ES2328481T3 - Procedimiento para la union de las caras frontales de piezas mediante soldadura por friccion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la unión de piezas (1, 1'') con gran extensión longitudinal, en especial de barras con sección transversal perfilada, como raíles o similares, a tase de aceros templables y aleaciones por medio de soldadura por fricción o frotamiento, caracterizado por el hecho de que los extremos de las piezas (11, 11'') se proveen de superficies de sección transversal (12, 12'') planas perpendiculares al eje y a continuación se aprietan entre sí, en una etapa de calentamiento, las superficies (12, 12'') que se van a juntar y se mueven los extremos de las piezas relativamente a las opuestas de una manera giratoria alrededor del eje de unión (X), aunque desviándose del eje, y de este modo se llevan las zonas frontales a una temperatura elevada o temperatura de unión, después de lo cual se efectúa una alineación axial de las piezas (1, 1''), con liberación de movimiento de las mismas, y la zona de soldadura se somete a una presión elevada para la unión metálica de los extremos de las piezas (11, 11'') en toda la superficie u holohédricamente.

Description

Procedimiento para la unión de las caras frontales de piezas mediante soldadura por fricción.

La invención se refiere a un procedimiento para la unión de las caras frontales de piezas con gran extensión longitudinal y con sección transversal perfilada como raíles y similares a base de aceros templables y aleaciones por medio de soldadura por frotamiento o fricción.

Una unión mediante soldadura se caracteriza según DIN 1910 por el hecho de que se logra mantener unidas las piezas mediante material unión empleando calor y/o fuerza. La juntura entre las piezas de trabajo se elimina mediante ligazón metálica de sus materiales.

En el caso de soldadura por frotamiento o fricción se mueven relativamente entre sí bajo presión las superficies a unir de las piezas de trabajo o elementos y se calientan mediante fricción o frotamiento las zonas de las superficies, después de lo cual se efectúa un apoyo o apriete mutuo de las piezas con ligazón o unión metálica de las mismas.

Por medio de soldadura por frotamiento o fricción se pueden unir entre sí piezas que presentan preferentemente una forma simétrica - rotativa o aplicar a piezas de trabajo, girándose, al menos, una pieza alrededor de su eje, moviéndose, por consiguiente, relativamente a la opuesta y apoyándose bajo presión en otra pieza (elemento) o una pieza de trabajo. Debido al calor de fricción liberado en las superficies de apoyo se efectúa un calentamiento de las zonas de las superficies hasta una temperatura, a la que el material de la pieza comienza a reblandecer. La soldadura propiamente dicha se da o resulta en posición de reposo de las piezas o de la pieza y una compresión reforzada de las superficies de apoyo, un llamado golpe de recalcado o aplastamiento, para producir una unión metálica segura de los materiales.

Uniones de soldadura por frotamiento o fricción e instalaciones para su realización pueden poseer gran importancia y rentabilidad para materiales especiales y una unión de piezas pequeñas o compactas, que requiere poco tiempo, sin embargo, en el caso de barras y similares con gran extensión longitudinal un movimiento giratorio de las mismas para el calentamiento de fricción o frotación de las zonas de unión muchas veces sólo es posible con máximo gasto y en muchos casos sólo teóricamente.

Especialmente en el caso de barras largas con sección transversal perfilada, como, por ejemplo, carriles de traslación o vigas de perfil, no parecen rentables una unión orientada axialmente con alineación del perfil de la sección transversal por medio de soladura por fricción o frotamiento y no parece realizable con una necesaria calidad de unión.

La DE 198 07 457 A1 ha dado a conocer un procedimiento para la unión de raíles de ferrocarril mediante soldadura por fricción o frotamiento, en el cual se mueve de manera oscilatoria lineal u orbitalmente una pieza intermedia entre los extremos del raíl que se van a unir. Al mismo tiempo ambos extremos del raíl se oprimen entre sí en sentido longitudinal del raíl contra la pieza intermedia, a fin de producir el calor necesario para el soldeo mediante energía de fricción o frotamiento en ambas superficies de contacto entre uno de los extremos del raíl y una superficie de corte de la pieza intermedia.

Sin embargo, de una unión de raíles a realizar tan costosamente resultan dos pasos de soldadura respectivamente, que determinan un aumento de posibles puntos débiles, a comprobar eventualmente en toda su extensión. Además, se pueden controlar difícilmente con seguridad de calidad un control de temperatura en la zona de unión en el caso de soldadura por fricción o frotamiento también desarrollos de funcionamiento de la técnica de instalaciones.

La GB 1 293 531 ha dado a conocer otro dispositivo y un procedimiento para la unión de las caras frontales por medio de soldadura por frotamiento o fricción. De acuerdo con ella se puede producir un movimiento orbital de las superficies frontales de las piezas relativamente entre sí mediante medios de excéntrica o se efectúan en su lugar unos movimientos lineales, alternados y sintonizados temporalmente, de las piezas de fijación o sujeción.

Según GB-A-1324431 se aprovecha un movimiento de una pieza mediante superposición de dos movimientos primarios similares geométricamente de una rotación excéntrica para una producción de una unión de soldadura por fricción o frotamiento. Mediante desplazamiento de la fase de un movimiento primario relativamente al segundo se efectúa un ajuste o posición cero de la excentricidad, utilizándose dos engranajes planetarios.

La US-A-3732613 da a conocer un procedimiento y un dispositivo para la soldadura por fricción o frotamiento de piezas esencialmente redondas y en forma de plato, efectuándose el calentamiento para la creación de las condiciones de soldeo por medio de movimiento orbital de una pieza.

También para una unión de tubos de material termoplástico puede efectuarse según US-B-6357506 mediante movimiento orbital de una pieza con apoyo en la otra.

En especial para una fabricación multitudinaria de uniones soldadas en piezas la GB-A-148/215 ha dado a conocer un procedimiento, el cual para el calentamiento de las superficies de frotamiento o de soldadura aprovecha un movimiento relativo orbital, rectificado.

El objetivo de la invención es la indicación de un procedimiento según el género para la soldadura por fricción o frotamiento de barras perfiladas, en especial de raíles a base de aceros templables y aleaciones, con el cual se puede conseguir una unión metálica, conforme a la sección transversal, homogénea y holohédrica de los extremos con alta calidad de la zona de unión.

En el caso de un procedimiento del tipo mencionado al principio se logra el objetivo de la invención por el hecho de que los extremos de la pieza se proveen de superficies de sección transversal planas y perpendiculares al eje y a continuación, en una etapa de calentamiento, se oprimen las superficies de sección transversal entre sí, que se van a unir, se mueven los extremos de las piezas relativamente a los opuestos de una manera giratoria alrededor del eje de unión, aunque desviándose del eje, y de esta manera se llevan las zonas frontales a una temperatura elevada o temperatura de unión, después de lo cual se realiza una alineación axial de las piezas con liberación de movimiento de las mismas y la zona de soldadura se somete a una presión elevada para la unión metálica holohédrica de los extremos de las piezas.

Las ventajas de un procedimiento de soldadura realizado de este modo consisten principalmente en que el movimiento de fricción o frotamiento se efectúa sin rotación de las piezas y, por consiguiente, no se originan elevadas fuerzas másicas en el caso de un cambio del movimiento de las mismas. Los extremos de las piezas a base de aceros templables oscilatoriamente bajo presión de apriete relativamente a los opuestos en un sentido direccional, que se sitúa en el plano de la sección transversal. Después de lograr los parámetros de unión en las superficies de frotamiento o fricción para la liberación del movimiento terminal de las piezas únicamente se requieren escasas fuerzas a fin de efectuar un posicionado de las mismas conforme a la sección transversal. Si se mueven de manera favorable para el calentamiento de fricción los extremos de las piezas, con flexión elástica de la zona de los extremos de las piezas, se mueven en el plano de la sección transversal, entonces las fuerzas de retroceso llevan o, al menos, contribuyen a ajustar una alineación axial de las piezas para el golpe de recalcado o aplastamiento, pudiéndose lograr de esta manera una única unión metálica, de alta calidad.

Para un desarrollo del movimiento ampliamente exento de vibraciones se ha acreditado como favorable o ventajoso si para la elevación de la temperatura de las zonas frontales de las piezas los extremos de las piezas, bajo impulsión de la presión se mueven giratoriamente en el mismo sentido alrededor de éste (eje) con una distancia opuesta al eje de alineación o de unión.

Se pueden producir buenas uniones soldadas holohédricas muy eficaces al faltar las vibraciones en el sistema y reducir los respectivos movimientos de las zonas de los extremos de las piezas. De este modo también se reducen los gastos de la técnica de procedimientos para una liberación del movimiento de los extremos de las piezas.

Para una alineación axil, prevista en el proceso de unión, de piezas con formatos de sección transversal especiales, seguida de una soldadura con muy alta calidad puede resultar ventajosa si después del movimiento de los extremos de las piezas desviándose del eje y apretando las superficies de sección transversal entre sí, para su calentamiento, se reduce la fuerza de apriete, se realiza una alineación axial de las piezas y a continuación se monta o forma una elevada presión de prensado para la unión metálica, de las
mismas.

Piezas, como raíles a base de aceros templables y aleaciones, pueden presentar, en el caso de una elaboración de la unión mediante soldadura por fricción o frotamiento, en la junta soldada y/o en la zona influenciada por el calor unas zonas con micro estructura desfavorable, frágil. Esta estructura, por ejemplo, estructura de martensita, se forma si durante la soldadura se austeniza el material, es decir, se transforma en una estructura atómica centrada cúbica - superficialmente y después de la unión de las piezas la velocidad de enfriamiento, en especial una derivación térmica a la pieza, es tan grande que la transformación de la estructura se efectúa sin difusión, de golpe o de repente. Según la invención se puede superar este inconveniente por el hecho de que antes de la etapa de calentamiento se realiza un calentamiento previo de las zonas de las superficies frontales de los extremos de las piezas. Con especial ventaja se puede efectuar un calentamiento previo de las zonas de las superficies frontales de los extremos de las piezas mediante movimiento relativo de las mismas entre sí con presión de apoyo reducida, pudiéndose utilizar de manera favorable, por una parte, la instalación de soldeo para el calentamiento de los extremos de las piezas e impedir una oxidación de las superficies soldadas.

A continuación se explica detalladamente la invención con la ayuda de un dibujo, que representa un ejemplo de realización.

La única figura muestra esquemáticamente una instalación A de soldeo por frotamiento, o fricción.

Para piezas a unir 1, 1' se prevén unos medios de sujeción 2, 2', los cuales están unidos desmontablemente mediante unas piezas de apriete o enclavamiento 21, 21' a los extremos de las piezas 11, 11'. Los medios de sujeción 2, 2' están unidos eficazmente con, al menos, un medio de excéntrica 3, 3' ajustable respectivamente, que son susceptibles de accionamiento mediante un motor 4 o similar, siendo ajustable una magnitud de excentricidad por medio de un mando 31, 31' de los medios de excéntrica 3, 3'.

Ahora con ayuda de un árbol 41 se ponen en movimiento giratorio los medios de excéntrica 3 3' mediante un motor 4 y mediante unos medios de mando 31, 31', cuya excentricidad está ajustada con desigualdad de sentido, en especial en sentido contrario u opuesto, entonces se efectúa en dirección a los extremos de las piezas 11, 11', que se van a soldar, una oscilación desigual, en especial de sentido opuesto de las respectivas superficies de la excéntrica. Sin embargo, los medios de excéntrica 3, 3' están en unión eficaz con los medios de sujeción 2, 2' eventualmente a través de unos soportes o cojinetes 5, 5', de tal manera que éstos y, por consiguiente, los extremos de las piezas 11, 11', sujetos en estos se mueven relativamente entre sí. Un soporte o asiento ulterior (no representado) de los medios de sujeción 2, 2' se puede efectuar por medio de cojinetes libres o de montaje flotante o por medio de unos medios de excéntrica accionados eventualmente con igual velocidad angular.

En el caso de una realización de un procedimiento de soldadura por fricción o frotamiento piezas a unir 1, 1' con sus extremos 11, 11' con superficies de sección transversal planas y perpendiculares al eje 12, 12' se sujetan en unos medios de sujeción o apriete 2, 2' mediante unas piezas de enclavamiento 21, 21' y se apoyan entre sí con una fuerza o contra fuerza (fuerza antagónica) +x1, -x1. En las superficies de sección transversal de las piezas 12, 12' se efectúa, con acción de una fuerza de apoyo, un movimiento relativo o de fricción entre los extremos opuestos de las piezas 11, 11' por medio de un movimiento desigual divergente del eje de los medios de sujeción 2, 2'. Un movimiento relativo de los medios de sujeción 2, 2' se produce mediante un ajuste desigual de la excentricidad de los medios de excéntrica 3 unidos eficientemente a éstos, los cuales se accionan en un árbol 41 delante de un motor 4.

Un movimiento relativo con apoyo de las superficies de sección transversal 12, 12' entre sí libera calor de fricción o rozamiento, que precalienta las zonas de superficies de sección transversal hasta una temperatura de unión. Una vez alcanzada esa temperatura se efectúa mediante un mando 31, 31' directa o inmediatamente y al mismo tiempo una anulación de la excentricidad de los medios de excéntrica 3, 3', de este modo una liberación del movimiento alineada axialmente de los extremos de piezas con una subsiguiente impulsión de la presión +x2, -x2 de las superficies de sección transversal.

Después de un enfriamiento de la zona de soldadura formada de las piezas, eventualmente con una velocidad de enfriamiento reducida, ocasionada mediante un calentamiento previo de los extremos de las piezas 11, 11', para el ajuste de propiedades del material especiales, se puede quitar mecánicamente un aplastamiento del material producido mediante una última impulsión de presión o un golpe de recalcado y así preparar una unión conforme al perfil.

Claims (5)

1. Procedimiento para la unión de piezas (1, 1') con gran extensión longitudinal, en especial de barras con sección transversal perfilada, como raíles o similares, a tase de aceros templables y aleaciones por medio de soldadura por fricción o frotamiento, caracterizado por el hecho de que los extremos de las piezas (11, 11') se proveen de superficies de sección transversal (12, 12') planas perpendiculares al eje y a continuación se aprietan entre sí, en una etapa de calentamiento, las superficies (12, 12') que se van a juntar y se mueven los extremos de las piezas relativamente a las opuestas de una manera giratoria alrededor del eje de unión (X), aunque desviándose del eje, y de este modo se llevan las zonas frontales a una temperatura elevada o temperatura de unión, después de lo cual se efectúa una alineación axial de las piezas (1, 1'), con liberación de movimiento de las mismas, y la zona de soldadura se somete a una presión elevada para la unión metálica de los extremos de las piezas (11, 11') en toda la superficie u holohédricamente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, para el aumento de la temperatura de las zonas frontales de las piezas, se mueven los extremos de las piezas alrededor del eje de alineación o de unión (X) de una manera giratoria en el mismo sentido con una distancia opuesta a dicho eje.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que, después del movimiento de los extremos de las piezas desviándose del eje, aunque apretando las superficies de sección transversal la una contra la otra para su calentamiento, se reduce la fuerza de apriete, se realiza una alineación axial de las piezas y a continuación se forma una presión de contacto o apriete elevada para la unión metálica de las mismas.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que, antes de la etapa de calentamiento, se efectúa un calentamiento previo de las superficies frontales de los extremos de las piezas.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que se efectúa un calentamiento previo de las zonas de las superficies frontales de los extremos de las piezas mediante un movimiento relativo de las mismas con una presión de apoyo o contacto reducida.