ES2265314T3 - Procedimiento y dispositivo de medicion para la comprobacion en linea de la calidad de un cordon de soldadura por rodillos o aplastamiento de chapas unidas entre si. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por rodillos (3) de chapas (4, 5) unidas entre sí, en el que a) con un primer pirómetro (Py2) se registra la temperatura de una región de medición mantenida en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentra sobre el cordón de soldadura, caracterizado porque b) al mismo tiempo, con un segundo y un tercer pirómetro (Py1, Py3) se registran las temperaturas de regiones de medición mantenidas en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentran directamente una junto a la otra y a ambos lados del cordón de soldadura (3) en el exterior de su zona de fusión, que están dispuestas en las zonas (6, 7) influidas por el calor de soldadura, c) y se evalúan los valores de medición de la temperatura de los pirómetros individuales, respectivamente, por medio de la comparación con valores teóricos correspondientes y considerando patrones de evolución característicos de la temperatura para cordones de soldadura cualitativamente perfectos, y adicionalmente los del segundo y el tercer pirómetro se evalúan por medio de la comparación de sus evoluciones, diferenciándose los errores según diferentes tipos.
Description
Procedimiento y dispositivo de medición para la
comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por
rodillos o aplastamiento de chapas unidas entre sí.
Para juzgar la calidad de un cordón de soldadura
por rodillos o aplastamiento en chapas unidas entre sí, o bien en
cintas, en la práctica es habitual punzonar una pieza de chapa con
el cordón de soldadura, y someter a esta pieza de chapa a una
prueba de flexión. Este procedimiento de comprobación tiene una
serie de desventajas: no es no destructivo. Sólo se comprueba una
parte del cordón de soldadura. La comprobación dura mucho tiempo y
es muy costosa.
En cambio, desde hace mucho tiempo hay procesos
para el control de proceso y de calidad en línea en cordones de
tope soldados por láser de chapas (documento EP0655294B1). En este
procedimiento conocido se mide en al menos dos posiciones por
detrás de la zona de soldadura, al mismo tiempo, y a ambos lados de
la línea de unión la temperatura por medio de un pirómetro. Los
valores de medición de los pirómetros individuales se relacionan
entre sí. Las composiciones significativas, como la conformación de
la sumas, de diferencias o de cocientes están disponibles como
rutinas estándar para la evaluación y la interpretación de errores.
Si este estado de la técnica conocido documentalmente también ha
encontrado su aplicación en la práctica es algo dudoso, ya que en
la soldadura a tope por rayo láser, debido a la concentración de la
entrada de calor sobre una región extremadamente estrecha, la
dilatación de las zonas influidas por el calor con valores medibles
por medio del pirómetro debería ser muy pequeña. Por esta razón,
las relaciones en la soldadura a tope por láser tampoco son
comparables con las de la soldadura eléctrica por resistencia, en
particular la soldadura de cordón por rodillos o aplastado.
D. R. Attorre y col. demuestran en
"Determining resistance weld interface heat distribution by termal
imaging" - (WELDING REVIEW INTERNATIONAL, marzo de 1997, páginas
160 - 164), que se ve como el estado de la técnica más próximo, que
por medio de tomas de imágenes de radiación térmica en tiempo real
se puede seguir la evolución y la distribución térmica, entre
otros, en un cordón de soldadura por rodillos. Mediante la
posibilidad unida a ello de ajustar los parámetros de soldadura
respecto a una distribución de calor óptima en la zona de soldadura,
se da un procedimiento con cuya ayuda se puede llevar a cabo una
comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por
rodillos. Para ello se determina la temperatura a lo largo del borde
de la chapa a una distancia de aprox. 2 mm desde el centro del
electro de soldadura, para crear en la dirección de soldadura un
perfil de la distribución de temperatura. Sin embargo, según Attorre
y col. únicamente está previsto un pirómetro, debido a lo cual,
ciertamente, se pueden determinar rápidamente las informaciones
necesarias para el empleo práctico para el control de un
dispositivo de soldadura, si bien, para un registro óptimo de la
calidad, no se pueden determinar completamente y/o sólo de manera
costosa.
La invención se basa en el objetivo de
desarrollar un procedimiento de comprobación para la calidad de los
cordones de soldadura por rodillos y un dispositivo de medición
adecuado para ello, que haga posible una comprobación rápida, no
destructiva y completa del cordón de soldadura por rodillos.
Este objetivo se consigue respecto al
procedimiento con un procedimiento para la comprobación en línea de
la calidad de un cordón de soldadura por rodillos de chapas o cintas
unidas entre sí, en el que
- a)
- con un primer pirómetro se registra la temperatura de una región de medición mantenida en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentra sobre el cordón de soldadura, que está caracterizado porque
- b)
- al mismo tiempo, con un segundo y un tercer pirómetro se registran las temperaturas de regiones de medición mantenidas en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentran directamente una junto a la otra y a ambos lados del cordón de soldadura en el exterior de su zona de fusión, que están dispuestas en las zonas influidas por el calor de soldadura,
- c)
- y se evalúan los valores de medición de la temperatura de los pirómetros individuales, respectivamente, por medio de la comparación con valores teóricos correspondientes y considerando patrones de evolución característicos de la temperatura para cordones de soldadura cualitativamente perfectos, y adicionalmente los del segundo y el tercer pirómetro se evalúan por medio de la comparación de sus evoluciones, diferenciándose los errores según diferentes tipos.
En el procedimiento conforme a la invención,
únicamente a través de la observación de las temperaturas en tres
regiones que se encuentran en una posición definida respecto al
lugar de soldadura, y en concreto en la región que se encuentra en
el cordón de soldadura y justo al lado de la región de soldadura y
en la regiones que se encuentran a ambos lados del cordón de
soldadura en las zonas que tienen influencia del calor, e igualmente
cerca del lugar de soldadura, si bien fuera de la zona de fusión,
se hace posible comprobar de un modo rápido, completo y no
destructivo el cordón de soldadura. Por medio de un software
adecuado que está programado en parte a partir de valores empíricos
y en parte a partir de experimentos de operación y en parte a partir
de observaciones del flujo de calor para diferentes errores, se
puede incluso emitir un juicio sobre el tipo del error, tanto si se
trata de un error de ajuste mecánico como si se trata de un error
condicionado por la máquina de soldadura. Por medio del
reconocimiento independiente del lugar de patrones de evolución de
la temperatura se pueden reconocer en línea, sobre todo, los errores
condicionados por la máquina se soldar. Por regla general, en la
soldadura se producen de modo esporádico diferentes errores. En caso
de que se produzca una acumulación de un tipo determinado de error,
entonces esto significa, por regla general, que hay un fallo de la
máquina de soldadura.
Los experimentos de operación han mostrado que
para los cordones de soldadura no cualitativamente perfectos
también es característico cuando las evoluciones de los valores
medidos de temperatura del segundo y del tercer pirómetro no se
cortan. Debido a ello, según una configuración de la invención está
previsto que el segundo y el tercer pirómetro estén posicionados y
ajustados respecto al cordón de soldadura de tal manera que en el
caso de cordones de soldadura cualitativamente perfectos, las
evoluciones de los valores medidos de temperatura tengan un punto
de corte.
Según otra configuración de la invención está
previsto que en la evaluación a partir de los valores de temperatura
y de medición del segundo y del tercer pirómetro se conforme un
valor medio. Esta configuración es ventajosa en el caso de cintas
pasantes en las que el extremo de la cinta de una de las cintas está
soldado al comienzo de la cinta de la siguiente cinta. Las
experiencias con este tipo de cintas han mostrado, en concreto, que
la zona de influencia del calor en la parte del extremo de la cinta
en la dirección de soldadura es mayor, mientras que en la parte del
comienzo de la cinta se hace más estrecha. Por medio de la
conformación del valor medio se compensan estas diferencias, lo
cual representa una ventaja para la evaluación.
Para la evaluación representa una ventaja,
además, que las regiones de medición del pirómetro no sean demasiado
grandes. Los valores adecuados del diámetro medio están entre 3 y 5
mm.
En particular, para la conformación del valor
medio de los valores medidos de temperatura del segundo y del
tercer pirómetro es ventajoso cuando sus regiones de medición sean
igual de grandes.
Un dispositivo de medición para la comprobación
en línea de la calidad de los cordones de soldadura por rodillos de
chapas o cintas unidas entre sí, que está indicado para a
realización del procedimiento mencionado anteriormente, está
caracterizado porque un soporte para un rodillo de soldadura de una
máquina de soldadura de cordón por rodillos presenta tres
pirómetros, de los que uno de ellos se puede ajustar en el cordón
que se ha de soldar, y los otros dos se pueden ajustar en las zonas
de influencia del calor contiguas al cordón de soldadura, y que
pueden entregar sus valores de medición de la temperatura a un
dispositivo de evaluación e indicación. Para iniciar y finalizar el
proceso de medición, según una configuración de la invención está
previsto que el dispositivo de evaluación e indicación genere
dependiendo del valor medido de la temperatura del pirómetro para
el cordón de soldadura una señal de comienzo/parada.
A continuación se explica la invención con más
detalle a partir de un dibujo que representa un ejemplo de
realización con diferentes dibujos. En concreto, se muestra:
Figura 1 una máquina de soldadura de cordón
por rodillos en la fabricación de un cordón de soldadura que une
dos cintas entre sí, en una representación en perspectiva,
Figura 2 una sección de una cinta con tres
pirómetros ajustados en una representación esquemática y en
perspectiva,
Figura 3 una sección de una cinta con cordón
de soldadura y tres pirómetros ajustados en una vista en planta
desde arriba,
Figura 4 un diagrama con la evolución
temporal de la temperatura en el cordón de soldadura y en las dos
zonas de influencia térmica contiguas, con un ajuste de la máquina
sin errores, y con un cordón de soldadura sin errores,
Figura 5 la evolución temporal de la
temperatura del cordón de soldadura y de las zonas de influencia de
la temperatura con un ajuste de la máquina sin errores,
Figura 6-8 tres diagramas para
una evolución temporal de la temperatura del cordón de soldadura y
de las dos zonas contiguas de influencia del calor para un ajuste
de la máquina con errores y/o para un cordón de soldadura con
errores.
El dispositivo de soldadura representado en la
Figura 1 para soldadura de costura por rodillos lleva en un brazo 1
superior un rodillo de soldadura 2, con el que se fabrica un cordón
de soldadura 3 como unión entre dos cintas 4, 5 que se solapan
entre sí. El brazo 1 lleva además tres pirómetros Py1, Py2, Py3, que
pueden ser ajustados con sus ópticas al cordón de soldadura 3, y a
las dos zonas de influencia térmica 6, 7 visibles que se encuentran
junto a la región que ha de ser sometida a la fusión del cordón de
soldadura. Los valores medidos de temperatura de estos tres
pirómetros Py1, Py2, Py3 son entregados a un dispositivo de
evaluación e indicación 8. El software de este dispositivo de
evaluación e indicación 8, que está programado tomando como base
valores empíricos para ajustes sin errores y con errores del
dispositivo de soldadura y de cordones de soldadura, evalúa los
valores medidos de temperatura y lleva la evaluación al indicador.
En la programación descrita, también se muestran tipos de
errores.
En la Figura 2 está representado de modo
esquemático cómo los pirómetros Py1-Py3 individuales
se ajustan con sus ópticas al cordón de soldadura 3 y a las dos
zonas contiguas de influencia térmica 6, 7. El ajuste preciso se
puede llevar a cabo por medio de un láser asignado a cada uno de los
pirómetros Py1-Py3. El pirómetro Py2 está ajustado
de modo central en el cordón de soldadura 3 y cubre con su región de
medición, fundamentalmente, la región que se ha de fundir del
cordón de soldadura 3 lo más cerca posible al punto de contacto del
rodillo de soldadura 2, mientras que los otros dos pirómetros Py1,
Py3 cubren con sus regiones de medición las zonas contiguas de
influencia térmica 6, 7. Es importante que la relación espacial
entre las regiones de medición de los pirómetros individuales
Py1-Py3 y el rodillo de soldadura 2 se mantengan
durante el proceso de medición. En un ajuste realizado una vez
antes de la medición, se mantiene esta relación ya que los
pirómetros Py1-Py3 son llevados por el brazo 1 del
rodillo de soldadura 2.
En la Figura 3 está representado, de modo muy
exagerado, que en el caso de una cinta pasante, la zona de
influencia térmica 7 opuesta al extremo de la banda de la parte de
la salida, contigua al cordón de soldadura 3 o bien a la región
fundida, se hace más ancha en la dirección de soldadura, mientras
que se hace más estrecha la zona de influencia térmica 6 opuesta al
comienzo de la cinta en la parte de la entrada. Esto se explica
porque en la máquina de soldadura, por medio de la limitación de
las chapas que se han de soldar, la región de solape en la
dirección de soldadura aumenta linealmente de modo continuo, y con
ello influye en la entrada de calor.
Para ello, en el diagrama de la Figura 4 está
representada la evolución temporal de la temperatura para un cordón
de soldadura sin errores y para un ajuste de la máquina sin errores.
Tal y como se puede reconocer, aumenta la temperatura para el
pirómetro Py3, y se reduce para el pirómetro Py1. El valor medio es
fundamentalmente el mismo, y se encuentra en el intervalo de
tolerancia que va, por ejemplo, de 600 a 700ºC. Las dos evoluciones
de los valores medidos de temperatura se cortan. Con ello se cumplen
dos criterios fundamentales para un cordón de soldadura sin
errores. También la temperatura medida por el pirómetro 2 del centro
del cordón tiene una evolución continua, y en concreto, es
fundamentalmente constante. Con ello se cumple otro criterio para un
cordón sin errores. Incluso un aumento de la temperatura ligero y
continuo no sería crítico, ya que éste se debería a que durante la
soldadura aumenta la temperatura del rodillo de soldadura.
El diagrama de la Figura 5 muestra una evolución
que se encuentra en el intervalo de tolerancia de las temperaturas
medidas por los pirómetros 1 y 3, ante todo con una temperatura
central que se encuentra en el intervalo de tolerancia y también un
punto de corte de las evoluciones de temperatura, si bien éstos,
comparados con los del diagrama de la Fig. 4, son muy inestables,
lo que apunta a un cordón de soldadura con errores, si bien todavía
no es algo inequívoco. Sin embargo, si que es inequívoco para un
error la evolución errática de la temperatura medida por el
pirómetro Py2 hacia el final del cordón de soldadura. Esto se debe a
un error de la máquina, y en concreto a un rodillo de soldadura
suelto. Esto lleva a un cordón con errores, que se rompe en el
experimento de flexión.
En el diagrama de la Figura 6, tanto la
temperatura para el cordón de soldadura 3 como el valor medio de la
temperatura para las zonas de influencia térmica 6, 7 contiguas al
cordón de soldadura 3 se encuentran por debajo de los umbrales de
800 o bien 600ºC. Éstos son señales de un cordón de soldadura que no
es correcto. El hecho de pasar por debajo del umbral de 600ºC es
una señal de un riesgo de rotura en aumento del cordón de
soldadura.
La evolución temporal de la temperatura tanto en
el cordón de soldadura como en las zonas de influencia térmica
contiguas en el diagrama de la Figura 7 se desvía completamente de
las evoluciones prefijadas del valor teórico. Estas evoluciones son
típicas de un solape insuficiente o de un entrecruzamiento de las
chapas que han de ser unidas entre sí. En un experimento de flexión
de una probeta de este tipo se originaría una rotura.
En el diagrama de la Figura 8, las evoluciones
temporales de la temperatura tanto para el cordón de soldadura como
para las zonas de influencia térmica contiguas se encuentran por
encima de la tolerancia, y oscilan muy intensamente. Con
oscilaciones de temperatura de esta intensidad no se puede conseguir
ningún cordón de soldadura perfecto. La corriente de soldadura que
se encuentra por encima de la tolerancia con picos es característica
de aglomeraciones y adherencias de material del rodillo de
soldadura. En este caso, un remedio es el cambio del rodillo
de
soldadura.
soldadura.
Claims (7)
1. Procedimiento para la comprobación en
línea de la calidad de un cordón de soldadura por rodillos (3) de
chapas (4, 5) unidas entre sí, en el que
- a)
- con un primer pirómetro (Py2) se registra la temperatura de una región de medición mantenida en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentra sobre el cordón de soldadura, caracterizado porque
- b)
- al mismo tiempo, con un segundo y un tercer pirómetro (Py1, Py3) se registran las temperaturas de regiones de medición mantenidas en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentran directamente una junto a la otra y a ambos lados del cordón de soldadura (3) en el exterior de su zona de fusión, que están dispuestas en las zonas (6, 7) influidas por el calor de soldadura,
- c)
- y se evalúan los valores de medición de la temperatura de los pirómetros individuales, respectivamente, por medio de la comparación con valores teóricos correspondientes y considerando patrones de evolución característicos de la temperatura para cordones de soldadura cualitativamente perfectos, y adicionalmente los del segundo y el tercer pirómetro se evalúan por medio de la comparación de sus evoluciones, diferenciándose los errores según diferentes tipos.
2. Procedimiento según la reivindicación
1, caracterizado porque el segundo y el tercer pirómetro
están posicionados y ajustados respecto al cordón de soldadura de
tal manera que en el caso de cordones de soldadura sin errores, las
evoluciones de los valores medidos de temperatura tienen un punto de
corte.
3. Procedimiento según la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque en la evaluación a partir de los
valores medidos de temperatura del segundo y tercer pirómetro (Py1,
Py3) se conforma un valor medio.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las regiones de
medición tienen un diámetro medio de 3 a 5 mm.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las regiones de
medición del segundo y tercer pirómetro (Py2, Py3) son igual de
grandes.
6. Dispositivo de medición para la
comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por
rodillos (3) de chapas (4, 5) que han de ser unidas entre sí para la
realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque un soporte (1) para un rodillo de
soldadura (2) de una máquina de soldadura de cordón por rodillos
presenta tres pirómetros (Py1, Py2, Py3), de los que uno de ellos
(Py2) se puede ajustar al cordón (3) que se ha de soldar, y los
otros dos se pueden ajustar a las zonas de influencia térmica (6,
7) contiguas al cordón de soldadura (3), y que entregan a un
dispositivo de evaluación e indicación (8) sus valores medidos de
temperatura que son registrados de las regiones de medición que se
encuentran directamente una junto a otra y a ambos lados del cordón
de soldadura, fuera de su zona de fusión.
7. Dispositivo de medición según la
reivindicación 6, caracterizado porque el dispositivo de
evaluación e indicación (8), dependiendo del valor medido de
temperatura del pirómetro (Py2) genera para el cordón de soldadura
(3) una señal de comienzo/parada para la evaluación del valor
medido.
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