ES2285583T3 - Proceso de soldadura de dos piezas metalicas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para soldar dos piezas (1, 2) metálicas, comprendiendo el siguiente paso: * Preparar una primera pieza (1) y una segunda pieza (2), presentando la primera pieza (1) un primer extremo (3) y una superficie (5) de unión que se extiende hacia el primer extremo (3), caracterizado porque comprende además los siguientes pasos: * Preparar una pieza (7, 11, 16, 18, 18'') terminal, presentando la pieza (7, 11, 16, 18, 18'') terminal una superficie (8) de apoyo, y siendo la anchura (B) de la pieza (7, 11, 16, 18, 18'') terminal, medida en el plano de la superficie (8) de apoyo, mayor que la anchura (b) de la superficie (5) de unión en la zona del primer extremo (3). * Disponer la primera pieza (1) sobre la segunda pieza (2), de manera que la superficie (5) de unión se apoya en una superficie (6) de la segunda pieza (2). * Disponer la pieza (7, 11, 16, 18, 18'') terminal de manera que la pieza (7, 11, 16, 18, 18'') terminal, se hunda en la zona del primer extremo (3), hacia la primera pieza (1), y se apoye con la superficie (8) de apoyo, en la segunda pieza (2). * Formar una unión (15) soldada entre la primera pieza (1) y la segunda pieza (2), así como entre la pieza (7, 11, 16, 18, 18'') terminal y la segunda pieza (2), cuya unión recorre el borde de la superficie total formada por la superficie de unión y por la superficie (8) de apoyo.
Description
Proceso de soldadura de dos piezas
metálicas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para soldar dos piezas metálicas, según el preámbulo
de la reivindicación 1.
Hasta ahora, en el ámbito de la construcción
aeronáutica, para la unión de piezas de fuselaje se emplean en
general, remaches. No obstante esto está vinculado al inconveniente
de que las uniones remachadas presentan un peso comparativamente
grande y, además, junto a los remaches es necesario un medio
obturador para en su caso impermeabilizar la unión. Pero en la
construcción aeronáutica, los ahorros de peso son especialmente
importantes, de manera que son deseables formas alternativas de
unión.
En especial, en la unión de chapas de la
envoltura externa del avión (elementos skin) con perfiles
longitudinales ("puntales longitudinales") u otros elementos
de fijación ("clips"), se ofrece en lugar de esta, la soladura
y en especial la soldadura por láser como técnica prometedora de
unión. En comparación con las uniones remachadas, las uniones
soldadas están vinculadas con un peso menor y, además, no se
necesita ningún medio obturador adicional.
No obstante, en la soldadura por fusión y, en
especial en la soldadura por láser, de chapas delgadas, se presenta
el problema de que en la zona del punto de comienzo y terminación
del cordón de soldadura ("run in" y "run out") aparecen
poros o grietas. Además, en la soldadura por láser, en la zona
terminal del cordón de soldadura, se llega con frecuencia a la
formación de cráteres de salida que asimismo pueden formar el punto
de arranque de grietas.
Estas grietas y poros tiene su causa en
tensiones altas que se originan localmente allí donde, al conectar
o desconectar un rayo láser, tiene lugar una solidificación rápida
de metal fundido. Este problema se presenta en especial en las
zonas terminales de un perfil longitudinal (puntal longitudinal), o
de otro elemento de fijación (clip) que deba fijarse a una
chapa.
Para evitar grietas y poros, el documento DE 102
29 744 A1 propone mandar la potencia del láser utilizado para la
soldadura, al principio y al final del cordón de soldadura, en una
rampa, de manera que no se comience de inmediato con toda la
potencia del láser, sino que está se aumente con una cadencia
predeterminada, hasta toda la potencia. En forma análoga se procede
al final del cordón de soldadura, reduciendo allí la potencia del
láser.
Por el documento DE 103 49 677 A1, que se
considera como el estado más actual de la técnica, para evitar
grietas y poros en los extremos del cordón de soldadura, se conoce
sacar el foco del rayo láser, de la superficie de la pieza, para
así distribuir la potencia depositada del rayo láser, en una
superficie mayor y, por tanto, reducir las tensiones
provocadas.
No obstante, los dos procedimientos conocidos
por el estado actual de la técnica, no pueden impedir la formación
de grietas y poros, en grado satisfactorio.
Por consiguiente, partiendo del estado actual de
la técnica, la misión de la presente invención se basa en facilitar
un procedimiento para la soldadura de dos piezas metálicas, en el
que se impida eficazmente una formación de grietas y poros en la
zona del cordón de soldadura..
Esta misión se resuelve según la invención,
mediante un procedimiento con los siguientes pasos
- -
- Preparar una primera pieza y una segunda pieza, presentando la primera pieza un primer extremo y una superficie de unión que se extiende hacia el primer extremo.
- -
- Preparar una pieza terminal, presentando la pieza terminal una superficie de apoyo, y siendo la anchura de la pieza terminal, medida en el plano de la superficie de apoyo, mayor que la anchura de la superficie de unión en la zona del primer extremo.
- -
- Disponer la primera pieza sobre la segunda pieza, de manera que la superficie de unión se apoye en una superficie de la segunda pieza.
- -
- Disponer la pieza terminal de manera que la pieza terminal, se hunda en la zona del primer extremo, hacia la primera pieza, y se apoye con la superficie de apoyo, en la segunda pieza.
- -
- Formar una unión soldada entre la primera pieza y la segunda pieza, así como entre la pieza terminal y la segunda pieza, cuya unión recorra el borde de la superficie global formada por la superficie de unión y por la superficie de apoyo.
Mediante la disposición de una pieza terminal
en el primer extremo de la primera pieza, y en la superficie de la
segunda pieza, presentando la pieza terminal una anchura mayor que
la primera pieza, puede formarse un cordón envolvente de soldadura
que tiene un desarrollo suave, sin sectores con pequeños radios de
curvatura.
Gracias al procedimiento según la invención se
impide, además, que el punto del cordón de soldadura, crítico por
causa de la geometría, coincida al final de la primera pieza con un
"run - in" o un "run - out", en donde el láser se aplica
o se detiene. Este es, si no, el caso al utilizar procedimientos
convencionales de dos rayos láser.
Por lo tanto se impide que en la zona del cordón
de soldadura existan puntos en los que, durante la solidificación
rápida del material fundido, aparezcan tensiones altas, en especial
en la segunda pieza, lo que puede conducir como consecuencia, a una
formación de grietas.
Otra ventaja consiste en que la disposición de
la pieza terminal se puede integrar fácilmente en un procedimiento
automatizado de soldadura por láser, por ejemplo, con un robot para
soldadura.
En especial para el caso de que la primera pieza
tenga una forma alargada, y un segundo extremo opuesto al primer
extremo, en una forma preferente de realización del procedimiento,
se dispone en el segundo extremo, una pieza terminal. De esta
forma, pueden soldarse en especial vigas ("puntales
longitudinales") en chapas delgadas, sin que exista el peligro
de formación de grietas.
Para impedir fiablemente una formación posterior
de grietas en la zona de la pieza terminal, es preferente en
especial cuando la superficie de apoyo de la pieza terminal tiene un
borde redondo, en especial, de forma circular.
En otra forma preferente de realización del
procedimiento según la invención, la pieza terminal presenta una
escotadura, estando dispuesta entonces la pieza terminal, de manera
que el extremo de la primera pieza se encaje en la escotadura. Esto
es especialmente ventajoso cuando el procedimiento según la
invención se utiliza en el marco de un procedimiento automatizado
de soldadura, porque entonces la pieza terminal se puede posicionar
fácilmente, pudiendo predeterminarse la disposición relativa mutua
de la primera pieza y de la pieza terminal, mediante el
acondicionamiento de la escotadura.
Además, es preferente cuando la sección
transversal de la pieza terminal, en el plano de la superficie de
apoyo, está configurada de forma anular, y por tanto la pieza
terminal presenta un espacio hueco. Esto conduce a un peso lo menor
posible de la pieza terminal, lo cual es ventajoso en especial en el
ámbito de la construcción aeronáutica.
Para impedir que en el espacio hueco de una
pieza terminal de forma anular, pueda acumularse humedad, es
ventajoso, además, que la pared de la pieza terminal presente un
taladro.
En otra forma preferente de realización del
procedimiento según la invención, se forma una unión soldada
entre
la(s) pieza(s) terminal(es), y la primera pieza, con lo que se eleva más la estabilidad de la disposición de la primera y segunda pieza.
la(s) pieza(s) terminal(es), y la primera pieza, con lo que se eleva más la estabilidad de la disposición de la primera y segunda pieza.
Para la formación de las uniones soldadas, en
otra forma preferente de realización se emplea un láser, lo cual
está vinculado con la ventaja de que, sin problemas, también pueden
formarse automatizados, cordones de soldadura con una geometría
complicada.
Además, es preferente emplear el procedimiento
según la invención, en la soldadura de aluminio o aleaciones de
aluminio, puesto que precisamente estos materiales tienden
especialmente a la formación de grietas.
A continuación se explica la presente invención
de la mano de un dibujo que representa únicamente un ejemplo
preferente de realización. En el dibujo se muestran:
Figura 1 Una unión de dos piezas en alzado
lateral, que ha sido elaborada según el procedimiento según la
invención.
Figura 2 Un corte a lo largo de la línea II - II
en la figura 1.
Figura 3 Un segundo ejemplo de realización de
una pieza terminal según la invención, en vista en planta desde
arriba, y
Figura 4 Otros dos ejemplos de realización de
piezas terminales según la invención, en alzado lateral.
Las figuras 1 y 2 muestran una unión entre una
primera pieza 1 y una segunda pieza 2, que ha sido preparada con el
procedimiento según la presente invención. En el ejemplo, en este
sentido, preferente de realización, el material de la primera pieza
1 y de la segunda pieza 2, es aluminio. La segunda pieza 2 está
configurada como chapa con un espesor pequeño, sobre la que está
dispuesta la primera pieza 1, que en lo esencial está
perpendicular. Aquí, en la primera pieza 1 puede tratarse en
especial de un perfil longitudinal ("puntal longitudinal"),
como el que se utiliza en el ámbito de la envoltura externa de
aviones.
La primera pieza 1 presenta un primer extremo 3
y un segundo extremo 4; entre los cuales se extiende una superficie
5 de unión, apoyándose la primera pieza 1 con la superficie 5 de
unión, en una superficie 6 de la segunda pieza 2.
\newpage
En el primer extremo 3 de la primera pieza 1
está dispuesta una primera pieza 7 terminal que presenta una
superficie 8 de apoyo con la que se apoya en la superficie 6 de la
segunda pieza 2. En el ejemplo, en este sentido, preferente de
realización, la superficie 8 de apoyo de la primera pieza 7
terminal, presenta un borde 9 de forma circular. La primera pieza 7
terminal está dispuesta en la primera pieza 1, de forma que las
superficies 10, 10' terminales se hundan hacia el primer extremo 3
de la primera pieza 1, apoyándose aquí las superficies 10, 10'
terminales en la primera pieza 1. Haciendo que las superficies 10,
10' terminales de la primera pieza 7 terminal, estén distanciadas
una de otra, se prevé una escotadura en la primera pieza 7 terminal,
en la que se encaja el primer extremo 3 de la primera pieza 1.
En conjunto la primera pieza 7 terminal presenta
una anchura B que es mayor que la anchura b de la superficie 5 de
unión de la primera pieza 1 en la zona del primer extremo 3. Las
anchuras b, B se miden aquí esencialmente, perpendiculares a la
dirección de la extensión de la superficie 5 de unión entre los
extremos 3, 4 de la primera pieza 1.
La primera pieza 7 terminal está configurada de
forma anular, y presenta un espacio hueco en el interior. Gracias
al espacio hueco se ahorra material de manera que la primera pieza 7
terminal está configurada con ahorro de peso.
En el segundo extremo 4 de la primera pieza 1
está dispuesta una segunda pieza 11 terminal que está configurada
de la misma forma que la primera pieza 7 terminal. La segunda pieza
11 terminal se apoya con sus superficies 12, 12' terminales, en la
zona del segundo extremo 4 en la primera pieza 1 y, por tanto, se
hunde asimismo hacia la primera pieza 1. Además, la segunda pieza
11 terminal se apoya asimismo con su superficie 13 de apoyo, en la
superficie 6 de la segunda pieza 2.
Tanto la primera pieza 7 terminal, como también
la segunda pieza 11 terminal, presentan un taladro 14 que está
dispuesto en la pared, y a cuyo través puede salir la humedad que se
acumula en el interior del espacio hueco de las piezas 7, 11
terminales.
La primera pieza 1, la primera pieza 7 terminal
y la segunda pieza 11 terminal, están unidas mediante una unión 15
soldada, con la segunda pieza 2. La unión 15 soldada corre alrededor
de la primera pieza 1, de la primera pieza 7 terminal y la segunda
pieza 11 terminal. Aquí la unióne15 soldada discurre a lo largo del
borde que mira hacia fuera, de una superficie total que se compone
de la primera superficie 8 de apoyo, de la superficie 5 de unión, y
de la segunda superficie 13 de apoyo.
Haciendo que la anchura B de las piezas 7, 11
terminales, sea mayor que la anchura b de la superficie 5 de unión
en la zona de los extremos 3, 4, y que el borde 9 de las piezas 7,
11 terminales, tenga un desarrollo suave, la unión 15 soldada no
presenta ningún cambio abrupto de dirección, o picos, en cuyas
zonas, al solidificarse rápidamente el material de las piezas 1, 2,
se generan tensiones que pueden ser la causa para una formación
posterior de grietas. En especial, mediante las piezas 7, 11
terminales se impide que en los extremos 3, 4 de la primera pieza
1, aparezcan los llamados puntos "run - in" o "run - out",
en los que durante la soldadura por láser, se conecta o desconecta
el láser. El rayo láser puede guiarse más bien de forma continua
alrededor de la superficie total formada por la superficie 5 de
unión, así como por las superficies 8, 13 de apoyo. En especial, un
"run - in" puede barrerse de nuevo por el rayo láser.
El procedimiento según la invención para la
elaboración de la unión mostrada en las figuras 1 y 2, entre las
piezas 1 y 2, se desarrolla como sigue. Primeramente se dispone la
primera pieza 1 con su superficie 5 de unión, sobre la superficie 6
de la segunda pieza 2. A continuación se disponen en los extremos 3,
4 de la primera pieza 1, una primera pieza 7 terminal y una segunda
pieza 11 terminal, presentando las piezas 7, 11 terminales una
anchura B que es mayor que la anchura de la superficie de unión en
la zona 3, 4 terminal. Las piezas 7, 11 terminales se disponen de
forma que se hundan hacia la pieza 1 en la zona de los extremos 3,
4, y se apoyen con la superficie 8, 13 de apoyo en la segunda pieza
2.
Haciendo que las piezas 7, 11 terminales
presenten las escotaduras configuradas entre las superficies 10,
10' y 12, 12' terminales, puede llevarse a cabo automáticamente en
forma sencilla, la disposición de las piezas 7, 11 terminales,
puesto que su posición con relación a la primera pieza 1, está
determinada ya por la escotadura.
Seguidamente se forma una unión 15 soldada entre
la segunda pieza 2 por una parte, y la primera pieza 7 terminal, la
primera pieza 1 y la segunda pieza 11 terminal por otra parte,
formándose la unión 15 soldada en el ejemplo en este sentido
preferente de realización, mediante un láser no representado, y
rodeando el borde exterior de la superficie total formada por la
superficie 5 de unión y las superficies 8, 13 de apoyo. El rayo
láser pude guiarse aquí de manera que el punto en que se conecte el
láser ("run - in") se barra de nuevo, de manera que el láser
barra varias veces una zona de la unión 15 soldada. De este modo,
puede minimizarse más el peligro de la posterior formación de
grietas.
Además, puede formarse también una unión soldada
entre la primera pieza 7 terminal y la primera pieza 1, así como
entre la primera pieza 1 y la segunda pieza 11 terminal (no
representada). Mediante estas otras dos uniones soldadas, puede
mejorarse más la estabilidad y, en especial, aumentarse la rigidez a
la flexión de la segunda pieza 2.
En la figura 3 se muestra otro ejemplo de
realización de una pieza 15 terminal según la invención, que tiene
asimismo una sección transversal de forma anular, y dos superficies
17, 17' terminales que pueden hundirse hacia la primera pieza 1 en
la zona del extremo. Entre las dos superficies 17, 17' terminales se
forma una vez más, una escotadura en la que puede encajarse una
primera pieza.
Gracias al curso oval previsto en esta pieza 16
terminal, se consigue en especial en la zona de las superficies 17,
17' terminales, que el curso del cordón 15 de soldadura sea
especialmente suave en la zona de acuerdo entre la primera pieza 1
y la pieza 16 terminal. De este modo se minimizan las tensiones
residuales, precisamente en la zona de acuerdo.
En la figura 4 se muestran otros dos ejemplos de
realización de piezas 18, 18' terminales. Las piezas 18, 18'
terminales tienen una sección transversal de forma circular, que en
las dos piezas 18, 18' terminales, solamente está interrumpida por
una escotadura 19, 19', y presentan en la dirección de su extensión,
un suplemento 19 ó 19' que está previsto en la superficie
periférica de la pieza 18, 18' terminal. En la zona de los
suplementos 19, 19', está reducido el diámetro de las piezas 18,
18' terminales. En el caso de la pieza 18 terminal, el suplemento
19 está configurado rectangular, mientras que en el caso de la pieza
18' terminal, el suplemento 19' está configurado en forma de cuña.
Gracias a los suplementos 19, 19' se hace posible en los dos casos,
que la pieza 18, 18' terminal pueda ser agarrada de forma sencilla
por un brazo robot, y disponerse en la posición deseada en la
primera pieza 1. Esto facilita la realización automatizada del
procedimiento según la invención, mediante un robot para
soldadura.
Mediante el procedimiento según la invención
puede formarse una unión soldada, en especial mediante soldadura
por láser, entre dos piezas 1, 2, que presenta un curso continuo a
causa de las piezas 7, 11 terminales dispuestas durante la
realización del procedimiento. De este modo pueden ponerse puntos
"run - in" y "run -out" al menos en un lugar en el curso
del cordón de soldadura, que sean insensibles para una formación de
grietas. Por lo tanto, mediante el procedimiento según la invención
se reduce notablemente el peligro de la formación de grietas en la
unión de dos piezas 1, 2.
Claims (9)
1. Procedimiento para soldar dos piezas (1, 2)
metálicas, comprendiendo el siguiente paso:
- -
- Preparar una primera pieza (1) y una segunda pieza (2), presentando la primera pieza (1) un primer extremo (3) y una superficie (5) de unión que se extiende hacia el primer extremo (3), caracterizado porque comprende además los siguientes pasos:
- -
- Preparar una pieza (7, 11, 16, 18, 18') terminal, presentando la pieza (7, 11, 16, 18, 18') terminal una superficie (8) de apoyo, y siendo la anchura (B) de la pieza (7, 11, 16, 18, 18') terminal, medida en el plano de la superficie (8) de apoyo, mayor que la anchura (b) de la superficie (5) de unión en la zona del primer extremo (3).
- -
- Disponer la primera pieza (1) sobre la segunda pieza (2), de manera que la superficie (5) de unión se apoya en una superficie (6) de la segunda pieza (2).
- -
- Disponer la pieza (7, 11, 16, 18, 18') terminal de manera que la pieza (7, 11, 16, 18, 18') terminal, se hunda en la zona del primer extremo (3), hacia la primera pieza (1), y se apoye con la superficie (8) de apoyo, en la segunda pieza (2).
- -
- Formar una unión (15) soldada entre la primera pieza (1) y la segunda pieza (2), así como entre la pieza (7, 11, 16, 18, 18') terminal y la segunda pieza (2), cuya unión recorre el borde de la superficie total formada por la superficie de unión y por la superficie (8) de apoyo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que la primera pieza (1) presenta un segundo extremo (4),
extendiéndose la superficie (5) de unión entre el primer extremo
(3) y el segundo extremo (4), preparándose una segunda pieza (11)
terminal, disponiendo la segunda pieza (11) terminal en el segundo
extremo (4) de la primera pieza (1), de forma que la segunda pieza
(11) terminal se hunda en la zona del segundo extremo (4) hacia la
primera pieza (1), y formándose una unión (15) soldada entre la
primera pieza (1) y la segunda pieza (2), entre la primera pieza (7)
terminal y la segunda pieza (2), así como entre la segunda pieza
(11) terminal y la segunda pieza (2), cuya unión recorre el borde
de la superficie total formada por la superficie de unión y por las
superficies (8, 13) de apoyo.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que la superficie (8, 13) de apoyo tiene un borde (9)
redondo, en especial, de forma circular.
4. Procedimiento según alguna de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que la pieza (7, 11, 16, 18, 18')
terminal presenta una escotadura, y estando dispuesta la pieza (7,
11, 16, 18, 18') terminal, de manera que el extremo (3, 4) de la
primera pieza (1) se encaje en la escotadura.
5. Procedimiento según alguna de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que la sección transversal de la pieza
(7, 11, 16, 18, 18') terminal, en el plano de la superficie (8, 13)
de apoyo, está configurada de forma anular.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que la pared de la pieza (7, 11, 16, 18, 18') terminal presenta
un taladro.
7. Procedimiento según alguna de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que se forma una unión (15) soldada
entre la pieza (7, 11, 16, 18, 18') terminal, y la primera pieza
(1).
8. Procedimiento según alguna de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que las uniones (15) soldadas se
forman mediante soldadura por láser.
9. Procedimiento según alguna de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que la primera pieza (1), la segunda
pieza (2) y la pieza (7, 11, 16, 18, 18') terminal, son de aluminio
o de una aleación de aluminio.
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