ES2300973T3 - Procedimiento de ensamblaje de railes por soldadura por friccion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de ensamblaje metálico de raíles perfilados en dirección longitudinal, por ejemplo raíles de ferrocarril, vigas o similares, por soldadura por fricción, realizándose en un primer paso un calentamiento de los extremos de los raíles a una temperatura de ensamblaje presionándolos uno contra otro con un movimiento simultáneo de las caras frontales, de forma relativa entre sí, y en un segundo paso un ensamblaje de los raíles después de un alineamiento de los contornos y/o de las secciones transversales presionando entre sí las caras frontales, caracterizado por el hecho de que, durante el paso de calentamiento, los extremos de los raíles se mueven, de forma relativa entre sí, de manera oscilante con una amplitud de oscilación máxima en perpendicular a la dirección del eje principal Y con el momento de inercia máximo de la superficie de la sección transversal.
Description
Procedimiento de ensamblaje de raíles por
soldadura por fricción.
El invento hace referencia a un procedimiento de
ensamblaje metálico de raíles perfilados en dirección longitudinal,
por ejemplo raíles de ferrocarril, vigas o similares, por soldadura
por fricción, realizándose en un primer paso un calentamiento de
los extremos de los raíles a una temperatura de ensamblaje
presionándolos uno contra otro con un movimiento simultáneo de las
caras frontales, de forma relativa entre sí, y en un segundo paso
un ensamblaje de los raíles después de un alineamiento de los
contornos y/o de las secciones transversales presionando entre sí
las caras frontales.
Un ensamblaje metálico de las caras frontales de
barras puede realizarse ventajosamente por soldadura por fricción,
consiguiéndose un calentamiento de las caras frontales presionadas
entre sí y/o una producción de calor en los extremos de la barra
por un movimiento relativo de los mismos entre sí.
El movimiento relativo puede conseguirse como
movimiento rotatorio por lo menos de una barra con un número de
revoluciones y/o dirección de rotación alrededor del eje común
distinto a la barra opuesta, o se mueven de un lado para otro y/o
girando y/o de forma orbital por lo menos uno de los extremos de la
barra en perpendicular al eje en comparación con el extremo opuesto
orientado de manera desigual.
En particular para barras largas con una masa
elevada en cada caso, para un calentamiento de los extremos de la
barra a ensamblar resulta ventajoso moverlos de manera cíclica de
forma relativa entre sí esencialmente en perpendicular al eje, es
decir, no en rotación.
Un procedimiento de soldadura por fricción y un
dispositivo de soldadura por fricción de tubos se conocen gracias a
la patente US 5 697 545, ajustándose dos piezas de tubo una contra
otra con una solicitación de presión del lado frontal y
realizándose un movimiento de oscilación relativo de las caras
frontales para calentar la zona de ensamblaje por medio de un
transductor magnetoestrictivo.
Un procedimiento y una cabeza oscilante de
soldadura para ensamblar por soldadura por fricción o desbarbar
componentes técnicos con cualquier contorno de las superficies a
soldar se conoce gracias a la EP 0 707 919 A1. De acuerdo con esta
propuesta, la cabeza de soldadura por fricción está equipada con una
excéntrica de distribución y una guía paralela, gracias a las
cuales una energía de rotación en el lado de entrada puede
transformarse en una energía cinética circular guiada en paralelo.
De acuerdo con este procedimiento, para el proceso de calentamiento
un componente se mueve ligeramente en ensamblaje por fricción por
medio de una cabeza oscilante de soldadura alrededor del centro del
componente fijo.
En la GB 1 293 531 se da a conocer un
procedimiento de soldadura por fricción de acuerdo con el cual en el
paso de calentamiento las caras frontales de los extremos de la
barra colocadas una frente a otra se mueven de forma relativamente
orbital. Este movimiento orbital relativo puede realizarse girando,
en forma de elipse o, de manera diferente, en forma de una figura
de Lissajous.
Un procedimiento de soldadura por fricción de
raíles de ferrocarril y perfiles de vigas similares se conoce
gracias a la DE 198 07 457 A1. De acuerdo con la solicitud de
patente, se propone mover con oscilación linear u orbital una pieza
intermedia entre los extremos de los raíles a ensamblar, mientras
que, en paralelo a la misma, ambos extremos de los raíles fijados
son presionados uno contra otro en dirección longitudinal de los
raíles en la pieza intermedia para aplicar el calor necesario para
la soldadura por energía de fricción sobre ambas superficies de
contacto entre cada uno de los extremos del raíl y cada una de las
superficies de corte de la pieza intermedia. Por lo demás, dicho
ensamblaje de raíles presenta, según el procedimiento, dos
superficie de ensamblaje por soldadura por fricción.
Para raíles con una mayor extensión
longitudinal, la AT 411 883 B da a conocer un procedimiento de
ensamblaje metálico de las superficies frontales y/o superficies de
la sección transversal por soldadura por fricción. Después de un
ajuste de eje normal de los extremos, para un paso de calentamiento
se prevé que las superficies de la sección transversal ajustadas se
coloquen unas contra otras y se soliciten a presión y que ambos
extremos de los raíles se muevan con una oscilación opuesta de
forma relativa entre sí.
Para un ensamblaje del lado frontal de barras
posiblemente perfiladas por soldadura por fricción, de acuerdo con
el estado de la técnica, para calentar los extremos del lado frontal
no sólo es necesario un movimiento relativo por rotación alrededor
del eje de la barra, también pueden utilizarse movimientos relativos
de las superficies de la sección transversal solicitadas por
presión, que son oscilantes o posiblemente oscilantes de forma
orbital.
Sin embargo, un ensamblaje metálico de raíles y
vigas por soldadura por fricción con movimientos relativos
oscilantes de las caras frontales solicitadas por presión durante el
calentamiento puede provocar grandes fuerzas para un movimiento de
los extremos de los raíles y en particular un desplazamiento
posterior de los extremos de la brida, es decir, una discontinuidad
local de la sección transversal del raíl, en dirección longitudinal
en el punto de soldadura.
En este caso, el invento quiere proponer una
solución y se plantea como objetivo detallar un procedimiento del
tipo mencionado anteriormente que, con fuerzas de accionamiento
reducidas, para una flexión con respecto al movimiento relativo de
los extremos de los raíles, garantice un mejor tipo de fricción para
generar energía en las caras frontales y un ensamblaje metálico de
alta calidad conforme a la sección transversal de los raíles.
Con un procedimiento de acuerdo con el invento,
este objetivo se consigue por el hecho de que, durante el paso de
calentamiento, los extremos de los raíles se mueven de forma
relativa entre sí de manera oscilante con una amplitud de
oscilación máxima en perpendicular a la dirección del eje principal
con el momento de inercia máximo de la superficie de la sección
transversal.
Basándose en las teorías de la mecánica técnica,
según las cuales las barras perfiladas solicitadas a flexión como
raíles, por ejemplo raíles de ferrocarril o vigas, vistas en cada
caso en la sección transversal, presentan ejes principales para los
cuales el momento axial de inercia es un máximo y/o un mínimo,
siendo determinantes para los momentos de inercia principales las
áreas de las superficies de la sección transversal y su respectiva
distancia normal de los ejes, se determinaron las necesidades y los
efectos de fuerzas de accionamiento dinámicas al friccionar
superficies perfiladas.
Para generar energía en las caras frontales, los
extremos de los raíles pueden moverse en cualquier dirección de eje
normal de manera oscilante.
Los raíles con una alta resistencia a la flexión
en la dirección de solicitación principal poseen sin excepción
zonas salientes lo más alejadas posible del eje, como bridas de la
base del raíl o bridas de vigas, para lograr un alto momento de
inercia de la sección transversal, en caso necesario con peso
reducido según la unidad longitudinal.
Las determinaciones demostraron que, con una
fricción concéntrica, plana y orbital de la superficie de la
sección transversal de los raíles, las bridas salientes solicitadas
con un componente de fuerza en perpendicular a la dirección en
voladizo están sometidas a una curvatura principalmente elástica, en
parte también plástica con altas dimensiones de oscilación. Puesto
que ahora las flexiones de los extremos de los raíles en la
dirección del eje principal con el momento de inercia máximo pueden
intensificar estas flexiones de la brida, que como consecuencia
pueden dar lugar a un llamado traqueteo de las bridas y conllevan
inconvenientes geométricos y técnicos de soldadura del ensamblaje
metálico, resulta esencial para el invento orientar la mayor
amplitud de oscilación esencialmente en perpendicular al momento de
inercia máximo de la superficie de la sección transversal.
Puede ser ventajoso si, durante el paso de
calentamiento, los extremos de los raíles se mueven de forma
relativa entre sí esencialmente de manera oscilante en
perpendicular a la dirección del eje principal Y con el momento de
inercia máximo de la superficie de la sección transversal.
En caso de bridas más gruesas que discurren de
forma cónica hacia el extremo también puede favorable si, durante
el paso de calentamiento, los extremos de los raíles se mueven de
forma relativa entre sí esencialmente de manera oscilante en
perpendicular a la dirección del eje principal Y, superponiéndose a
dicho movimiento una oscilación con menor intensidad en la
dirección del eje principal Y. Una menor intensidad de la
oscilación, por ejemplo 1/4 y menos en la dirección del eje
principal, puede ser conveniente con respecto a una liberación
homogénea de calor de fricción, pero es delimitado por la forma
geométrica de las bridas.
De acuerdo con otra forma de realización
preferida del procedimiento según el presente invento, durante el
paso de calentamiento, los extremos de los raíles se mueven
torsionalmente de forma relativa entre sí de manera oscilante. Por
medio de este tipo de movimiento puede conseguirse, con bajas
fuerzas de accionamiento, una producción de calor intensificada de
forma precisa en zonas de los extremos de los raíles con alta
concentración de masa.
Ventajosamente, también es posible lograr un
movimiento oscilante relativo de los extremos de los raíles por
toda la superficie de la sección transversal del raíl si se utiliza
una oscilación de torsión con un centro de rotación fuera de las
superficies de la sección transversal de los raíles.
Además, puede lograrse una alta flexibilidad del
procedimiento con respecto a distintos materiales de los raíles y a
una optimización de la calidad de la soldadura de los extremos de
los raíles si, durante el paso de calentamiento, los extremos de
los raíles se mueven de forma relativa entre sí esencialmente de
manera oscilante con traslación en perpendicular a la dirección del
eje principal Y, superponiéndose a dicho movimiento una oscilación
de torsión.
En caso de que, en el procedimiento de acuerdo
con el invento, por lo menos uno de los raíles esté fijado de tal
modo que su extremo cumpla esencialmente las condiciones de
resonancia de una oscilación armónica, por lo menos para un
movimiento de oscilación forzado, entonces puede lograrse una
reducción considerable de las fuerzas a aplicar para el movimiento
de oscilación. Aunque la fricción de las caras frontales de los
extremos de los raíles para generar la energía térmica actúa
atenuando la oscilación de resonancia, sorprendentemente podría
conseguirse una reducción de las fuerzas de accionamiento de
oscilación tanto con una oscilación con traslación como con una
oscilación de torsión si se produce la fijación con respecto a las
condiciones de resonancia.
También es posible, durante el paso de
calentamiento, prever un movimiento relativo de las superficies
frontales del raíl, dando como resultado las oscilaciones figuras
superpuestas o de Lissajous, formadas de tal modo que cubren
esencialmente toda la superficie y que presentan la mayor expansión
en perpendicular a la dirección del eje principal Y con el momento
de inercia máximo de la superficie de la sección transversal. Sin
embargo, la calidad de la soldadura tan sólo se favorece cuando la
diferencia en la amplitud de oscilación en las direcciones del eje
principal es superior a 4 a 1, en particular 6 a 1. Esta relación
también se ha encontrado para oscilaciones de traslación
superpuestas.
A continuación, el invento se describe en más
detalle de forma ejemplar por medio de dibujos esquemáticos.
La figura 1 muestra un raíl de ferrocarril de
forma esquemática con posición final de una cara frontal;
La figura 1a muestra vectores de movimiento;
La figura 2 muestra un raíl de ferrocarril de
forma esquemática con posición final de una cara frontal con una
oscilación de torsión;
La figura 2a muestra vectores de movimiento;
La figura 3 muestra un raíl de ferrocarril de
forma esquemática con posición final de una cara frontal con
oscilación de torsión alrededor de un centro de rotación colocado
fuera de la superficie de la sección transversal;
La figura 3a muestra vectores de movimiento.
En la figura 1 puede verse de forma esquemática
un raíl 1 que posee una dirección del eje principal Y con el
momento de inercia máximo. A través del centro de gravedad S de la
superficie de la sección transversal del raíl discurre en
perpendicular a la dirección del eje principal Y un eje principal X
con el momento de inercia mínimo.
De acuerdo con el invento, un raíl 1 fijado de
forma distanciada, para calentar por fricción una cara frontal con
un raíl colocado enfrente de forma axial, se mueve en la dirección
del eje X de manera relativamente oscilante, consiguiéndose una
desviación máxima hacia un lado (representada con una línea de
puntos) hasta una posición 1 x.
En la figura 1a se muestran vectores de
movimiento en relación con el punto de gravedad de la superficie S.
Marcado con Lx se ilustra el movimiento de oscilación en la
dirección del eje X, es decir, el eje principal con el momento de
inercia mínimo de la superficie de la sección transversal del raíl.
A un movimiento de oscilación X puede superponerse un movimiento de
oscilación similar pero mucho menor, preferiblemente como máximo
1/4, y preferiblemente 1/8 del valor, en dirección Y, es decir en
la dirección del mayor momento de inercia.
La figura 2 muestra una cara frontal de un raíl
1, realizando un extremo del raíl de forma relativa al extremo de
raíl opuesto de manera axial un movimiento de torsión oscilatorio
alrededor del eje de gravedad S para generar el calor de fricción.
1 r (representado con una línea de puntos) muestra de forma
esquemática una desviación máxima de torsión de la oscilación, que
en la figura 2a se ilustra como vector de movimiento.
La figura 3 muestra de forma esquemática una
oscilación de torsión forzada, en la que el centro de rotación de
oscilación R se encuentra en un eje principal X con un momento de
inercia mínimo, pero fuera del eje de gravedad del raíl S y/o fuera
de la superficie frontal del raíl. Con una desviación máxima de
torsión, de forma esquemática se representa una posición relativa
de la superficie frontal 1 r, mostrando los vectores de movimiento
Ly, como se ilustra en la figura 3a, una oscilación del eje de
gravedad en la sección transversal alrededor de un centro de
rotación R, que presenta una distancia a con respecto a éste.
Claims (8)
1. Procedimiento de ensamblaje metálico de
raíles perfilados en dirección longitudinal, por ejemplo raíles de
ferrocarril, vigas o similares, por soldadura por fricción,
realizándose en un primer paso un calentamiento de los extremos de
los raíles a una temperatura de ensamblaje presionándolos uno contra
otro con un movimiento simultáneo de las caras frontales, de forma
relativa entre sí, y en un segundo paso un ensamblaje de los raíles
después de un alineamiento de los contornos y/o de las secciones
transversales presionando entre sí las caras frontales,
caracterizado por el hecho de que, durante el paso de
calentamiento, los extremos de los raíles se mueven, de forma
relativa entre sí, de manera oscilante con una amplitud de
oscilación máxima en perpendicular a la dirección del eje principal
Y con el momento de inercia máximo de la superficie de la sección
transversal.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, durante
el paso de calentamiento, los extremos de los raíles se mueven de
forma relativa entre sí esencialmente de manera oscilante en
perpendicular a la dirección del eje principal Y con el momento de
inercia máximo de la superficie de la sección transversal.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que,
durante el paso de calentamiento, los extremos de los raíles se
mueven de forma relativa entre sí esencialmente de manera oscilante
en perpendicular a la dirección del eje principal Y, superponiéndose
a dicho movimiento una oscilación con menor intensidad en la
dirección del eje principal Y.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, durante
el paso de calentamiento, los extremos de los raíles se mueven
torsionalmente de forma relativa entre sí de manera oscilante.
5. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que se
utiliza una oscilación de torsión con un centro de rotación fuera
de las superficies de la sección transversal de los raíles.
6. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, durante
el paso de calentamiento, los extremos de los raíles se mueven de
forma relativa entre sí esencialmente de manera oscilante con
traslación en perpendicular a la dirección del eje principal Y,
superponiéndose a dicho movimiento una oscilación de torsión.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones de la 1 a la 6, caracterizado por el hecho
de que por lo menos uno de los raíles está fijado de tal modo que
su extremo cumple esencialmente las condiciones de resonancia de
una oscilación armónica, por lo menos para un movimiento de
oscilación forzado.
8. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, 3 o 6, caracterizado por el hecho de que
las oscilaciones dan como resultado figuras superpuestas o de
Lissajous, formadas de tal modo que cubren esencialmente toda la
superficie y que presentan la mayor expansión en perpendicular a la
dirección del eje principal Y con el momento de inercia máximo de
la superficie de la sección transversal.
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