ES2284355A1 - Procedimiento de mallado con laser de recubrimientos previamente depositados por plasma sobre piezas cilindricas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de mallado con láser de recubrimientos previamente depositados por plasma sobre piezas cilíndricas basado en un tratamiento con el láser localizado y parcial, sin cubrir toda la superficie. Para ello se realizan ¿n¿ barridos paralelos que forman un ángulo determinado con la generatriz del cilindro y están separados entre sí una distancia determinada, función del porcentaje de la superficie a refundir. Puede realizarse una sola pasada con el láser (mallado paralelo IMG), o dos (mallado cruzado IMG). En los contactos lubricados este procedimiento combina las propiedades de las capas proyectadas por plasma y las capas totalmente refundidas con láser. Su aplicación es reducir la problemática debida al desgaste producido en los pares cinemáticos entre ejes o árboles y sus apoyos, presentes en la mayoría de las máquinas.
Description
Procedimiento de mallado con láser de
recubrimientos previamente depositados por plasma sobre piezas
cilíndricas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la refusión con láser, localizada y parcial, sin
cubrir toda la superficie, de piezas cilíndricas que previamente
han sido recubiertas empleando la técnica de proyección por plasma.
Una técnica de este tipo se emplea sobre todo para reducir la
problemática debida al desgaste producido en los pares cinemáticos
entre ejes o árboles y sus apoyos, presentes en la mayoría de las
máquinas.
Los recubrimientos obtenidos mediante la técnica
de proyección por plasma dependen de numerosos factores tales como,
distancia pistola-substrato, tiempo de interacción
plasma-partículas, tamaño de éstas, etc. Igualmente,
y en función del tipo de material empleado para obtener el
recubrimiento, a pesar de las elevadas temperaturas que se alcanzan
en la llama de plasma, el corto intervalo de tiempo que el material
a proyectar permanece en dicho plasma, puede impedir la fusión
completa de algunas partículas. Incluso cuando son fundidas, las
gotas originadas no se distribuyen uniformemente cuando impactan
con el substrato a recubrir. Esto conduce a la formación de
recubrimientos no homogéneos, con porosidad elevada y con una
adherencia con el substrato relativamente baja, que afectan a su
comportamiento tribológico.
La refusión superficial con láser de los
recubrimientos proyectados por plasma, mediante el solapamiento de
sucesivos barridos, hasta completar toda la superficie, origina una
mejora en el comportamiento a desgaste en seco de estos
recubrimientos, junto con un refinamiento de la microestructura que
proporciona un aumento de la dureza. Esta técnica permite además
eliminar la porosidad, evitando el problema de la fusión incompleta
de partículas y modificando el comportamiento tribológico de los
recubrimientos.
No obstante, la refusión de toda la superficie
del recubrimiento presenta como inconvenientes un peor
comportamiento a desgaste lubricado, debido a la eliminación de la
porosidad superficial del recubrimiento. Igualmente conlleva una
excesiva afectación térmica cuando las superficies a tratar son
relativamente grandes, por el calentamiento progresivo que sufre el
material, como consecuencia de los sucesivos barridos necesarios
para completar el tratamiento de toda la superficie. Además,
existen otras dificultades técnicas como son los esfuerzos internos
inducidos en el material, que pueden provocar la aparición de
grietas. El alto coste por hora y la lentitud del proceso que
implica el empleo de la tecnología láser también estaría dentro de
las desventajas.
El objeto de esta invención es el desarrollo de
un procedimiento de mallado con láser de recubrimientos previamente
depositados por plasma sobre piezas cilíndricas basado en un
tratamiento con el láser localizado y parcial, sin cubrir toda la
superficie. Para ello, en lugar de tratar con el láser toda la
superficie solapando los barridos al lado uno de otro, se realizan
"n" barridos paralelos separados entre sí una determinada
distancia, formando con la generatriz del cilindro un ángulo
"\theta" determinado, dando lugar a lo que denominamos
"mallado paralelo IMG" (ver
figura 1).
figura 1).
Combinando dos barridos paralelos de ángulos
opuestos, iguales o diferentes, se obtendría lo que denominamos
"mallado cruzado IMG" (ver figura 2).
El recubrimiento inicial se obtiene a partir de
materiales en forma de polvo que se depositan mediante proyección
por plasma sobre un substrato.
El recubrimiento debe ser refundido con láser en
todo su espesor, ajustando los parámetros del láser (potencia,
focalización y velocidad) para obtener una densidad de energía
adecuada, que permita eliminar la porosidad del recubrimiento con
ausencia de grietas y una dilución mínima del substrato. Estos
parámetros serán los idóneos y dependerán del tipo y potencia de
láser empleado, así como de las características del recubrimiento
depositado por proyección por plasma.
Una vez determinados los parámetros óptimos de
refusión se procede a realizar cordones paralelos con el láser
sobre la superficie del cilindro a refundir.
Como variables geométricas a considerar de
partida están:
- \sqbullet
- Porcentaje de la superficie "S" del cilindro que se desea refundir (%S), cuyo valor será definido en función de la aplicación concreta que se pretenda dar al cilindro tratado y que estará comprendido entre el 0 y el 50%.
- \sqbullet
- Ángulo de inclinación del cordón respecto a la generatriz del cilindro (\theta)
\newpage
- \sqbullet
- Ancho del cordón (h), que será función de la densidad de energía del láser y de la velocidad de refusión necesaria para que la dilución del substrato sea mínima, eliminando la porosidad y realizando la operación en el menor tiempo posible y con ausencia de agrietamiento (cordón óptimo). Estos parámetros dependerán a su vez del tipo y potencia del láser empleado.
Podemos definir, según las figuras 1 y 2:
%S = porcentaje de la superficie total del
cilindro recubierto que se refunde.
h = ancho del cordón.
l = longitud del cordón.
n = número de cordones.
S = superficie total del cilindro
recubierto.
R = radio del cilindro recubierto.
P = paso del cordón (distancia entre dos puntos
homólogos de dos cordones contiguos, medido según una
circunferencia perpendicular a la generatriz del cilindro).
\theta = ángulo que forman un cordón
cualquiera y la generatriz del cilindro.
\beta = ángulo que forman un cordón cualquiera
(del segundo barrido) y la generatriz del cilindro.
L = longitud de la pieza cilíndrica a
tratar.
El número de cordones a realizar se calculará en
función del tipo de mallado que queramos realizar, del porcentaje
de superficie a recubrir y de la anchura de los cordones empleados.
Así, tendremos que, para un mallado paralelo:
n = f (%S, h,
\theta, L,
r)
Y para un mallado de tipo cruzado:
n = f (%S, h,
\theta, \beta, L,
r)
En cuanto a la realización de este tipo de
manados, para el mallado paralelo se efectúa un primer cordón
empleando la desfocalización adecuada para obtener cordones de h
milímetros de ancho formando un ángulo \theta con la generatriz
del cilindro, con los parámetros adecuados del láser. A
continuación se gira el cilindro (360/n) grados y se realiza un
segundo cordón paralelo al anterior. Se repite este último paso en
el mismo sentido de giro hasta completar el número de cordones n
equidistantes establecidos para toda la superficie del cilindro.
Para el mallado cruzado, una vez realizado el primer mallado
paralelo, se realiza un segundo mallado paralelo de forma análoga
al anterior, cambiando únicamente el valor del ángulo \theta por
el \beta tal como se muestra en la figura 2.
La presente invención presenta las siguientes
ventajas con respecto al estado de la técnica:
- \sqbullet
- Incremento de la resistencia al desgaste para contactos lubricados, ya que este procedimiento combina las propiedades de las capas proyectadas por plasma (sus poros actúan como pequeños almacenes de lubricante) y las capas totalmente refundidas con láser (valores elevados de dureza y microdureza).
- \sqbullet
- Disminución del tiempo necesario para realizar la refusión del recubrimiento, al ser necesario tratar sólo una parte del total del recubrimiento.
- \sqbullet
- Disminución de la afectación térmica del substrato frente a un tratamiento total de la superficie.
- \sqbullet
- Disminución de los costes de la refusión con láser como consecuencia de menor tiempo empleado en la misma.
El campo de aplicación industrial se
circunscribe a la práctica totalidad de las máquinas con contactos
lubricados entre eje o árbol y el correspondiente apoyo para
reducir el desgaste (principal problema del acortamiento de vida de
éstas) y mejorar el comportamiento cinemático y dinámico de los
mismos. Ejemplos típicos: árboles de accionamiento de un tren de
laminación, rodillos de mesas de enfriamiento de los trenes de
bandas en caliente siderúrgicos, casquillos de bomba, bombas de
pistones, rodillos-guía, conjunto
pistón-cilindro y, de forma general, en todo árbol
de máquinas rotativas.
La Figura 1 muestra la pieza cilíndrica de
longitud L y radio R sobre la que se esquematiza la refusión
parcial con láser con un mallado paralelo IMG. Sobre esta
superficie se realizan n barridos con el láser originando n cordones
de refusión, de anchura constante h, que forman un ángulo \theta
con la generatriz de la pieza cilíndrica. Se muestra igualmente el
paso P.
La Figura 2 muestra la pieza cilíndrica de
longitud L y radio R sobre la que se esquematiza la refusión
parcial con láser con un mallado cruzado IMG
Claims (4)
1. Procedimiento de mallado con láser de
recubrimientos previamente depositados por plasma sobre piezas
cilíndricas, caracterizado porque el tratamiento con láser
se realiza sólo sobre un porcentaje de la superficie total del
cilindro, y porque el recubrimiento en la zona tratada con láser
debe ser refundido en todo su espesor, ajustando los parámetros
para obtener una densidad de energía adecuada que permita eliminar
la porosidad en esa zona, sin agrietamiento y con una dilución
mínima del substrato.
2. Procedimiento de mallado con láser de
recubrimientos previamente depositados por plasma sobre piezas
cilíndricas, según la reivindicación anterior, caracterizado
porque se trazan cordones paralelos sucesivos sobre la superficie
del cilindro a refundir, separados entre sí un paso P y formando un
determinado ángulo genérico constante \theta con la generatriz del
cilindro.
3. Procedimiento de mallado con láser de
recubrimientos previamente depositados por plasma sobre piezas
cilíndricas, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque, en aquellas situaciones en las que
resulte conveniente se pueden combinar dos mallados paralelos de
ángulos opuestos, iguales o diferentes.
4. Procedimiento de mallado con láser de
recubrimientos previamente depositados por plasma sobre piezas
cilíndricas, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el número de cordones a realizar durante
el proceso de refusión se calcula en función del porcentaje de
superficie a refundir. Dicho valor vendrá determinado por las
características propias de los materiales empleados para la
realización del recubrimiento proyectado por plasma, el tipo y
potencia del láser empleado y las aplicaciones concretas para las
que la pieza haya sido diseñada.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200502470A ES2284355A1 (es) | 2005-10-03 | 2005-10-03 | Procedimiento de mallado con laser de recubrimientos previamente depositados por plasma sobre piezas cilindricas. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| ES2284355A1 true ES2284355A1 (es) | 2007-11-01 |
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ID=38651086
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| ES (1) | ES2284355A1 (es) |
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2005
- 2005-10-03 ES ES200502470A patent/ES2284355A1/es active Pending
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