ES2243425T3

ES2243425T3 - Dispositivo de soldadura de piezas de material termoplastico por radiacion electromagnetica, en particular infrarroja.

Info

Publication number: ES2243425T3
Application number: ES01480151T
Authority: ES
Inventors: Jean-Louis Janin; Christophe Cerutti; Vincent Rossignol
Original assignee: FTI MECASONIC; Mecaplast SAM
Current assignee: FTI MECASONIC; Mecaplast SAM
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: ATE294696T1; DE60110536T2; DE60110536D1; EP1219407A1; FR2818926B1; FR2818926A1; EP1219407B1

Abstract

Dispositivo de soldadura por emisión de una radiación electromagnética, del tipo en el que dos piezas de material termoplástico son ensambladas por fusión de la materia termoplástica superficial de la línea de unión (16) de al menos una de las dos piezas a ensamblar, y la consiguiente aproximación de las dos piezas citadas, comprendiendo el citado dispositivo al menos un elemento resistivo (10) recorrido por una corriente eléctrica y que tiene un perfil que corresponde, lo mejor posible, a la geometría de la citada línea de unión, estando el citado dispositivo caracterizado porque, el citado elemento resistivo (10) se ha fijado a un soporte (14) y está constituido por al menos un hilo compuesto por un alma metálica (20) rodeada de un enfundado aislante (22, 24) que permite el contacto sin cortocircuito entre al menos dos puntos de dicho elemento resistivo, y siendo el citado hilo suficientemente flexible como para permitir obtener radios de curvatura de hasta 1, 5 mm.

Description

Dispositivo de soldadura de piezas de material termoplástico por radiación electromagnética, en particular infrarroja.

Campo técnico

La presente invención se refiere a la soldadura de piezas de material termoplástico utilizada en particular por los equipos para el montaje de piezas en la industria del automóvil, y se refiere en particular a un dispositivo de soldadura de piezas de material termoplástico por radiación electromagnética, y en particular por radiación infrarroja.

Estado de la técnica

Para el ensamblaje de piezas de material termoplástico, se han utilizado ya procedimientos a base de espejo de calentamiento, en los que se provoca la fusión de la materia superficial de la línea de unión de al menos una de las piezas mediante la puesta en contacto de un elemento metálico a temperatura elevada, con la línea de unión. Al fundirse la materia superficial de la línea de unión, el elemento de calentamiento se retira y las dos piezas se ponen en contacto para obtener su soldadura tras el enfriamiento del material. Desafortunadamente, esta técnica necesita una limpieza frecuente del elemento calentador si se quiere evitar que se forme sobre este último un reborde de material termoplástico que impida una buena transferencia de calor y que genere con ello un cordón de soldadura no homogéneo.

Estos procedimientos se han sustituido por técnicas de calentamiento sin contacto, tales como la técnica por aire caliente en la que se envía aire caliente bajo caudal y temperatura controlados, sobre las zonas a fundir, siendo repartido el aire uniformemente sobre el cordón de soldadura con la ayuda de una boquilla. Desafortunadamente, esta técnica presenta numerosos inconvenientes y en particular problemas de regulación térmica, y necesita en particular que la boquilla de llegada de aire se mantenga muy cerca de la superficie a fundir, y con ello se obtiene un mal control del espesor del cordón de soldadura.

La técnica de soldadura sin contacto más interesante consiste en utilizar una fuente de radiación infrarroja en forma de elemento resistivo filiar que se encuentra en una garganta reflectante tal como se describe en la patente FR 93 07333. La forma del elemento resistivo está adaptada lo más cercana posible a la geometría de las líneas de unión de las piezas a ensamblar, y el enfoque de la radiación debido a la garganta reflectante permite un calentamiento homogéneo de la línea de unión. Para permitir una gran eficacia, se utiliza una radiación infrarroja que tiene una longitud de onda de alrededor de 1 \mum correspondiente a temperaturas de más de 2000ºC. Desafortunadamente, a esta temperatura, el hilo de calentamiento se oxida rápidamente, y pierde rápidamente su capacidad de radiación. Esto se traduce en que es necesario colocar el hilo en un tubo de vidrio o de cuarzo, lleno de un gas inerte para evitar cualquier oxidación. Desafortunadamente, esta técnica presenta los inconvenientes de que el hilo de calentamiento esté o no protegido en un tubo de vidrio. En efecto, la utilización de un hilo no protegido, además del fenómeno de oxidación ya citado, no permite el contacto sin cortocircuito entre dos puntos del hilo. Se necesita por tanto separar el hilo de llegada del hilo de salida, lo que crea inevitablemente un punto frío sin calentamiento,
en el caso de una línea de unión cerrada como es el caso más frecuente. Si, como se ha mencionado anteriormente, el hilo está protegido en un tubo, el elemento de calentamiento presenta entonces un diámetro demasiado importante como para permitir los pequeños radios de curvatura necesarios para adaptarse de forma cercana a la geometría de la línea de
unión.

Exposición de la invención

Es por ello que un primer objeto de la invención consiste en proporcionar un dispositivo de soldadura de material termoplástico por radiación infrarroja, según la reivindicación 1, en el que el elemento de calentamiento puede ser adaptado a cualquier forma de línea de unión. Otro objeto de la invención consiste en proporcionar un procedimiento de soldadura según la reivindicación 18.

Un segundo objeto de la invención consiste en proporcionar un dispositivo de soldadura de material termoplástico por radiación electromagnética, y en particular infrarroja, en el que se pueden poner en contacto porciones del elemento de calentamiento sin provocar cortocircuito.

Otro objeto de la invención consiste en proporcionar un dispositivo de soldadura del tipo mencionado anteriormente, que evite los puntos fríos, cualquiera que sea la geometría de la línea de unión.

Breve descripción de las figuras

Los objetos, fines y ventajas de la invención, serán mejor comprendidos con la lectura de la descripción que sigue, realizada con referencia a los dibujos, en los que:

La Figura 1 es un corte del dispositivo de soldadura según la invención, que muestra el elemento resistivo situado en una garganta y el cordón de material termoplástico sometido a la radiación infrarroja;

La Figura 2 es una representación en corte de un modo de realización del elemento resistivo del dispositivo conforme a la invención;

La Figura 3 representa un bucle del elemento resistivo utilizado para su fijación;

La Figura 4 es una vista en corte de un vaciamiento del soporte en el que se encuentra un bucle del elemento resistivo, y

La Figura 5 representa una vista desde arriba de un dispositivo según la invención con sus bucles de fijación.

Descripción detallada de la invención

Las piezas de material termoplástico sometidas a la soldadura espejo sin contacto, según la invención, pueden ser de todos los tipos de piezas que tengan perfiles cualesquiera tales como las dos partes de un depósito, de un tubo, de un cárter, etc. Las dos piezas a soldar incorporan, cada una de ellas, una línea de soldadura continua o en varias partes que disponen de un cordón o de una capa de material termoplástico superficial, destinada a fundirse bajo el efecto del calor generado por la radiación infrarroja, y a fijarse sobre la otra línea de unión. Se entiende por material termoplástico superficial, una capa de material termoplástico que tiene un espesor desde la superficie, que es variable según el material termoplástico utilizado. Las dos líneas de unión tienen una forma cualquiera en el espacio, y en particular pueden estar en un mismo plano sin que esto sea una limitación de la invención. Se puede proceder al calentamiento de una sola de las líneas de unión, pero es preferible efectuar el calentamiento simultáneo de las dos líneas de unión.

Según un modo de realización preferida, el dispositivo de soldadura según la invención está compuesto esencialmente por un elemento resistivo por el que pasa una corriente eléctrica con el fin de generar una radiación infrarroja. El elemento resistivo se fija a la superficie de un soporte, tal como una placa cerámica o una placa metálica, y a un perfil adaptado de la forma más próxima posible a la geometría de la línea de unión de la pieza a soldar. Según un modo de realización particular, el elemento resistivo 10, representado en corte en la Figura 1, puede ser colocado en una garganta 12 del soporte o de la placa 14, todo esto con el fin de permitir un enfoque de la radicación infrarroja sobre el cordón 16 para hacer que se funda la pieza a soldar 18. Para mejorar el enfoque resulta juicioso que la garganta 12 tenga paredes reflectantes, de modo que los rayos infrarrojos sean concentrados sobre el cordón 16 como se ha ilustrado en la Figura 1, pero esto no constituye una necesidad absoluta para la puesta en práctica de la invención.

Por último, la distancia entre el elemento resistivo o la superficie del soporte (en el caso en que el elemento resistivo esté en una garganta), y el cordón de la línea de unión, está generalmente comprendida entre 1 y 5 mm, con el fin de que la eficacia de la soldadura sea poco dependiente de esta distancia y que se pueda tolerar las deformaciones del cordón a soldar que conllevan variaciones de esta distancia.

El elemento resistivo está compuesto esencialmente de uno o de varios hilos resistivos. Cada hilo resistivo está formado por un alma de material resistivo o de una aleación metálica resistiva, rodeado por una funda aislante.

En un modo de realización particular ilustrado en la Figura 2, el alma metálica 20 está rodeada por una funda aislante constituida por un cierto espesor de un compuesto mineral pulverulento 22 que sirve de aislante, y por una funda o envolvente 24 que presenta una emisividad elevada con el fin de radiar la mayor cantidad posible de energía. El alma metálica por la que circula la corriente eléctrica, debe presentar una gran resistividad en la medida en que la potencia eléctrica por efecto Joule es, para una corriente I dada, proporcional a la resistividad. De este modo, se puede utilizar una aleación de níquel-cromo con una resistividad igual a 1,09.10^{-6} ohmios.m^{2}/m. Se debe observar que no es indispensable que el enfundado comprenda un compuesto aislante rodeado de una funda, y que este enfundado podría estar constituido por un sólo material que reúna las propiedades de los dos componentes que anteceden.

La característica esencial del hilo resistivo es su gran flexibilidad, lo que le permite ser deformado de manera que puede adoptar un perfil adaptado lo más cercanamente posible a la geometría de la línea de unión, proviniendo esta flexibilidad, por una parte, de su pequeño diámetro, y por otra parte, de su estructura. Para estar en condiciones de adaptarse a todas las formas, es necesario que el hilo resistivo pueda ser plegado para adaptarse a radios de curvatura muy pequeños, tan pequeños como 1,5 mm.

El hecho de que el alma del hilo esté en un enfundado aislante, permite cruzar el hilo con contacto sin provocar cortocircuito. De este modo, si la línea de unión es una línea cerrada, como es el caso más frecuente, no hay ningún problema para realizar un cruzamiento del hilo en el punto de entrada/salida en el que las dos porciones del hilo están en contacto la una con la otra, con el fin de cerrar el perfil del elemento resistivo para adaptarlo a la línea de unión cerrada. En el punto de entrada/salida, existe también un alejamiento del hilo con relación a la línea de unión, pero esta variación de distancia es mínima puesto que el hilo es de bajo diámetro, y por otra parte, se ha visto anteriormente que las pequeñas variaciones de la distancia entre el elemento resistivo y la línea de unión tenían poca influencia sobre el calor proporcionado. Cuando se utilizan varios hilos, éstos se solidarizan entre sí a través de un medio cualquiera con el fin de incrementar la rigidez del conjunto multihilo.

Además, el aislamiento del hilo permite utilizar dos hilos o más, lado con lado, para realizar el perfil sin temer ningún cortocircuito. Esta posibilidad permite así multiplicar por dos (o por más) la potencia térmica suministrada.

La fijación del elemento resistivo sobre su soporte ha dado lugar a una característica esencial de la invención. En efecto, una fijación clásica consistente en fijar el hilo en varios puntos del soporte, introduciría puntos fríos en los que la radiación infrarroja no se produce en la medida en que el hilo está recubierto en esos puntos por un elemento de fijación. La solución consiste en formar bucles en los puntos de fijación como se ha ilustrado en la Figura 3. El bucle 26 se ha fijado con un medio de fijación clásico, pero se encuentra fuera de la trayectoria recorrida por el elemento resistivo. El perfil del elemento resistivo no está modificado salvo en el punto 28 de cruzamiento de hilos, en el que una hebra de hilo pasa sobre la otra hebra. Existe por tanto una ligera separación del hilo con relación a la línea de unión. Pero esta variación de distancia no es en absoluto un inconveniente, como se ha visto en lo que antecede a propósito del punto de entrada/salida.

Un ejemplo de realización del dispositivo de soldadura con bucles de fijación, ha sido ilustrado en las Figuras 4 y 5. En este ejemplo, se han utilizado tres hilos resistivos situados en una garganta. Según se ha representado en corte en la Figura 4, dos hilos 30 y 32 están a la misma distancia de la línea de unión 34, y un tercer hilo se encuentra situado bajo los dos primeros. Este hilo es el que se utiliza para los bucles y la fijación. Para todo esto, el soporte 36 incorpora un vaciamiento 38 en el que se encuentra el bucle 40 formado por el tercer hilo, situándose el cruzamiento de las porciones 42 y 42' bajo los dos hilos 30 y 32. La fijación del bucle 40 se realiza por medio de un elemento de apriete 44 y del tornillo de apriete 46. Con el fin de no formar puente térmico, nefasto para la continuidad térmica del elemento resistivo, resulta deseable que la fijación del bucle 40 se realice sin contacto de éste con el soporte 36, sino solamente con el elemento de apriete 44 (con preferencia de material refractario), como se ha ilustrado en la Figura 4, de manera que se consiga el intercambio térmico.

Además de evitar introducir puntos fríos, otro interés de la fijación del elemento resistivo por medio de bucles, consiste en hacer que se vuelva rígido el elemento resistivo en todo el recorrido, todo ello evitando cualquier contacto entre los hilos y el soporte puesto que los hilos 30, 32 y 42 se mantienen en su posición gracias a la presencia de los bucles. El bucle 40 podría, por otra parte, incluir dos o más hilos para hacerlo más rígido.

La Figura 5 representa una vista desde arriba del elemento resistivo 48 adaptado a un perfil cerrado de línea de unión. El elemento resistivo incluye cinco bucles, de los que cuatro bucles 50, 52, 54, 56 están situados en la mitad de los lados del rectángulo formado por el elemento resistivo, y un bucle 58 está en el punto de entrada/salida 60 del elemento resistivo. Se debe apreciar que el bucle 58 es, de hecho, un doble bucle, puesto que el mismo comprende un bucle para la hebra de entrada, y un bucle para la hebra de
salida.

Según se ha mencionado ya, la línea de unión puede estar formada por varias partes. Ésta puede corresponder a varias soldaduras que deben realizarse sobre la misma pieza durante un mismo ciclo de tratamiento. En este caso, el dispositivo según la invención incorpora varios elementos resistivos para los que las distancias con relación a las partes de la línea de unión correspondientes, son diferentes, así como las características de la corriente eléctrica utilizada con el fin de ajustar la energía de la radiación recibida por las diferentes partes de la línea de unión. Estas diferentes partes de la línea de unión podrían, por otra parte, estar constituidas por materiales termoplásticos diferentes. Las características eléctricas de la corriente que atraviesa los elementos resistivos y la distancia que separa los elementos resistivos de la línea de unión, pueden ser también reguladas o adaptadas en función del tiempo, de manera que se aumente la eficacia de la fusión o, por el contrario, con el fin de evitar la degradación del material termoplástico en fusión. De manera general, con el fin de evitar los fenómenos de quemadura por exceso de aporte calorífico a la materia termoplástica superficial, es necesario prever una gestión pilotada de la potencia emitida por el dispositivo de soldadura, así como la distancia entre el (o los) elemento(s) resistivo(s) y la superficie de la pieza a tratar.

Claims

1. Dispositivo de soldadura por emisión de una radiación electromagnética, del tipo en el que dos piezas de material termoplástico son ensambladas por fusión de la materia termoplástica superficial de la línea de unión (16) de al menos una de las dos piezas a ensamblar, y la consiguiente aproximación de las dos piezas citadas, comprendiendo el citado dispositivo al menos un elemento resistivo (10) recorrido por una corriente eléctrica y que tiene un perfil que corresponde, lo mejor posible, a la geometría de la citada línea de unión,

estando el citado dispositivo caracterizado porque, el citado elemento resistivo (10) se ha fijado a un soporte (14) y está constituido por al menos un hilo compuesto por un alma metálica (20) rodeada de un enfundado aislante (22, 24) que permite el contacto sin cortocircuito entre al menos dos puntos de dicho elemento resistivo, y siendo el citado hilo suficientemente flexible como para permitir obtener radios de curvatura de hasta 1,5 mm.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende varios elementos resistivos (10) correspondientes a varias partes de la citada línea de unión (16), y en el que la radiación electromagnética proporcionada por cada uno de los citados elementos resistivos es diferente según la parte de la línea de unión correspondiente.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que la distancia entre un elemento resistivo y una parte de la línea de unión correspondiente, es diferente según sea la citada parte.

4. Dispositivo según la reivindicación 2 ó 3, en el que las diferentes partes de la línea de unión (16) corresponden a materiales termoplásticos diferentes.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la potencia proporcionada al citado elemento resistivo está ajustada en función del tiempo, con el fin de aumentar la eficacia de la fusión o evitar la degradación del material termoplástico en fusión.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho elemento resistivo está situado en una garganta (12) de dicho soporte (14).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que la citada garganta (12) es reflectante.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el elemento resistivo (10) incluye una pluralidad de bucles (50, 52, 54, 56, 58) fijados a dicho soporte, estando cada bucle formado por el retorno del hilo sobre sí mismo, y realizándose el cruzamiento de las dos porciones del hilo tangencialmente a la trayectoria del citado elemento resistivo.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el que dicho elemento resistivo comprende tres hilos, estando los dos primeros hilos citados (30, 32) a la misma distancia de la citada línea de unión, e incluyendo al menos un tercer hilo (42) los citados bucles que sirve para la fijación y que está situado bajo los dos primeros hilos citados.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dicho enfundado aislante está constituido por una capa (22) de un material mineral pulverulento y por una funda (24).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, en el que dicho conductor metálico (20) es de aleación de cromo-níquel.

12. Dispositivo según la reivindicación 10 u 11, en el que la citada funda (24) es de un material que posee una gran emisividad de radiación infrarroja.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho elemento resistivo presenta una pluralidad de hilos.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el elemento resistivo presenta al menos dos hilos lado con lado.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el elemento resistivo presenta al menos dos hilos solidarios.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 15, en el que el elemento resistivo se ha fijado a una superficie de soporte.

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 16, en el que el elemento resistivo presenta un cruzamiento de las porciones del hilo a la entrada/ salida de una línea de unión cerrada.

18. Un procedimiento de soldadura de piezas de material termoplástico, que comprende:

- una etapa de fusión, por emisión de una radiación electromagnética, del material termoplástico superficial de la línea de unión de al menos una de las piezas a soldar, con la ayuda de un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 17;

- una etapa posterior de aproximación de las citadas piezas.