ES2311242T3 - Procedimiento y dispositivo para la soldadura combinada de laser y arco electrico con un dispositivo de control de la unidad laser en funcion del soplete. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la soldadura combinada de laser y arco electrico con un dispositivo de control de la unidad laser en funcion del soplete. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico mediante soplete de mano (4), donde una unidad láser (2) para generar un rayo láser (3) y el soplete (4) para generar un arco eléctrico (5) se alimentan con energía y se controlan, regulándose la unidad láser (2) en función del soplete (4), con lo cual durante el proceso de soldadura se vigilan los parámetros del arco eléctrico (5) y la unidad láser (2) solamente se conecta después del cebado del arco eléctrico (5), caracterizado porque la unidad láser (2) se conecta con un tiempo de retardo (35) después del cebado del arco eléctrico (5), reconociéndose el cebado porque los parámetros del arco eléctrico (5) alcanzan unos valores definidos, y porque al producirse una desviación definida de un parámetro del arco eléctrico (5) a lo largo de un período de tiempo predeterminado (38), se desactiva la unidad láser (2).

Description

Procedimiento y dispositivo para la soldadura combinada de láser y arco eléctrico con un dispositivo de control de la unidad láser en función del soplete.
La invención se refiere a un procedimiento para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico mediante sopletes de mano, donde una unidad láser destinada a generar un rayo láser y un soplete para generar un arco eléctrico se alimentan con energía y se controlan, regulándose la unidad láser en función del soplete, para lo cual durante el proceso de soldadura se vigilan los parámetros del arco eléctrico y solamente se conecta la unidad láser después de haber cebado el arco eléctrico (véase p.ej. el documento DE 196 00 627 C).
La invención se refiere además a un dispositivo para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico, con una unidad láser para generar un rayo láser, un soplete de mano para generar un arco eléctrico, una unidad de alimentación para la unidad láser y una de unidad alimentación para el soplete, y por lo menos una unidad de control para la regulación de la unidad láser y del soplete, estando previsto un dispositivo para controlar la unidad láser en función del soplete, que está conectado a una unidad para determinar la tensión de soldadura y/o la intensidad de la corriente de soldadura del soplete (véase p.ej. el documento DE 196 00 627 C).
El soplete está realizado preferentemente para realizar un proceso de soldadura MIG (Metal Gas Inerte)/MAG (Metal Gas Activo).
El documento WO 02/40211 A1 describe un cabezal de soldadura láser híbrido para un proceso de soldadura láser - híbrido con una unidad láser para generar un rayo láser y un soplete para generar un arco eléctrico, así como un dispositivo de alimentación para el hilo de soldadura. Hasta ahora, esta clase de instalaciones eran relativamente voluminosas y por lo tanto sólo se podían emplear como equipos de soldadura para aplicaciones con robot pero no como equipos de soldadura de mano.
En los documentos JP 2002113588 A y JP 2002103075 A se describen equipos combinados de soldadura por láser y arco eléctrico, las llamadas unidades de soldadura láser-híbridas. Las unidades de soldadura láser-híbridas combinan las ventajas del láser tales como la rapidez y buena aportación de calor a la pieza junto con la ventaja de los procedimientos de soldadura convencionales, p.ej. el procedimiento de soldadura MIG (Metal Gas Inerte) tales como una buena capacidad para cubrir intersticios.
El documento JP 2003290947 A da a conocer un procedimiento para la soldadura combinada de arco eléctrico así como el correspondiente dispositivo para la soldadura combinada de rayo láser, que están orientados a una instalación de soldadura por robot.
El documento JP 2004009061 A describe un procedimiento de soldadura para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico, controlándose la potencia del láser en función del soplete.
El documento DE 196 00 628 CI muestra un procedimiento para el mecanizado de piezas mediante radiación láser, especialmente realizado para crear un procedimiento de cebado sin contacto.
Por último el documento US 5.866.870 A muestra un procedimiento para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico, donde la aportación de energía se varía en función del material a soldar.
El inconveniente de esto es que para la alimentación de la unidad láser se necesita relativamente mucha energía. En los equipos combinados actuales de soldadura láser - arco eléctrico, el control de la unidad láser se realiza mediante una correspondencia fija con el control del soplete para generar el arco eléctrico.
El objetivo de la presente invención consiste por lo tanto en crear un procedimiento como el antes citado y un dispositivo como el antes citado, mediante los cuales se pueda conseguir una combinación óptima del rayo láser con el arco eléctrico para lograr resultados de soldadura óptimos, máximas velocidades de soldadura con el consumo de energía lo más reducido posible, y la máxima seguridad posible. Se trata de evitar o reducir los inconvenientes de los sistemas conocidos.
El objetivo conforme a la invención se resuelve en cuanto al procedimiento por el hecho de que se conecta la unidad láser diferida en el tiempo después de cebar el arco eléctrico, reconociéndose el cebado por el hecho de que los parámetros del arco eléctrico alcanzan unos valores definidos, y porque en el caso de una desviación definida de un parámetro del arco eléctrico superior al período de tiempo prefijado, se desactiva la unidad láser. Mediante esta dependencia del control de la unidad láser respecto al control del soplete se puede proceder siempre a un ajuste óptimo de acuerdo con las necesidades respectivas. Para conseguir el control de la unidad láser en función del soplete se vigilan durante el proceso de soldadura los parámetros del arco eléctrico, y en el caso de una desviación definida de un parámetro del arco eléctrico se desactiva la unidad láser durante un período de tiempo predeterminado. De este modo se puede conseguir que el rayo láser se desactive inmediatamente después de cortarse el arco eléctrico, lo cual se reconoce por una desviación definida de un parámetro del arco eléctrico. De este modo se evita que cuando no esté cebado el arco eléctrico se genere o mantenga un rayo láser, el cual, especialmente en el caso de equipos de soldadura manuales, puede dar lugar a lesiones o daños. El riesgo de lesiones causadas por el rayo láser está incrementado porque la luz láser generalmente es una luz infrarroja invisible. Por lo tanto es preciso procurar, especialmente para los equipos de soldadura de mano, que se evite con seguridad las lesiones del personal operario o de otras personas debido al rayo láser.
Mediante la desactivación de la unidad láser durante un período de tiempo predeterminado se puede evitar que en los procedimientos de soldadura durante los cuales se produzca al menos durante un breve tiempo un cortocircuito del arco eléctrico, no se efectúe inmediatamente la desconexión del láser. Para ello se ajusta el período de tiempo predeterminado a un valor superior del cortocircuito del arco eléctrico, tal como se produce usualmente en un procedimiento de soldadura de esta clase. El rayo láser permanece por ejemplo activo durante un cortocircuito en el cual, si bien no hay ningún arco eléctrico, sin embargo se detecta el paso de corriente. Para el caso de que el arco eléctrico resulte demasiado largo o se interrumpa, se rebasa un valor umbral de intensidad o tensión y se desactiva el rayo
láser.
La seguridad antes citada se incrementa por el hecho de que la unidad láser solamente se conecta una vez que esté cebado el arco eléctrico, reconociéndose el cebado porque los parámetros del arco eléctrico alcanzan unos valores definidos y por lo tanto se ha alcanzado un estado definido del arco eléctrico. Pero gracias a esta medida se reduce también la aportación de energía relativamente importante destinada a generar el rayo láser. Ahora se activa el rayo láser solamente después de haberse cebado un arco eléctrico, y se vuelve a desactivar especialmente al cabo de un período de tiempo definido después de terminado el proceso de soldadura, p.ej. un proceso de soldadura MIG. De este modo, por ejemplo en un proceso de soldadura manual, el usuario no puede activar inadvertidamente el rayo láser antes o después del proceso de soldadura. Por lo tanto se tiene también la seguridad de que el usuario ha situado el soplete en una posición necesaria para realizar el proceso de soldadura, antes de que se active el rayo láser. Midiendo la intensidad de corriente y la tensión del arco eléctrico se asegura también que el soplete esté por ejemplo posicionado formando el ángulo necesario respecto a la pieza, ya que a partir de una determinada desviación angular, o sea por ejemplo si el operario pone de canto el soplete, se forma un arco eléctrico más largo y por lo tanto se rebasa un determinado valor umbral de intensidad de corriente y tensión, y no se enciende el rayo láser o se desactiva durante el proceso de soldadura. De este modo se asegura también de forma sencilla la seguridad de la unidad láser - híbrida.
La unidad láser se conecta ventajosamente con un tiempo de retardo después de cebar el arco eléctrico, en particular después de haber alcanzado un estado definido del arco eléctrico. De este modo se incrementa de forma sencilla la seguridad, ya que sin estar cebado el arco eléctrico no se puede activar el rayo láser. Así por ejemplo en el caso de un soplete manual, se excluye el riesgo de una activación involuntaria del rayo láser y por lo tanto se reduce considerablemente al mínimo el riesgo de lesiones ocasionadas por un manejo indebido con el soplete de mano.
Como parámetros del arco eléctrico se pueden emplear la intensidad de corriente del arco eléctrico y/o la tensión del arco eléctrico, captando de este modo el estado del arco eléctrico.
También es ventajoso que se pueda regular el tiempo de retardo. El tiempo de retardo puede ser por ejemplo de 500 ms. De este modo se puede ajustar el rayo láser de acuerdo con diferentes estados del proceso, en particular con respecto a diferentes estados del arco eléctrico.
Ventajosamente se podrá ajustar la potencia del rayo láser en función de la potencia del arco eléctrico. De este modo se puede adaptar la potencia del láser de forma óptima a las respectivas condiciones, por ejemplo al material y al espesor de las piezas que se trata de soldar, y se puede conseguir un gasto de energía mínimo para obtener unos resultados de soldadura óptimos. Generalmente hay que tratar de que la potencia del láser se corresponda esencialmente con la potencia del arco eléctrico. Pero para determinados procesos de soldadura también puede ser una ventaja conseguir por ejemplo una penetración más profunda, para lo cual se busca una potencia del láser superior con relación a la potencia del arco eléctrico.
Por lo tanto para la realización de los procesos de soldadura más diversos es ventajoso que se pueda ajustar la relación entre la potencia del láser y la potencia del arco eléctrico.
Dado que la potencia del arco eléctrico depende de la tensión de soldadura y de la intensidad de soldadura del soplete para la generación del arco eléctrico, es ventajoso que se pueda ajustar la potencia del láser en función de la tensión de soldadura y/o de la intensidad de corriente del soplete para generar el arco eléctrico. Para ello se puede formar un circuito de regulación en el que se determine la tensión de soldadura y/o la intensidad de corriente del soplete, reacoplándose para ajustar la unidad de alimentación para la unidad base.
Por último es también ventajoso si el foco del rayo láser se varíe automáticamente en función de la longitud del arco eléctrico. La longitud del arco eléctrico se puede determinar por ejemplo por medio de la tensión de soldadura del soplete para la generación del arco eléctrico, controlándose después automáticamente la instalación para modificar el foco del rayo láser, de modo que el foco del rayo láser se encuentre siempre en la zona de soldadura. Además de esto es necesario efectuar la corrección del foco del rayo láser ya que éste varía según la potencia láser aportada.
El objetivo de la invención se resuelve por medio de un dispositivo arriba citado para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico, estando previsto un dispositivo para conectar el rayo láser de forma diferida en el tiempo, después de haber cebado el arco eléctrico.
Por lo tanto se puede proceder a un encendido y una desconexión del rayo láser en función de la potencia del arco eléctrico mediante el dispositivo de control de la unidad láser, que naturalmente puede ser idéntica con la por lo menos una unidad de control para controlar la unidad láser y el soplete. El dispositivo de control puede evitar de esta manera también de forma eficaz que cuando no esté cebado el arco eléctrico se encienda el rayo láser, que representa un peligro, y que además tiene un elevado consumo de energía láser. Para ello, el dispositivo para el control de la unidad láser está conectado a un dispositivo para la captación de la tensión de soldadura y/o la intensidad de corriente de soldadura del soplete. De este modo se puede realizar un circuito de regulación que efectúe la adaptación automática de la potencia del láser a la respectiva potencia del arco eléctrico. De acuerdo con la invención está previsto un dispositivo para conectar el láser de modo diferido en el tiempo después del cebado del arco eléctrico. Para este fin se precisa un dispositivo para detectar el cebado del arco eléctrico, que puede estar formado por ejemplo por una unidad de medida que mida la tensión y/o la intensidad de corriente del soplete. Una vez transcurrido el tiempo de retardo definido se activa la unidad de alimentación para la unidad láser y por lo tanto se enciende el rayo láser.
Para ajustar la potencia del láser en función de la potencia del arco eléctrico está previsto ventajosamente un órgano de ajuste. Como órgano de ajuste puede estar previsto un regulador giratorio o también un teclado numérico para introducir un determinado valor o una determinada relación.
Para controlar los valores ajustados es ventajoso que esté prevista una pantalla para la presentación de la potencia láser que se ha ajustado, de la potencia del arco eléctrico o similar.
Ventajosamente está previsto un dispositivo para ajustar el tiempo de retardo. Este dispositivo de ajuste a su vez puede estar formado por un mando giratorio o por un teclado numérico para introducir determinados valores para el tiempo de retardo.
El dispositivo para el control de la unidad láser y el dispositivo para el control del arco eléctrico pueden estar formados por un procesador de señales digital. Un procesador de señales de esta clase se puede programar con facilidad y adaptarlo a las necesidades respectivas.
De acuerdo con otra característica de la invención está previsto que la unidad láser lleve un dispositivo para modificar el foco del láser, que esté conectado a un dispositivo para la captación de la tensión de soldadura del soplete para la generación del arco eléctrico.
Otras ventajas de la presente invención se explican con mayor detalle sirviéndose de los dibujos adjuntos que muestran un ejemplo de realización de la invención.
Allí muestran:
Fig. 1 un esquema de bloques de un dispositivo conforme a la invención para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico;
Fig. 2 un equipo de soldadura con el dispositivo conforme a la invención para la soldadura combinada láser-arco eléctrico;
Fig. 3 el cuadro de mandos del equipo de soldadura según la Fig. 2;
Fig. 4 diagramas de intensidad-tiempo y tensión-tiempo de un proceso combinado de soldadura láser/soldadura por impulsos;
Fig. 5 diagramas de intensidad de corriente y tensión de un proceso combinado de soldadura láser/cortocircuito;
Fig. 6 diagramas de intensidad-tiempo y tensión-tiempo de un proceso combinado de soldadura láser/transferencia de metal en frío.
La Fig. 1 muestra en una representación esquemática simplificada un dispositivo 1 para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico, lo que se llama una instalación de soldadura láser - híbrida, con una unidad láser 2 para generar un rayo láser 3. El dispositivo 1 comprende además un soplete 4 para generar un arco eléctrico 5, una unidad de alimentación 6 para la unidad láser 2 y una unidad de alimentación 7 para el soplete 4, a través de los cuales se puede ajustar la energía necesaria para ambos procesos de soldadura. La instalación de soldadura láser - híbrida, es decir la unidad láser 2 y el soplete 4, se orienta para ello sobre el punto de unión de dos piezas 8, estando situado el rayo láser 3 preferentemente adelantado al soplete 4, es decir que el rayo láser está dirigido primero sobre el punto de unión de las piezas 8, y retrasado en el sentido de avance, el arco eléctrico 5.
En el caso del soplete 4 se puede tratar de diversos sopletes 4 para diversos procesos de soldadura, pero preferentemente se realizará un proceso de soldadura MIG/MAG. Para el control de la unidad láser 2 y del soplete 4 está previsto un dispositivo de mando 9, que además del mando comprende además la maniobra y la supervisión del dispositivo de soldadura 1. A través de un interfaz 10 pueden estar conectados al dispositivo de soldadura 1 un cuadro de mandos 11, un mando a distancia 12 y por ejemplo un avance de hilo 13. De acuerdo con la invención está previsto un dispositivo 14 para controlar la unidad láser 2 en función del soplete 4. Para ello la unidad de control 14, que puede estar formada por ejemplo por un procesador digital, se conecta ventajosamente de modo directo a la unidad de alimentación 6 para la unidad láser 2 y a la unidad de alimentación 7 para el soplete 4. De este modo se puede ajustar mediante el dispositivo de control 14 la relación entre la P_{láser} del rayo láser 3 respecto a la potencia P_{arc} del arco eléctrico 5. De este modo y según las condiciones requeridas se puede conseguir con el rayo láser 3 por ejemplo una penetración más profunda en el punto de unión de las piezas 8. Esto mejora considerablemente la soldadura del subsiguiente proceso de soldadura por arco eléctrico, ya que el proceso de soldadura subsiguiente puede actuar con menor potencia a mayor profundidad dentro del punto de unión de las piezas 8. Las unidades de alimentación 7 y 8 pueden estar formadas naturalmente también por una unidad común. La potencia P_{láser} o energía del rayo láser 3 aportada por la unidad de alimentación 6 a la pieza 8, se adapta a la respectiva potencia P_{arc} o energía de la unidad de alimentación 7 del arco eléctrico 5, y se controla correspondientemente.
El dispositivo 14 para el control de la unidad láser 2 está conectado a un dispositivo 15 para la captación de la tensión de soldadura U y/o la intensidad de soldadura I del soplete 4, eventualmente a través de un convertidor analógico/digital 16 con el fin de formar un circuito de regulación. Mediante un reacoplamiento de esta clase tiene lugar la adaptación automática de la potencia del láser P_{láser} del rayo láser 3 a la potencia del arco eléctrico P_{arc} del arco eléctrico 5.
Generalmente está previsto en la unidad láser 2 un dispositivo para modificar el foco del rayo láser 3, que puede estar conectado al dispositivo 15 para determinar la tensión de soldadura del soplete 4. Para ello se puede establecer la conexión a través del dispositivo 14 para control de la unidad láser 2, tal como está representado. De este modo se puede determinar la longitud del arco eléctrico 5 por medio de la tensión de soldadura U, adaptando después el foco del láser 3 a esta longitud así determinada del arco eléctrico 5. Por lo tanto mediante el ajuste óptimo del foco del láser se puede reducir al mínimo la energía aportada. En el dispositivo 14 para el control de la unidad láser puede estar previsto además un dispositivo para la conexión del láser de forma retardada en el tiempo, después del cebado del arco eléctrico 5. Este tiempo de retardo se puede ajustar convenientemente por medio de órganos de ajuste, p.ej. en el cuadro de mandos 11 ó en el dispositivo de control 14.
Los parámetros del arco eléctrico 5 para la determinación de los estados del arco eléctrico son captados por el dispositivo 15 para la determinación de la tensión de soldadura U y/o de la intensidad de corriente de soldadura I del soplete 4, y se retransmiten al dispositivo 14 para el control de la unidad láser 2. Durante el proceso de soldadura se vigilan convenientemente los parámetros del arco eléctrico 5, por ejemplo la intensidad I del arco eléctrico y/o la tensión U del arco eléctrico. De este modo se pueden reconocer desviaciones definidas de uno o varios parámetros del arco eléctrico 5, controlando en consecuencia la unidad láser correspondientemente. De este modo se puede reconocer por ejemplo la extinción del arco eléctrico 5 o un cortocircuito del arco eléctrico 5, desactivando a continuación la unidad láser 2, y apagando por lo tanto el rayo láser. En el caso de procesos de soldadura afectados de cortocircuito tiene lugar sin embargo de forma consciente o a voluntad un cortocircuito de corta duración del arco eléctrico 5, que no debe dar lugar a la desactivación automática de la unidad láser 2. Para este fin se puede definir un período de tiempo 38 (véanse las Fig. 4-6), de modo que al aparecer un cortocircuito comience a contar este período de tiempo 38, y permaneciendo la unidad láser 2 activa durante el cortocircuito durante este período de tiempo 38, y solamente después de transcurrido el período de tiempo 38 y si sigue estando presente el cortocircuito, se desactiva la unidad láser 2. Para ello se ajusta el período de tiempo 38 a un valor superior a la duración usual del cortocircuito durante el proceso de soldadura afectado de cortocircuito.
Si se trabaja con un arco eléctrico 5 demasiado largo aumenta o bien la intensidad de soldadura I o la tensión de soldadura U del arco eléctrico 5. Esto puede deberse a diferentes motivos, por ejemplo por estar el soplete 4 demasiado alejado de la pieza 8, pero también por modificar el ángulo del soplete 4 respecto a las piezas 8. En el caso de una desviación definida de un parámetro definido del arco eléctrico 5 se desactiva entonces la unidad láser 2 mediante el dispositivo de control 14.
De este modo queda asegurado que el rayo láser 3 no represente ningún riesgo de lesiones. Por ejemplo si se pone el soplete 4 de canto, es decir si se modifica el ángulo del soplete 4 respecto a las piezas 8, podría suceder que el rayo láser 3 pasara por encima de las piezas 8 y pudiera así lesionar a las personas circundantes, o también podría causar un daño a equipos situados en las proximidades. Dado que al modificarse el ángulo, se hace más largo el arco eléctrico 5 y el arco eléctrico 5 modifica sus parámetros, se puede desactivar automáticamente el rayo láser por medio de la determinación de los parámetros del arco eléctrico 5. Después de interrumpirse el arco eléctrico 5 se desconecta inmediatamente el rayo láser 3, por lo cual una vez terminado el proceso de soldadura el usuario puede dejar aparte el soplete 4 con la unidad láser 2 sin que el usuario pueda activar involuntariamente el rayo láser. El dispositivo de captación 15 también puede estar combinado con una identificación de cortocircuito, de modo que al producirse un cortocircuito del arco eléctrico 5, tal como sucede en un proceso de soldadura de cortocircuito, el rayo láser 3 no se desactive. De este modo, en un proceso de soldadura de cortocircuito puede continuar durante el cortocircuito la penetración en la pieza 8 por parte del rayo láser 3.
El dispositivo 15 se emplea también para detectar el cebado del arco eléctrico 5, y el rayo láser solamente se enciende después de haberse cebado el arco eléctrico 5. El rayo láser 3 se enciende después de un tiempo de retardo previamente definido con el fin de evitar una manipulación indebida del soplete 4 con la unidad láser 2, asegurando de este modo la máxima seguridad posible. Así se consigue de forma sencilla que el rayo láser 3 no se pueda activar sin que esté activado el arco eléctrico 5, y por lo tanto se excluye el riesgo de lesiones o daños causados por un rayo láser 3 activado de modo involuntario.
En la Fig. 2 está representado un equipo de soldadura 17 con un cuadro de mandos 11. La energía la puede regular el usuario mediante un órgano de ajuste 18 situado en el cuadro de mandos 11, en particular mediante un regulador giratorio. El órgano de ajuste 18 también puede estar situado en un mando remoto 12, que no está representado en este ejemplo de realización.
En el ejemplo de realización representado, tanto el rayo láser 3 como el arco eléctrico 5 son alimentados por una fuente de corriente de soldadura 19 común situada en el equipo de soldadura 17. Naturalmente puede haber también para ambas unidades respectivamente una o varias fuentes de corriente de soldadura 19 en el equipo de soldadura 17 o fuera del equipo de soldadura 17. Después de encender el equipo de soldadura 17 o después de accionar un pulsador 20 representado en la Fig. 1 en el soplete 4, la fuente de corriente de soldadura suministra energía para ambos procedimientos de soldadura. Así se puede alimentar ahora por ejemplo el arco eléctrico 5 con energía constante, mientras que la potencia del rayo láser 3 se puede regular según las necesidades del usuario. Naturalmente se puede aplicar también constantemente energía al rayo láser 3, adaptando el arco eléctrico 5a las necesidades.
Para ello se pueden regular también la potencia láser P_{láser} del rayo láser 3 y la potencia P_{arc} del arco eléctrico en relación entre sí, preferentemente por medio de un único órgano de ajuste 18. De este modo, la fuente de corriente de soldadura 19 suministra la energía necesaria, y mediante el único órgano de ajuste 18 se puede regular la potencia de los dos procesos de soldadura según necesidad o según la composición de las piezas 8.
De este modo se puede conseguir un gasto de energía mínimo para unos resultados de soldadura óptimos. Generalmente hay que tender a que la potencia del láser P_{láser} se corresponda esencialmente con la potencia del arco eléctrico P_{arc}. Pero para determinados procesos de soldadura puede ser también ventajoso conseguir por ejemplo una penetración más profunda en las piezas 8, para lo cual se tiende a una potencia mayor en el láser P_{láser} en proporción con la potencia del arco eléctrico P_{arc}.
Si se aumenta por ejemplo la potencia del láser P_{láser} con respecto a la potencia del arco eléctrico P_{arc}, se puede conseguir mediante el proceso de soldadura una penetración más profunda en las piezas 8 por medio del rayo láser 3. El arco eléctrico solamente rellena el intersticio entre las piezas 8 debido a su menor potencia con relación al rayo láser 3. Una gran ventaja en el caso de una potencia superior P_{láser} del rayo láser 3 consiste en que se puede aumentar considerablemente la velocidad de soldadura sin una pérdida de calidad apreciable. Naturalmente se puede ajustar también el foco del rayo láser 3 de modo que quede situado en el centro del espesor de las piezas 8. Entonces se puede modificar simplemente el foco del rayo láser 3 en lugar de la potencia. Con una potencia disminuida P_{láser} del rayo láser 3 se produce una menor penetración del rayo láser 3 en las piezas 8, con lo cual y debido al baño de material fundido existente se crea una mejor posibilidad de salvar el intersticio por medio del arco eléctrico, y por lo tanto se produce un cordón de soldadura seguro, mejor y exento de defectos o casi exento de defectos.
Por lo tanto para la realización de los procesos de soldadura más diversos es ventajoso si se puede ajustar la relación entre la potencia del láser P_{láser} y la potencia del arco eléctrico P_{arc}. Para ello es ventajoso que mediante el ajuste de la relación entre la potencia láser P_{láser} y la potencia del arco eléctrico P_{arc} mediante por ejemplo un único órgano de ajuste 18 se logra un manejo sencillo, ya que el usuario puede efectuar mediante un único ajuste la correspondiente modificación de potencia de ambas fuentes de energía.
En la Fig. 3 está representado el cuadro de mandos 11 del equipo de soldadura según la Fig. 2. El cuadro de mandos 11 y/o el mando remoto 12 puede presentar también una pantalla 21 en la que se representen y puedan ser leídos por el usuario los valores de potencia ajustados del rayo láser 3 y del arco eléctrico 5.
Por medio del órgano de ajuste 18 se puede ajustar la relación entre la potencia del rayo láser 3 y el arco eléctrico 5. Así por ejemplo se puede reducir la potencia del láser P_{láser} en proporción a la potencia del arco eléctrico P_{arc} (flecha 22), con lo cual se reduce la penetración del rayo láser 3 en el punto de unión de las piezas 8, y por lo tanto la fusión de las piezas 8 tiene lugar a menor profundidad. Dado que la potencia P_{arc} del arco eléctrico 5 ha sido ajustada correspondientemente más alta en proporción a la potencia P_{láser} del rayo láser 3, se consigue por ejemplo una mejor posibilidad de salvar intersticios. De la misma manera se puede también ajustar la potencia P_{láser} del rayo láser 3 correspondientemente más alta (flecha 23) que la potencia P_{arc} del arco eléctrico 5, con lo cual se consigue una penetración considerablemente mayor del rayo láser 3, y el arco eléctrico 5, que sigue al rayo láser 3, traza con menor potencia un cordón de soldadura sobre el punto de unión de las piezas 8. Una gran ventaja de tener una potencia más alta P_{láser} del rayo láser 3 consiste en que por este hecho se puede incrementar notablemente la velocidad de soldadura sin una pérdida de calidad apreciable.
En el cuadro de mandos 11 pueden estar previstas además otras posibilidades de ajuste para el rayo láser 3 y para el arco eléctrico 5. Por ejemplo se puede seleccionar de forma sencilla y visualizar en una pantalla 24 el diámetro del material de aportación del proceso de soldadura subsiguiente mediante el accionamiento de un pulsador 28. También se puede ajustar y visualizar en una pantalla 25 el material del material de aportación empleado, se puede ajustar el proceso de soldadura subsiguiente y visualizar en una pantalla 26 y se puede ajustar el foco del rayo láser 3 y representar en una pantalla 27. De este modo, mediante el accionamiento de los pulsadores 28 se establecen de forma sencilla los valores deseados para el proceso de soldadura láser-híbrido.
De este modo el usuario puede ajustar por lo tanto el procedimiento de soldadura óptimo para las piezas 8 que se trata de soldar, en particular el proceso de soldadura láser-híbrido óptimo. Para regular por ejemplo la deformación de las piezas 8, en particular para reducirla al mínimo, se puede combinar con el proceso de soldadura láser un proceso de soldadura de transferencia de metal en frío. Naturalmente se pueden ajustar también en combinación con el proceso de soldadura láser todos los demás procesos de soldadura usuales.
En la Fig. 4 está representado un diagrama de tensión-tiempo 29 y un diagrama de intensidad-tiempo 30 de un proceso de soldadura MIG así como un diagrama de tensión-tiempo 31 y un diagrama de intensidad-tiempo 32 del proceso de soldadura láser. Por ejemplo, en el proceso de soldadura combinado de acuerdo con la invención con el proceso de soldadura láser se emplea para cebar el arco eléctrico 5 el denominado principio "Lift-Arc" durante la fase de cebado 33. Para ello se avanza un material de aportación, en particular un hilo de soldadura, hasta hacer contacto con las piezas 8, y a continuación se invierte el movimiento del hilo de soldadura, retirando el hilo de soldadura a una distancia previamente definida respecto a la pieza 8, invirtiendo de nuevo el movimiento del hilo de soldadura. Al someter el hilo de soldadura a partir de un momento 34 del cortocircuito a una intensidad definida I, que se elige de tal modo que se impida que el hilo de soldadura se pegue o se funda, tiene lugar durante el movimiento de retroceso y durante la retirada del hilo de soldadura el cebado del arco eléctrico 5. Después del cebado del arco eléctrico 5 y después de un tiempo de demora predefinido 35 se activa el rayo láser 3 en un momento 36. Por lo tanto se conecta la unidad láser 2 con un tiempo de retardo 35 después del cebado del arco eléctrico 5. De este modo se sigue incrementando por una parte la seguridad ya que se evita un riesgo de lesiones por una activación demasiado precoz del rayo láser 3, y por otra parte se reduce la aportación de energía necesaria para generar el rayo láser 3. Además de esto, el rayo láser 3 se conecta únicamente cuando el arco eléctrico 5 haya cebado con seguridad. Gracias a esta medida se consigue que solamente después de transcurrido el tiempo de retardo definido 35 respecto al cebado del arco eléctrico 5 se conecte el rayo láser 3, de manera que se tiene la seguridad de que efectivamente se ha iniciado un proceso de soldadura y que por lo tanto se está aplicando correctamente el soplete láser - híbrido.
El tiempo de retardo 35 es preferentemente ajustable y puede ser por ejemplo de 500 ms. También se determinan los parámetros del arco eléctrico 5 y se retransmiten al dispositivo de control 14, controlando correspondientemente el rayo láser. Por lo tanto el rayo láser 3 solamente se puede encender cuando el arco eléctrico 5 haya alcanzado un estado definido.
Al terminar el proceso de soldadura en el momento 37, el dispositivo de captación 15 reconoce la ausencia de intensidad I y/o la ausencia de tensión U del arco eléctrico 5. Esto se retransmite al dispositivo 14 que detiene la alimentación de energía de la unidad láser 2. Por lo tanto queda garantizada la desconexión automática del rayo láser 3, con independencia de que se haya terminado el arco eléctrico intencionadamente o si el usuario ha levantado inadvertidamente de la pieza 8 el soplete 4 con la unidad láser 2, en el caso de soldadura manual, de modo que se ha cortado el arco eléctrico 5. De este modo se aumenta enormemente la seguridad ya que el rayo láser 3 solamente se activa mientras está funcionando el arco eléctrico 5, y además se vuelve a desactivar en el caso de terminarse el proceso de soldadura de modo involuntario o voluntario, después de un período de tiempo ajustable 38, con lo cual no puede tener lugar ningún manejo indebido del soplete 4 con la unidad láser 2.
En la Fig. 5 está representado un diagrama de tensión-tiempo 39 y un diagrama de intensidad-tiempo 40 de un proceso de soldadura por impulsos así como un diagrama de tensión-tiempo 41 y un diagrama de intensidad-tiempo 42 del láser 3.
Después de la fase de cebado 53, que vuelve a realizarse de acuerdo con el principio Lift-Arc, se inicia en el momento 36, después de una diferencia de tiempo 35, un proceso de soldadura por impulsos.
En el proceso de soldadura por impulsos tiene lugar después de la fase de cebado 33 un movimiento del hilo de soldadura en sentido hacia la pieza 8 hasta establecer contacto con la pieza 8. En el momento 43 se forma un cortocircuito por lo que no se mantiene ningún arco eléctrico 5. La duración del cortocircuito o el período de tiempo 44 hasta que se vuelve a cebar el arco eléctrico 5, sin embargo es muy reducida en este procedimiento. El rayo láser 3 se mantiene activado en el proceso de soldadura por impulsos de modo continuado, es decir también durante el cortocircuito o el período de tiempo 44. Esto se consigue porque se predetermina un período de tiempo 38 a lo largo del cual ha de persistir el cortocircuito, antes de que se desactive la unidad láser 2. Después de reconocer el cortocircuito en el momento 43, una vez que se ha apagado el arco eléctrico 5 y por lo tanto la tensión U ha descendido a un valor cero 45, la unidad láser 2 solamente se activa si la tensión U permanece en el valor cero 45 a lo largo de un período de tiempo predeterminado 38. El período de tiempo 38 hasta que se desconecte el rayo láser 3 por el dispositivo 14 controlado por el dispositivo 15 tiene que establecerse por lo tanto más largo en el procedimiento de soldadura por cortocircuito que la duración 44 del cortocircuito hasta que se vuelva a cebar el arco eléctrico 5. Sin embargo el período de tiempo 38 hasta la desconexión del rayo láser 3 se elige de modo que transcurra el menor tiempo posible después de la terminación efectiva del proceso de soldadura, de modo que vuelve a estar asegurada la máxima seguridad posible en el empleo del soplete 4 con la unidad láser 2. El período de tiempo 38 puede estar por ejemplo entre 0,5 y 2 segundos. Esto ofrece ventajas, especialmente en el campo de la soldadura manual, ya que en el caso de un manejo indebido el usuario no tiene que sufrir lesiones ni causar lesiones a otras personas ni daños a objetos circundantes, debido al rayo láser 3.
También existe la posibilidad de que la instalación 15 no transmita ninguna señal al dispositivo 14 al reconocer un cortocircuito, con lo cual el rayo láser 3 no se desactiva durante el período de duración 44 del cortocircuito. De este modo se puede acortar aún más la duración del tiempo 38 hasta la desactivación del rayo láser 3, con lo cual resulta una seguridad aún mayor de la unidad láser-híbrida conforme a la invención.
La Fig. 6 muestra ahora un diagrama de tensión-tiempo 46 y un diagrama de intensidad de corriente-tiempo 47 de un proceso de soldadura de transferencia de metal en frío así como un diagrama de tensión-tiempo 48 y un diagrama de intensidad de corriente-tiempo 40 del rayo láser 3.
El proceso de soldadura de transferencia de metal en frío se inicia también en este caso mediante el cebado Lift-Arc antes descrito durante la fase de cebado 33. Después de cebar el arco eléctrico 5 y después de un tiempo de retardo 35 se activa el rayo láser 3 en el momento 36.
Durante el proceso de soldadura de transferencia de metal en frío se mueve el material de aportación, en particular el hilo de soldadura, desde una posición de origen en sentido hacia las piezas 8. Una vez que el hilo de soldadura ha tocado las piezas 8, y con ello se forma un cortocircuito en el momento 50, tiene lugar la inversión del sentido de transporte del hilo y el hilo de soldadura se lleva preferentemente de nuevo a la posición de partida. Con el fin de conseguir la formación de una gota o un inicio de fusión del extremo del hilo de soldadura durante el proceso de soldadura de transferencia de metal en frío, se incrementa durante el movimiento de avance del hilo de soldadura en sentido hacia las piezas 8 la intensidad de soldadura I en comparación con una corriente básica 51. Debido a que el hilo de soldadura se sumerge en el baño fundido, y a causa del subsiguiente movimiento de retroceso del hilo de soldadura, se desprende la gota o el material fundido del hilo de soldadura (no representado). Para favorecer el desprendimiento de la gota se puede efectuar también un aumento de la corriente de soldadura I a modo de impulso.
La ventaja de la combinación del proceso de soldadura láser con el proceso de soldadura de transferencia de metal en frío estriba en que con el proceso de soldadura de transferencia de metal en frío se aporta a las piezas 8 una cantidad considerablemente menor de energía y calor. De este modo se reduce por ejemplo de modo ventajoso al mínimo la deformación de las piezas 8, ya que el proceso de soldadura de transferencia de metal en frío es lo que se denomina un proceso de soldadura frío.

Claims (13)

1. Procedimiento para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico mediante soplete de mano (4), donde una unidad láser (2) para generar un rayo láser (3) y el soplete (4) para generar un arco eléctrico (5) se alimentan con energía y se controlan, regulándose la unidad láser (2) en función del soplete (4), con lo cual durante el proceso de soldadura se vigilan los parámetros del arco eléctrico (5) y la unidad láser (2) solamente se conecta después del cebado del arco eléctrico (5), caracterizado porque la unidad láser (2) se conecta con un tiempo de retardo (35) después del cebado del arco eléctrico (5), reconociéndose el cebado porque los parámetros del arco eléctrico (5) alcanzan unos valores definidos, y porque al producirse una desviación definida de un parámetro del arco eléctrico (5) a lo largo de un período de tiempo predeterminado (38), se desactiva la unidad láser (2).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se vigilan la intensidad del arco eléctrico (I) y/o la tensión del arco eléctrico (U).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el tiempo de retardo (35) es regulable.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se puede ajustar la potencia (P_{láser}) del rayo láser (3) en función de la potencia P_{arc} del arco eléctrico (5).
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque se puede ajustar la potencia láser (P_{láser}) en proporción a la potencia del arco eléctrico P_{arc}.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque se puede ajustar la potencia láser (P_{láser}) en función de la tensión de soldadura (U) y/o de la intensidad de la corriente de soldadura (I) del soplete (4) para generar el arco eléctrico (5).
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se modifica automáticamente el foco del rayo láser (3) en función de la longitud del arco eléctrico (5).
8. Dispositivo para la soldadura combinada por láser y arco eléctrico con una unidad láser (2) para generar un rayo láser (3), un soplete de mano (4) para generar un arco eléctrico (5), una unidad de alimentación (6) para la unidad láser (2) y una unidad de alimentación (7) para el soplete (4) y por lo menos una unidad de control (9) para controlar la unidad láser (2) y el soplete (4), estando previsto un dispositivo (14) para el control de la unidad láser (2) en función del soplete (4), que está conectado a un dispositivo (15) para determinar la tensión de soldadura (U) y/o la intensidad de corriente de soldadura (I) del soplete (4), caracterizado porque está previsto un dispositivo para conectar el rayo láser (3) con un tiempo de retardo después del cebado del arco eléctrico (5).
9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por estar previsto un órgano de ajuste (18) para ajustar la potencia (P_{láser}) del rayo láser (3) en función de la potencia P_{arc} del arco eléctrico (5).
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado por estar prevista por lo menos una pantalla (21, 24, 25, 27, 28) para la representación de la potencia láser ajustada (P_{láser}), de la potencia de arco eléctrico (P_{arc}) o similares.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por estar previsto un dispositivo para ajustar el tiempo de retardo (35).
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque el dispositivo (14) para el control de la unidad láser (2) y el dispositivo (14) para el control del arco eléctrico (5) está formado por un procesador de señales digital.
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la unidad láser (2) lleva un dispositivo para variar el foco del rayo láser (3), que está conectado a un dispositivo (15) para la captación de la tensión de soldadura (U) y/o de la intensidad de la corriente de soldadura (I) del soplete (4) para la generación del arco eléctrico (5).
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