13) del cañón (1) varias capas del mismo o de
distintos materiales en capas.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque con anterioridad al recubrimiento
interior del cañón (1) de acero con un material en capas de cromo o
molibdeno, se aplica sobre la superficie interior (13) del cañón (1)
una capa de una aleación con base de níquel mediante recarga por
soldadura láser.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque para aplicar un carburo metálico como
material en capas sobre la superficie interior del cañón (1)
mediante recarga por soldadura láser, se añade metano al baño de
fusión (14), adicionalmente al metal correspondiente.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque para aplicar un nitruro metálico como
material en capas sobre la superficie interior del cañón (1)
mediante recarga por soldadura láser, se añade nitrógeno al baño de
fusión (14), adicionalmente al metal correspondiente.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, en el caso de
una aportación en forma de polvo del material en capas, el polvo se
aplica coaxialmente sobre la zona fundida de la superficie (100) del
cañón (1) o con un ángulo predeterminado respecto del eje
longitudinal del rayo láser (12).
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque las partículas en polvo del material en
capas se aplican por medio de un gas propulsor sobre la zona próxima
a la superficie (100) del cañón (1).
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el grosor de la
capa (20) del material en capas que va a ser aplicado
correspondientemente se encuentra entre 0,3 y 1 mm.
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