WO2013140010A1 - Dispositivo de encendido para soldaduras exotérmicas, molde para soldaduras exotérmicas para el dispositivo de encendido, y aparato para soldaduras exotérmicas que comprende el molde y el dispositivo - Google Patents

Dispositivo de encendido para soldaduras exotérmicas, molde para soldaduras exotérmicas para el dispositivo de encendido, y aparato para soldaduras exotérmicas que comprende el molde y el dispositivo Download PDF

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welding material
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    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor

Definitions

  • the present invention falls within the technical field of the systems used for exothermic welding that are used to weld, for example, conductors such as plates and cables, such as those used in lightning and ground protection installations.
  • Exothermic welds are based on the reduction of copper oxide by metallic aluminum.
  • the reaction is very exothermic, giving off a large amount of heat, and temperatures above 1000 ° C can be reached. These conditions allow the fusion of the materials to be welded, being united by the result of the heat generated by the exothermic reaction.
  • the reaction is chemically aluminothermic, it is known as exothermic welding, occurring conventionally by means of an initiating reagent that provides enough energy to activate the process, which runs quickly and safely inside a mold, preferably graphite , designed specifically for each element and type of welding, such as for welding of conductors arranged in T, linearly, in parallel, etc.
  • exothermic welding is broad, as it is a process that results in molecular and not only mechanical bonding of the materials to be welded, guaranteeing connections not only between copper wires, but also for welding brass plates and metal parts, stainless steel, copper-coated steel spikes, etc.
  • the welds have an electrical conductivity superior to that of the conductors themselves, they do not corrode, oxidize or degrade over time, they are resistant to galvanic torque, capable of withstanding electric shocks repeatedly, they never increase their resistance, they have a mechanical and pressure resistance superior to the conductors themselves and offer a low resistance connection especially important to achieve a lasting and reliable result in the realization of any ground.
  • the welding material used in exothermic welding is usually a mixture of copper oxides, aluminum powders and metal alloys compatible with the elements to be welded. Although the reaction of the welding material does not occur spontaneously, once started, the process is completely triggered without major energy supply, and molten copper and slag are obtained.
  • a known sequence for performing conventional exothermic welding applied to a weld between conductors comprises the following steps:
  • the support plate and the poured welding material may present a problem depending on the conditions of use or when the mold is worn and the hopper drop channel widens. This means that the stability of the plate is not correct and that the welding material passes as a powder to the welding chamber, where its reaction will cause a slag that does not separate from the copper melt.
  • the proper arrangement of the initiator material and welding material in the crucible hopper or welding mold hopper requires relatively long preparation time.
  • this powder initiating reagent (starting material) mentioned above is replaced by a first welding material in a new compacted tablet format and with preferable physical-chemical parameters that eliminate the exposed problem. , facilitating and ensuring in an optimal way the exothermic reaction with a second welding material mainly in those cases in which the latter is also materialized in the form of a solid pellet.
  • Such tablets have the advantage of maintaining the concentration of reagents throughout its stationary volume avoiding the problems of concentration differences caused by different molecular weights of the components of the welding material.
  • a fungible material container totally or partially, as a reaction vessel, placed in the crucible or hopper of the welding mold.
  • This container containing the powder welding material incorporates an ignition system that eliminates the use of powder initiator.
  • an ignition device which comprises a container (container) having side walls and only its meltable bottom, an exothermic welding material included inside the container, an ignition device extended in the container for ignition of the exothermic material and a cover or lid adhered to the container sealing the upper opening to prevent the introduction of contaminants inside the welding material, which is characterized by presenting a coating of refractory material on the side walls of the container, where The refractory material is a graphite film (sheet) that is a separation line inserted into the side walls of the container and where said side walls of the container have a conical shape and include metal.
  • the containers of the type described above and the corresponding ignition systems are capable of causing combustion and unwanted residues in the slag or even in the final weld, significantly increase the volume of the product as the container has the same shape as the hopper.
  • the slag generated is increased, since the container, if not consumed, becomes waste and if consumed becomes part of the weld with the problems of melt composition that should cause the initial mixture to vary, which is a problem additional.
  • the container is not agitated, over time the heavier components of the mixture could accumulate in the lower part of the container, which leads to variations in the partial composition of the welding material that affect the main reaction .
  • the present invention aims to overcome the drawbacks of the state of the art detailed above, by means of an ignition device for exothermic welding, mold for exothermic welding for the ignition device, and apparatus for exothermic welding comprising the mold and the device.
  • the ignition device for exothermic welds comprises a metal container that is at least partially housed in a welding mold, the metal container comprising an upper base sealed by a cover, a lower base and an internal chamber for housing a first welding material having a ignition temperature, and ignition means for initiating and triggering a first exothermic reaction in said first welding material intended to subsequently trigger a second exothermic reaction in a second welding material, wherein the metal container is an electrically conductive metal bushing that It is contemplated to be connectable to a first pole of a power outlet of a voltage generator: the cap of the metal bushing is made of an electrically insulating material and preferably does not deform with heat, such as DM: the lower base of the bushing metallic presents an opening through which the first initiator welding material in incandescent state when the exothermic reaction has been triggered towards a second welding material housed in the welding mold triggering a second exothermic reaction in the second welding material;
  • the inner chamber of the metal container comprises an internal wall sized to
  • the inner perimeter of said inner wall is complementary to the outer perimeter of the first welding material pad;
  • the ignition means comprise an electrode that crosses the metal bushing cover and comprises an upper contact connectable to a second pole of the power output of the voltage generator, preferably of brass or a tinned material, and a lower contact in the form of a filament liable to be in electrical contact with the first welding material pad, the upper and lower contacts may be connected by a connecting section from which the filament emerges;
  • the filament is made of a material that has a melting temperature higher than the ignition temperature of the first welding material, and the possibility of the filament itself being connected to the second pole of the power output of the voltage generator is contemplated; on the lower base of the metal bushing an insurance element rests on the inner perimeter of the inner chamber and under the pad of the first welding material when it is housed in the inner chamber of the metal bushing before the exothermic reaction to ensure that the pad optimally contact the filament.
  • the insurer element can be made of a material that partially or totally melts due to the exothermic reaction, and can be a helical spring guided in the inner chamber of the metal bushing and compressed by the first solder material, which is released when it falls in an incandescent state towards the lower base of the welding mold through the preferably central opening and in the lower base of the metal bushing.
  • the ignition device When a sufficient current intensity is applied to this ignition device to glow and melt the electrode filament, the filament reaches a temperature higher than the ignition temperature necessary to trigger the first exothermic reaction in the tablet of the first material of welding, reacts and falls on the second welding material causing its ignition. The resulting melt falls and makes connections at the molecular level with the materials to be welded.
  • the first solder material in the form of a pill has the function of reaction initiating material of the second solder material which can be materialized in powder form or preferably in the form of a pill.
  • the dimensions of the latter may be smaller than those of the second welding material, but large enough so that once cast it allows the reaction of the second welding material. If the first welding material was not present and given the difference in size between the two pads, the filament would not be able to melt the tablet corresponding to the second welding material.
  • the pads of the first and second welding material preferably have the same composition in terms of their essential components as conventional welding materials but in different proportions so that the ideal compaction of one or both welding materials is Functionally, preferably the reactant metal oxide should be obtained from a powdered starting metal, such as copper, more particularly electrolytic copper of preferred physico-chemical characteristics with a particle size or particle size not exceeding 1000 microns, apparent density included between
  • This oxide once obtained comprises 40-60% of the final mixture of the welding material.
  • the rest of the reaction materials and alloys preferably do not exceed 1 mm. in diameter, while the flux must adapt its particle size to that of the starting metal, not exceeding 10% by weight of the final mixture.
  • Such tablets can be manufactured by methods known per se, for example, by compression and powder forming of the components of the welding material, previously homogenized, possibly with the addition of binders that do not negatively influence the exothermic reaction.
  • Such tablets have the advantage that they maintain the concentration of reagents in their entire stationary volume avoiding the problems of concentration differences caused by the different molecular weights of the components of the welding material.
  • the filament material may be selected from transition metals of group 6, alloys thereof and alloys of at least one transition metal with at least one other element that is not a transition metal.
  • the filament material is made of a material having a melting temperature between 2,500 ° C and 4,000 ° C, and more preferably a melting temperature of 3,500 ° C + 200 ° C.
  • the filament material may be selected from tungsten and alloys comprising tungsten, among these preferably tungsten-copper, to provide the filament with some flexibility. It is preferred that the filament be of a material that reaches its melting temperature when a comment is applied between 4 and 10 amps, preferably in less than 10 seconds.
  • the electrode connection section may comprise a blind hole in which an upper part of the lower contact is mounted.
  • the metal bushing can be cylindrical, the internal annular chamber and the circular metal bushing opening.
  • the preferred arrangement of the metal bushing will be at least partially in the welding mold, said mold having its own cover or an independent cover having adaptation means to the upper mouth of the mold.
  • the upper base of the metal bushing comprises a perimeter support wing.
  • the metal bushing with its components can be manufactured among others, in aluminum, copper or a combination thereof or even as a fungible container at least partially as a pre-filled cartridge with a pill of the first welding material comprising a minimum amount of the first welding material necessary to initiate the process of the first exothermic reaction, which, when provoking the reaction, falls molten in the form of a drop on the second welding material that materializes the exothermic welding itself with the materials to be welded.
  • the mold for exothermic welding comprises, according to the invention,
  • an upper housing for at least partially housing a metal container of an ignition device for exothermic welding containing a first welding material, a lower housing for housing a second welding material and connected with the upper housing for receiving the first welding material in an incandescent state after the ignition device has triggered a first exothermic reaction so that the first incandescent welding material triggers a second exothermic reaction in the second welding material; a lower welding zone designed to arrange conductors to be welded by exothermic welding; a lower vertical passage that connects the lower housing with the welding zone, to allow the weld material melted by the second exothermic reaction to fall on the conductors to be welded; it being provided that the upper housing is designed to at least partially house the metal container of the ignition device for exothermic welding comprising the characteristics of the ignition device described above.
  • the lower mold housing is designed to housing the second welding material also in the form of a solid pellet but larger than the first solder material.
  • the lower housing may comprise a lower annular base on which the solid pellet of the second welding material is supported and which comprises a preferably central opening in which the lower vertical passage leads to the lower housing.
  • the mold also comprises an electrically conductive top cover designed to surround and contact the metal bushing of the ignition device, and that is, connectable to the first pole of the power output of the voltage generator.
  • the apparatus for exothermic welding comprises the ignition device and the mold according to the invention, as well as ignition means intended to apply the electrical energy necessary to trigger the first exothermic reaction.
  • the ignition means may comprise an electronic remote ignition device that integrates the voltage generator with the power output connectable by said first pole to the metal bushing by means of a first conductive cable and to the upper contact of the electrode by means of a second conductive cable, the electronic tension device capable of supplying a sufficient current intensity for a time sufficient to melt the filament.
  • Such an electronic ignition device may comprise a battery of a nominal voltage of 3 to 12V, preferably 6V, with a negative contact connectable to the first pole of the power output of the voltage generator, and a positive contact connected to the second pole of the power output and an interconnected resistor between the positive contact of the battery and said second pole of the power output, as well as a charging device connectable to an external power source, and an interconnected relay between the positive contact of the battery, the resistor and the charging device, to connect the positive contact of the battery selectively to the charging device (to charge the battery), or to the second pole of the power output to supply power to the filament.
  • this electronic ignition device comprises a microcontroller connected to the positive contact of the battery, to the charging device and to the relay to control the battery charge and the outgoing energy by the power output.
  • This microcontroller further comprises a timer to maintain the power supply at the power output for a sufficient supply time to achieve fusion of the filament and trigger the exothermic reaction in the first welding material.
  • the electronic ignition device also comprises an on / off button connected to the positive battery contact and to the microcontroller to selectively turn the electronic ignition device on and off, as well as at least one activating button connected to the positive battery contact. and to the microcontroller to selectively activate the power supply at the power output.
  • Two trigger buttons connected in parallel can be provided that activate the power supply to the power output only when pressed simultaneously.
  • the electronic ignition device may be provided with one or more indicator lights selected from a standby indicator connected to the microcontroller that is illuminated when the electronic ignition device is on. , an activation indicator light connected to the microcontroller that illuminates when the power supply to the power output is activated, a charging indicator light connected to the charging device that illuminates when the charging device is charging the battery, and a Charge status light connected to the microcontroller that lights up when the microcontroller detects that the battery charge is below a predetermined charge threshold.
  • the light indicators are light emitting diodes (LEDs).
  • the electronic ignition device preferably comprises at least one warning alert, selected from warning lights, sound alerts and combinations thereof, connected to the microcontroller, which is active when the power supply to the power output is started and remains activated until at least when the exothermic reaction of the first welding material has ended.
  • the microcontroller may be programmed to keep the alert alert activated for a period of safety time after the end of the first exothermic reaction and. optionally, also of the second exothermic reaction, corresponding to a cooling time that The mold needs to be cooled to a safe temperature that does not imply a risk of damage to a person who approaches the welding mold.
  • the microcontroller may be programmed to keep the warning alert activated until a temperature sensor detects, after the end of the exothermic reactions, a safe mold temperature that does not imply a risk of damage to a person approaching to the mold.
  • the present invention overcomes the disadvantages of systems for exothermic welding processes efficiently, safely and easily.
  • Figure 1 is a partially sectioned, top perspective view of an embodiment of an ignition device conforming to the present invention
  • Figure 2 is a side elevational view, also partially sectioned, of the ignition device shown in Figure 1
  • Figure 3 is a partially sectioned bottom perspective view of the ignition device shown in Figures 1 and 2
  • Figure 4 is a detailed view of an embodiment of the electrode comprised in the ignition device shown in Figures 1 to 4
  • Figure 5 is a partially sectioned top perspective view of an embodiment of the welding mold according to the invention
  • Figure 6 is a sectional side elevation view of the welding mold shown in Figure 5
  • Figure 7 is a view of an embodiment of the apparatus according to the present invention incorporating the ignition device shown in Figures 1 to 4 and the welding mold shown in Figures 5 and 6
  • Figure 8 is a connection plan of an embodiment of the electronic remote ignition device.
  • the ignition device comprises an electrically conductive metal -1-cylindrical bushing comprising an upper base -1 a- with a perimeter wing -6- sealed by a cover -2- of material electrically insulating, a bottom base -1 b- and an inner chamber -1 c- annular in which the first welding material -4- in the form of a solid or compacted tablet is housed.
  • the lower base -1 b- of the metal bushing -1 - has an opening -1 d- central and circular through which the first welding material -4- can fall into the incandescent state towards the welding mold -7- when the first exothermic reaction has been triggered.
  • the internal chamber -1 c- comprises an internal wall sized to accommodate the first solder material -4- in the form of a solid pellet and with an internal perimeter complementary to the external perimeter of the solder material tablet -4-, to place the welding material pad -4- in electrical contact with the inner wall of the inner chamber -1c-.
  • a helical spring -3- is supported on the internal perimeter of the internal chamber -1c- and compressed by the first welding material pad -4- housed in the internal chamber -1 c- of the metal bush -1 - before the exothermic reaction.
  • the coil spring -3- is released when the first welding material -4- falls vertically in an incandescent state through the passage defined by the turns of the coil spring towards the second welding material -4a- (figures 5, 6) through the opening -1 d- of the lower base -1 b- of the metal bushing -1 -, and, when released, expands upwards by scraping the inner wall of the inner chamber -1 c- of the metal bushing -1 -.
  • the ignition device further comprises ignition means comprising an electrode -5- that passes through the cover -2- of the metal bushing -1 - and which comprises an upper contact -5a- and a lower contact in the form of a filament -5b- the which is in electrical contact with the welding material pad -4-.
  • the upper contact - 5a- and the filament -5b- are connected by a connection section -5c- from which the filament -5b- emerges, which is mounted in a blind hole -5d- of the connection section -5c-.
  • the filament -5b- is of a material that has a melting temperature higher than the ignition temperature of the welding material -4-, such as tungsten that has a melting temperature of 3422 ° C and that reaches that temperature of fusion when a current between 4 and 10 amps is applied for at least 2 to 5 seconds.
  • the mold -7- for welds ⁇ illustrated in Figures 5 and 6, comprises a parallelepiped body with an upper cover -27- of electrically conductive material, as well as a lower base -7b-.
  • the upper cover -27- comprises a central and cylindrical upper opening (not shown) through which the metal bushing -1 - of the ignition device described above is inserted with reference to figures 1 to 4, so that the metal bushing - 1 - is located at least partially in the housing area -7c- of the mold, with the perimeter wing -6- on the cover itself -27- of the mold.
  • a tablet of the first welding material -4- is arranged inside the metal bushing -1 -.
  • a lower housing -7d- to accommodate a tablet of a second welding material -4a- communicated with the upper housing -7c- to receive the first welding material - 4- in incandescent state after the ignition device has triggered the first exothermic reaction, so that the first incandescent welding material -4 triggers a second exothermic reaction in the second welding material -4a-.
  • the lower housing -7d- is designed to accommodate the second welding material -4a- in the form of a solid pellet of larger dimensions than the first welding material -4- and comprises a lower annular base -7g- in which supports the solid pad of the second welding material -4a- and comprising an opening -7h- in which a lower vertical passage -7f- leads to the lower housing -7d-.
  • the lower vertical passage -7f- communicates the lower housing with a welding zone -26e- to allow the welding material -4, 4a- melted by the second exothermic reaction to fall into a lower welding zone -7e- over the area of junction where the conductors to be welded -26- must be welded by means of exothermic welding.
  • the conductors to be welded -26- are immobilized in a conventional manner in an insertion zone -7- located above the lower base -7b- of the mold - ⁇ -.
  • the electrically conductive upper cover 27 surrounds and contacts the metal bushing
  • the electronic tension device -10- is capable of supplying enough energy to melt the filament -5b-, such as a current of 4 to 10 A for at least 2 to 5 seconds.
  • FIG. 8 shows an embodiment of the electronic ignition device -10-, in which it comprises a battery -25-, such as a 6V battery, a charging device -12- connectable to an external power source -13 - through an external power connection -14-; a relay -23-, a resistor 1 1 - and a microcontroller -22-, integrated in a housing.
  • the battery -25- has a negative contact -25a- connectable to the first pole -24a- and a positive contact -25b- connected to the second pole -24b- of the power output -24-.
  • the resistance -1 1 - is interconnected between the positive contact -25b- and said second pole -24b-, while the relay -23- is interconnected between the positive contact -25b- of the battery -25-, the resistance -1 1 - and the charging device -12-, to connect the positive contact - 25b- of the battery -25- selectively to the charging device -12- to charge the battery -25-, or to the second pole -24b- of the power output -24- to supply power to the filament -5b-.
  • the microcontroller -22- is connected to the positive contact -25b- of the battery -25-, the charging device -12- and the relay -23- to control the battery charge -25- and the energy outgoing by power output -24-.
  • the microcontroller -22- comprises a timer to maintain the power supply at the power output -24- for a sufficient supply time to achieve the fusion of the filament -5b- and trigger the exothermic reaction in the welding material - 4-.
  • the electronic ignition device -10- further comprises an on / off button -20- connected to the positive contact -25b- of the battery -25- and to the microcontroller -22- to selectively turn the electronic ignition device on and off as well as two trigger buttons -21 a, 21 b- connected in parallel between the positive contact -25b- of the battery -25- and the microcontroller -22- to selectively activate the power supply to the power output -24- when pressed simultaneously.
  • the electronic ignition device 10 comprises a standby indicator light -15- connected to the microcontroller -22- that lights up when the electronic ignition device -10- is on; an activation indicator light -18- connected to the microcontroller -22- which is illuminated when the power supply to the power output -24- is activated; a charging light -17- connected to the charging device -12- that lights up when the charging device -12- is charging the battery -25-; and a charge status light -16- connected to the microcontroller -22- which is illuminated when the microcontroller -22- detects that the battery charge -25- is below a predetermined charge threshold.
  • These light indicators are preferably light emitting diodes (LEDs) that emit light of different colors.
  • the electronic ignition device -10- also comprises an audible alert -19-, connected to the microcontroller -22-, which is activated when the power supply to the power output -24- starts and remains activated until the less when the exothermic reaction of the welding material -4- has ended and for a period of safety time after the end of the exothermic reaction, corresponding to a cooling time that requires the mold to be lowered to a safe temperature that does not imply risk of damage to a person who approaches the mold, for which the microcontroller -22- can have a timer and / or a temperature sensor that detects, after the end of the exothermic reaction, a safe mold temperature that does not imply risk of damage to a person who approaches the mold.

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Description

DISPOSITIVO DE ENCENDIDO PARA SOLDADURAS EXOTÉRMICAS. MOLDE PARA SOLDADURAS EXOTÉRMICAS PARA EL DISPOSITIVO DE ENCENDIDO, Y APARATO PARA SOLDADURAS EXOTÉRMICAS QUE COMPRENDE EL MOLDE Y EL DISPOSITIVO
DESCRIPCION
Campo técnico de la invención
La presente invención se encuadra en el campo técnico de los sistemas empleados para soldaduras exotérmicas que se emplean para soldar, por ejemplo, conductores como pletinas y cables, tales como los empleados en instalaciones de protección contra rayos y tomas de tierra.
Antecedentes de la invención
Las soldaduras exotérmicas, particularmente las soldaduras aluminotérmicas de cobre, tienen su base en la reducción de óxido de cobre por aluminio metálico. La reacción es muy exotérmica, desprendiendo una gran cantidad de calor, pudiendo alcanzarse temperaturas superiores a 1000°C. Estas condiciones permiten la fusión de los materiales a soldar, quedando unidos por el resultado del calor generado por la reacción exotérmica. Si bien la reacción es químicamente aluminotérmica, se le conoce como soldadura exotérmica, produciéndose convencionalmente por medio de un reactivo iniciador que proporciona la energía suficiente para activar el proceso, que transcurre de forma rápida y segura en el interior de un molde, preferentemente de grafito, diseñado específicamente para cada elemento y tipo de soldadura, como por ejemplo para realizar soldaduras de conductores dispuestos en T, linealmente, en paralelo, etc.
Las ventajas que conlleva la soldadura exotérmica son amplias, al tratarse de un proceso que da como resultado la unión molecular y no solo mecánica de los materiales a soldar, garantizando las conexiones no solo entre cables de cobre, sino también para soldar pletinas y piezas metálicas de latón, acero inoxidable, picas de acero recubiertas de cobre, etc. En estas condiciones las soldaduras poseen una conductividad eléctrica superior a la de los propios conductores, no se corroen, oxidan o degradan con el tiempo, son resistentes al par galvánico, capaces de soportar descargas eléctricas de forma repetida, nunca aumentan su resistencia, tienen una resistencia mecánica y a la presión superior a los propios conductores y ofrecen una conexión de baja resistencia especialmente importante para conseguir un resultado duradero y fiable en la realización de cualquier toma de tierra.
El material de soldadura empleado en las soldaduras exotérmicas suele ser una mezcla de óxidos de cobre, aluminio en polvo y aleantes metálicos compatibles con los elementos a soldar. Si bien la reacción del material de soldadura no se produce de forma espontánea, una vez iniciada se desencadena totalmente el proceso sin mayor suministro de energía, y se obtiene cobre fundido y escoria.
Para suministrar la energía necesarias para desencadenar la reacción exotérmica, convencionalmente se empleaba un reactivo iniciador en polvo (material iniciador) de composición similar al material de soldadura pero algo diferente, en especial el aluminio utilizado, más fino y reactivo, que requiere de una mínima fuente de energía para reaccionar y transferir entonces al material de soldadura la energía necesaria para que se inicie la reacción entre el óxido metálico y el aluminio presentes en la reacción principal. Una secuencia conocida para realizar la soldadura exotérmica convencional aplicada a una soldadura entre conductores comprende los siguientes pasos:
1 . Colocación de los conductores a soldar una vez limpios y secos en el molde.
2. Cierre del molde, para evitar fugas de material y colocación de un platillo soporte, para contener el material de soldadura antes de la reacción
3. Vertido del material de soldadura.
4. Vertido del reactivo iniciador de forma que aproximadamente el 50% queda esparcido por la superficie que deja el material de soldadura mientras que la otra mitad se vierte en forma de mecha desde el borde del molde hasta el material de soldadura, con el objetivo de facilitar la ignición 5. Ignición con un Chisquero o pistola de chispas que aporta la energía suficiente para producir la reacción del Reactivo iniciador.
6. La energía que produce este reactivo desencadena la reacción principal que se mantiene hasta que reacciona todo el material de soldadura, que funde el platillo soporte, produciendo cobre fundido que cae hasta donde están alojados los conductores realizando en la unión molecular por soldadura exotérmica y fusionándose.
7. Tras esperar unos segundos por seguridad se abre el molde y se obtiene la soldadura, volviendo a las labores de limpieza del molde para realizar si procede, una nueva conexión.
Los métodos convencionales para reacciones exotérmicas presentan algunos inconvenientes que era deseable reducir o eliminar. Así, el platillo soporte y el material de soldadura en polvo vertido, pueden presentar algún problema dependiendo de las condiciones de uso o cuando se desgasta el molde y el canal de bajada de la tolva se ensancha. Esto hace que la estabilidad del platillo no sea correcta y que el material de soldadura pase como polvo a la cámara de soldadura, donde su reacción provocará una escoria que no llega a separarse del fundido de cobre. Además, la disposición adecuada del material iniciador y del material de soldadura en la tolva del crisol o tolva del molde de soldadura requiere tiempo de preparación relativamente extenso.
Asimismo, los problemas en el uso y el transporte del reactivo iniciador hacen muy recomendable su eliminación ya que las condiciones ambientales (aire, temperatura, humedad) influyen en la facilidad de encendido del mismo, mientras que por sus características químicas, el transporte del mismo está restringido en algunas ocasiones y según países importadores. En la invención que se propone además, este reactivo iniciador en polvo (material iniciador) anteriormente citado, es sustituido por un primer material de soldadura en un nuevo formato de pastilla compactada y con unos parámetros físico-químicos caracterizado res preferibles que eliminan la problemática expuesta, facilitando y asegurando de forma óptima la reacción exotérmica con un segundo material de soldadura principalmente en aquellos casos en que éste último está materializado también en forma de pastilla sólida. Tales pastillas presentan la ventaja de mantener la concentración de reactivos en todo su volumen estacionario evitando los problemas de diferencias de concentración causados por diferentes pesos moleculares de los componentes del material de soldadura. Para superar alguno de los inconvenientes anteriormente indicados, se ha tratado de incluir un envase de material fungible, total o parcialmente, como recipiente de reacción, colocado en el crisol o tolva del molde de soldadura. Este envase conteniendo el material de soldadura en polvo incorpora un sistema de ignición que elimina el uso de iniciador en polvo. Así, en la EP1472037 se describe un dispositivo de encendido que comprende un contenedor (envase) que tiene paredes laterales y tan solo su parte inferior fundible, un material de soldadura exotérmico incluido en el interior del envase, un dispositivo de ignición extendido en el envase para la ignición del material exotérmico y una cubierta o tapa adherida al contenedor sellando la abertura superior para prevenir la introducción de contaminantes en el interior del material de soldadura, que se caracteriza por presentar un revestimiento de material refractario en las paredes laterales del envase, donde el material refractario es una película (hoja) de grafito que es una línea de separación insertada dentro de las paredes laterales del envase y donde dichas paredes laterales del envase tienen una forma cónica e incluyen metal.
Los envases del tipo anteriormente descritos y los sistemas de ignición correspondientes son susceptibles de provocar combustiones y residuos no deseados en la escoria o incluso en la soldadura final, incrementan ostensiblemente el volumen del producto al tener el envase la misma forma que la tolva. Igualmente, se incrementa la escoria generada, pues el envase, de no consumirse, pasa a ser residuo y de consumirse pasa a formar parte de la soldadura con los problemas de composición del fundido que deberían hacer variar la mezcla inicial, lo que supone un problema adicional. Por otra parte, si el envase no se agita, con el tiempo los componentes más pesados de la mezcla podrían ir acumulándose en la parte inferior del envase, lo cual conduce a variaciones en la composición parcial del material de soldadura que afectan a la reacción principal.
La soldadura exotérmica, por su propia naturaleza genera muy altas temperaturas acompañadas de una gran liberación de energía, lo que en ocasiones puede provocar salpicadura de material fundido y/o escoria a alta temperatura fuera del molde de soldadura. Esto presenta un riesgo laboral inherente al propio proceso de soldadura, por lo que la detonación o ignición a distancia de dicho proceso, disminuye en gran medida los riesgos de quemaduras en los operarios y técnicos que realizan la soldadura.
Dggc^
La presente invención tiene por objeto superar los inconvenientes del estado de la técnica más arriba detallados, mediante un dispositivo de encendido para soldaduras exotérmicas, molde para soldaduras exotérmica para el dispositivo de encendido, y aparato para soldaduras exotérmicas que comprende el molde y el dispositivo.
El dispositivo de encendido para soldaduras exotérmicas comprende un contenedor metálico alojable al menos parcialmente en un molde de soldadura, comprendiendo el contenedor metálico una base superior obturada por una tapa, una base inferior y una cámara interna para alojar un primer material de soldadura que tiene una temperatura de ignición, y medios de ignición para iniciar y desencadenar una primera reacción exotérmica en dicho primer material de soldadura destinado a desencadenar posteriormente una segunda reacción exotérmica en un segundo material de soldadura, en el que el contenedor metálico es un casquillo metálico eléctricamente conductor que se contempla sea conectable a un primer polo de una salida de potencia de un generador de tensión: la tapa del casquillo metálico es de un material eléctricamente aislante y que preferiblemente no se deforme con el calor, como por ejemplo DM: la base inferior del casquillo metálico presenta una abertura por la que cae el primer material de soldadura iniciador en estado incandescente cuando se ha desencadenado la reacción exotérmica hacia un segundo material de soldadura alojado en el molde de soldadura desencadenando una segunda reacción exotérmica en el segundo material de soldadura; la cámara interna del contenedor metálico comprende una pared interna dimensionada para alojar el primer material de soldadura en forma de pastilla sólida y adaptada para poner la pastilla del primer material de soldadura en contacto eléctrico con la pared interna de la cámara interna. Preferiblemente el perímetro interno de dicha pared interna es complementario al perímetro externo de la pastilla del primer material de soldadura; los medios de ignición comprenden un electrodo que atraviesa la tapa del casquillo metálico y comprende un contacto superior conectable a un segundo polo de la salida de potencia del generador de tensión, preferiblemente de latón o un material estañado, y un contacto inferior en forma de filamento susceptible de estar en contacto eléctrico con la pastilla del primer material de soldadura, pudiendo estar conectados los contactos superior e inferior por un tramo de conexión del que emerge el filamento; el filamento es de un material que tiene una temperatura de fusión superior a la temperatura de ignición del primer material de soldadura, y se contempla la posibilidad de que sea el propio filamento conectable al segundo polo de la salida de potencia del generador de tensión ; sobre la base inferior del casquillo metálico se apoya un elemento asegurador en el perímetro interno de la cámara interna y bajo la pastilla del primer material de soldadura cuando ésta está alojada en la cámara interna del casquillo metálico antes de la reacción exotérmica para asegurar que la pastilla contacta de manera óptima con el filamento.
El elemento asegurador puede estar hecho de un material que se funde parcial o totalmente con motivo de la reacción exotérmica, y puede ser un muelle helicoidal guiado en la cámara interna del casquillo metálico y comprimido por la pastilla del primer material de soldadura, que se libera cuando ésta va cayendo en estado incandescente hacia la base inferior del molde de soldadura por la abertura preferiblemente central y en la base inferior del casquillo metálico. Cuando se aplica a este dispositivo de encendido una intensidad de corriente suficiente para llevar a incandescencia y fundir el filamento del electrodo, el filamento llega a una temperatura superior a la temperatura de ignición necesaria para desencadenar la primera reacción exotérmica en la pastilla del primer material de soldadura, reacciona y cae sobre el segundo material de soldadura provocando su ignición. El fundido resultante cae y realiza las conexiones a nivel molecular con los materiales a soldar. En el momento de la fusión del filamento, se corta el flujo eléctrico entre el electrodo y el casquillo metálico. En términos generales el primer material de soldadura en forma de pastilla tiene la función de material iniciador de la reacción del segundo material de soldadura que puede estar materializado en forma de polvo o preferiblemente en forma de pastilla.
En este último caso en que ambos materiales sean dos pastillas y dadas las funciones únicamente iniciadoras del primer material de soldadura, las dimensiones de éste pueden ser más reducidas que las del segundo material de soldadura, pero lo suficientes grandes para que una vez fundido permita la reacción del segundo material de soldadura. En caso de que no estuviera presente el primer material de soldadura y dada la diferencia de tamaño entre ambas pastillas, el filamento no sería capaz de fundir la pastilla correspondiente al segundo material de soldadura.
Para ello, las pastillas del primer y segundo material de soldadura tienen, preferiblemente la misma composición en cuanto a sus componentes esenciales que los materiales de soldadura convencionales pero en distintas proporciones de manera que para que la compactación idónea de uno o ambos materiales de soldadura sea funcional, preferiblemente el óxido del metal reactante deberá ser obtenido de un metal de partida en polvo, como por ejemplo cobre, más particularmente cobre electrolítico de características físico-químicas preferentes con una granulometría o tamaño de partícula no superior a 1000 mieras, densidad aparente comprendida entre
1 ,25 y 1 ,9 gr/cm3 y pureza no inferior al 99,5%. Este óxido una vez obtenido comprende el 40-60% de la mezcla final del material de soldadura.
Adicionalmente a dicho óxido preferiblemente se le aportan cantidades del metal de partida de similares características a las descritas, en no más de un 20-25% de la composición total.
El resto de materiales de la reacción y aleantes de manera preferente no superan 1 mm. de diámetro, mientras el fundente debe adecuar su tamaño de partícula al del metal de partida, no superando el 10% en peso de la mezcla final.
Pueden fabricarse mediante métodos en sí conocidos, por ejemplo, mediante compresión y conformación de polvos de los componentes del material de soldadura, previamente homogeneizado, eventualmente con adición de ligantes que no influyen negativamente en la reacción exotérmica. Tales pastillas presenta la ventaja de que mantienen la concentración de reactivos en todo su volumen estacionario evitando los problemas de diferencias de concentración causados por los diferentes pesos moleculares de los componentes del material de soldadura.
El material del filamento puede estar seleccionado entre metales de transición del grupo 6, aleaciones de los mismos y aleaciones de al menos un metal de transición con al menos otro elemento que no es un metal de transición. Preferentemente, el material del filamento es de un material que tiene una temperatura de fusión entre 2.500°C y 4.000°C, y más preferentemente una temperatura de fusión de 3.500°C +200°C. Particularmente, el material del filamento puede estar seleccionado entre tungsteno y aleaciones que comprenden tungsteno, entre estos preferiblemente tungsteno-cobre, para dotar el filamento de cierta flexibilidad. Se prefiere que el filamento sea de un material que llegue a su temperatura de fusión cuando se le aplica una comente entre 4 y 10 amperios, preferentemente en menos de 10 segundos. El tramo de conexión del electrodo puede comprender un orificio ciego en el que está montada una parte superior del contacto inferior.
El casquillo metálico puede ser cilindrico, la cámara interna anular y la abertura del casquillo metálico circular. La disposición preferente del casquillo metálico será al menos parcialmente en el molde de soldadura, contando dicho molde con su propia tapa o una tapa independiente que cuente con medios de adaptación a la boca superior del molde. La base superior del casquillo metálico comprende un ala perimetral de apoyo. El casquillo metálico con sus componentes puede estar fabricado entre otros, en aluminio, cobre o una combinación de los mismos o incluso como contenedor fungible al menos parcialmente a modo de cartucho precargado con una pastilla del primer material de soldadura que comprende una cantidad mínima del primer material de soldadura necesaria para iniciar el proceso de la primera reacción exotérmica, que al provocar la reacción, cae fundido en forma de gota sobre el segundo material de soldadura que materializa la propia soldadura exotérmica con los materiales a soldar.
El molde para soldaduras exotérmicas comprende, conforme a la invención,
un alojamiento superior para alojar al menos parcialmente un contenedor metálico de un dispositivo de encendido para soldaduras exotérmicas que contiene un primer material de soldadura, un alojamiento inferior para alojar un segundo material de soldadura y conectado con el alojamiento superior para recibir el primer material de soldadura en estado incandescente después de que el dispositivo de encendido ha desencadenado una primera reacción exotérmica de manera que el primer material de soldadura incandescente desencadene una segunda reacción exotérmica en el segundo material de soldadura; una zona de soldadura inferior diseñada para disponer conductores a soldar mediante soldadura exotérmica; un paso vertical inferior que conecta el alojamiento inferior con la zona de soldadura, para permitir que el material de soldadura fundido por la segunda reacción exotérmica caiga sobre los conductores a soldar; habiéndose previsto que el alojamiento superior esté diseñado para alojar al menos parcialmente el contenedor metálico del dispositivo de encendido para soldaduras exotérmicas que comprende las características del dispositivo de encendido anteriormente descrito.
En una realización preferente, el alojamiento inferior del molde está diseñado para alojar el segundo material de soldadura también en forma de pastilla sólida pero de dimensiones mayores que la pastilla del primer material de soldadura. En este caso, el alojamiento inferior puede comprender una base anular inferior en la que se apoya la pastilla sólida del segundo material de soldadura y que comprende una abertura preferiblemente central en la que desemboca el paso vertical inferior hacia el alojamiento inferior. Preferentemente, el molde también comprende una tapa superior eléctricamente conductora diseñada para rodear y contactar el casquillo metálico del dispositivo de encendido, y que es, conectable al primer polo de la salida de potencia del generador de tensión.
El aparato para soldaduras exotérmicas conforme a la invención comprende el dispositivo de encendido y el molde conforme a la invención, así como medios de ignición destinados a aplicar la energía eléctrica necesaria para desencadenar la primera reacción exotérmica. Los medios de ignición pueden comprender un dispositivo electrónico de ignición remoto que integra el generador de tensión con la salida de potencia conectable por dicho primer polo al casquillo metálico mediante un primer cable conductor y al contacto superior del electrodo mediante un segundo cable conductor, siendo el dispositivo electrónico de tensión capaz de suministrar una intensidad de corriente suficiente durante un tiempo suficiente para fundir el filamento. Tal dispositivo electrónico de ignición puede comprender una batería de una tensión nominal de 3 a 12V, preferentemente de 6V, con un contacto negativo conectable al primer polo de la salida de potencia del generador de tensión, y un contacto positivo conectado al segundo polo de la salida de potencia y una resistencia interconectada entre el contacto positivo de la batería y dicho segundo polo de la salida de potencia, así como un dispositivo de carga conectable a una fuente de alimentación externa, y un relé interconectado entre el contacto positivo de la batería, la resistencia y el dispositivo de carga, para conectar el contacto positivo de la batería selectivamente al dispositivo de carga (para cargar la batería), o al segundo polo de la salida de potencia para suministrar energía al filamento. Además, este dispositivo electrónico de ignición comprende un microcontrolador conectado al contacto positivo de la batería, al dispositivo de carga y al relé para controlar la carga de la batería y la energía saliente por la salida de potencia. Este microcontrolador comprende además un temporizador para mantener el suministro de energía a la salida de potencia durante un tiempo de suministro suficiente para lograr la fusión del filamento y desencadenar la reacción exotérmica en el primer material de soldadura.
Preferentemente, el dispositivo electrónico de ignición también comprende un pulsador de encendido/apagado conectado al contacto positivo de la batería y al microcontrolador para selectivamente encender y apagar el dispositivo electrónico de ignición, así como al menos un pulsador activador conectado al contacto positivo de la batería y al microcontrolador para activar selectivamente el suministro de energía a la salida de potencia. Pueden estar previstos dos pulsadores activadores conectados en paralelo que activan el suministro de energía a la salida de potencia sólo cuando son pulsados simultáneamente.
Para proporcionar una visual ización del estado operativo en el que se encuentra el dispositivo electrónico de ignición, éste puede estar provisto de uno o más indicadores luminosos seleccionados entre un indicador luminoso de espera conectado al microcontrolador que se ilumina cuando el dispositivo electrónico de ignición está encendido, un indicador luminoso de activación conectado al microcontrolador que se ilumina cuando el suministro de energía a la salida de potencia está activado, un indicador luminoso de carga conectado al dispositivo de carga que se ilumina cuando el dispositivo de carga está cargando la batería, y un indicador luminoso de estado de carga conectado al microcontrolador que se ilumina cuando el microcontrolador detecta que la carga de batería está por debajo de un umbral de carga predeterminado. Preferentemente, los indicadores luminosos son diodos emisores de luz (LED). Para evitar, o al menos reducir, riesgos para la persona que realiza la soldadura, el dispositivo electrónico de ignición preferentemente comprende al menos un avisador de alerta, seleccionado entre avisadores luminosos, avisadores sonoros y combinaciones de los mismos, conectado al microcontrolador, que se activa cuando se inicia el suministro de energía a la salida de potencia y se mantiene activado hasta al menos cuando la reacción exotérmica del primer material de soldadura ha finalizado. El microcontrolador puede estar programado para mantener activado el avisador de alerta durante un periodo de tiempo de seguridad posterior a la finalización de la primera reacción exotérmica y. opcionalmente, también de la segunda reacción exotérmica, correspondiente a un tiempo de enfriamiento que precisa el molde hasta enfriarse hasta una temperatura segura que no implica riesgo de daños para una persona que se acerque al molde de soldadura. Alternativa o complementariamente, el microcontrolador puede estar programado para mantener activado el avisador de alerta hasta que un sensor de temperatura detecta, después de la finalización de las reacciones exotérmicas, una temperatura segura del molde que no implica riesgo de daños para una persona que se acerque al molde.
De acuerdo con lo que se desprende de lo anterior, la presente invención supera los inconvenientes de los sistemas para procesos de soldadura exotérmica de forma eficaz, segura y sencilla.
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A continuación se describen aspectos y realizaciones de la invención sobre la base de unos dibujos esquemáticos, en los que la figura 1 es una vista parcialmente seccionada, en perspectiva superior de una realización de un dispositivo de encendido conforma a la presente invención; la figura 2 es una vista en alzado lateral, también parcialmente seccionada, del dispositivo de encendido mostrado en la figura 1 ; la figura 3 es una vista parcialmente seccionada en perspectiva inferior del dispositivo de encendido mostrado en las figuras 1 y 2; la figura 4 es una vista en detalle de una realización del electrodo comprendido en el dispositivo de encendido mostrado en las figuras 1 a 4; la figura 5 es una vista parcialmente seccionada en perspectiva superior de una realización del molde de soldadura conforme a la invención; la figura 6 es una vista seccionada en alzado lateral del molde de soldadura mostrado en la figura 5; la figura 7 es una vista de una realización del aparato conforme a la presente invención que incorpora el dispositivo de encendido mostrado en las figuras 1 a 4 y el molde de soldadura mostrado en las figuras 5 y 6; la figura 8, es un plano de conexiones de una realización del dispositivo electrónico de ignición remoto.
En estas figuras aparecen referencias numéricas que identifican los siguientes elementos:
1 casquillo metálico
1 a base superior del casquillo metálico
1 b base inferior del casquillo metálico
1 c cámara interna
1 d abertura casquillo
2 tapa casquillo
3 muelle helicoidal
4 primer material de soldadura (iniciador)
4a segundo material de soldadura
5 electrodo
5a contacto superior
5b contacto inferior en forma de filamento
5c tramo de conexión
5d orificio ciego
6 ala perimetral de apoyo.
7 molde de soldadura
7b base inferior
7c zona de alojamiento superior
7d alojamiento inferior
7e zona de soldadura
7f paso vertical inferior
7g base anular de apoyo inferior
7h abertura molde
7i zona de inserción
8 conector a la tapa 8a pinza al electrodo
9a primer cable conductor
9b segundo cable conductor
10 dispositivo electrónico de ignición remoto
1 1 resistencia
12 dispositivo de carga
13 fuente de alimentación externa
14 conector de alimentación externa
15 indicador luminoso de espera
16 indicador luminoso de estado de carga
17 indicador luminoso de carga
18 indicador luminoso de activación
19 avisador de alerta
20 pulsador de encendido/apagado
213., 21 b pulsadores activadores
22 microcontrolador
23 relé
24 salida de potencia
24a primer polo de la salida de potencia
24b segundo polo de la salida de potencia
25 batería
25a contacto positivo
25b contacto negativo
26 conductores a soldar
27 tapa superior
Modos de realizar la invención
En la realización mostrada en las figuras 1 a 4, el dispositivo de encendido comprende un casquillo metálico -1 - cilindrico eléctricamente conductor que comprende una base superior -1 a- con un ala perimetral -6- obturada por una tapa -2- de material eléctricamente aislante, una base inferior -1 b- y una cámara interna -1 c- anular en la que se aloja el primer material de soldadura -4- en forma de pastilla sólida o compactada. La base inferior -1 b- del casquillo metálico -1 - presenta una abertura -1 d- central y circular por la que puede caer el primer material de soldadura -4- en estado incandescente hacia el molde de soldadura -7- cuando se ha desencadenado la primera reacción exotérmica. La cámara interna -1 c- comprende una pared interna dimensionada para alojar el primer material de soldadura -4- en forma de pastilla sólida y con un perímetro interno complementario al perímetro externo de la pastilla del material de soldadura -4-, para poner la pastilla del material de soldadura -4- en contacto eléctrico con la pared interna de la cámara interna -1c-.
Sobre la base inferior -1 b- del casquillo metálico -1 - se apoya un muelle helicoidal -3- guiado en el perímetro interno de la cámara interna -1c- y comprimido por la pastilla del primer material de soldadura -4- alojada en la cámara interna -1 c- del casquillo metálico -1 - antes de la reacción exotérmica. El muelle helicoidal -3- se libera cuando el primer material de soldadura -4- va cayendo en estado incandescente verticalmente por el paso definido por las espiras del muelle helicoidal hacia el segundo material de soldadura -4a- (figuras 5, 6) por la abertura -1 d- de la base inferior -1 b- del casquillo metálico -1 -, y, al librarse, se expande hacia arriba raspando la pared interna de la cámara interna -1 c- del casquillo metálico -1 -.
El dispositivo de encendido comprende además medios de ignición que comprenden un electrodo -5- que atraviesa la tapa -2- del casquillo metálico -1 - y que comprende un contacto superior -5a- y un contacto inferior en forma de filamento -5b- el cual está en contacto eléctrico con la pastilla de material de soldadura -4-. El contacto superior - 5a- y el filamento -5b-están, conectados por un tramo de conexión -5c- del que emerge el filamento -5b- que está montado en un orificio ciego -5d- del tramo de conexión -5c-.
El filamento -5b- es de un material que tiene una temperatura de fusión superior a la temperatura de ignición del material de soldadura -4-, como por ejemplo de tungsteno que tiene una temperatura de fusión de 3422°C y que llega a esa temperatura de fusión cuando se le aplica una corriente entre 4 y 10 amperios durante 2 a 5 segundos como mínimo. El molde -7- para soldaduras ¡lustrado en las figuras 5 y 6, comprende un cuerpo paralelepipédico con una tapa superior -27- de material eléctricamente conductor, así como una base inferior -7b-. La tapa superior -27- comprende una abertura superior (no representada) central y cilindrica por la que se inserta el casquillo metálico -1 - del dispositivo de encendido descrito anteriormente con referencia a las figuras 1 a 4, de manera que el casquillo metálico -1 - queda ubicado al menos parcialmente en la zona de alojamiento -7c- del molde, con el ala perimetral -6- sobre la propia tapa -27- del molde. En el interior del casquillo metálico -1 - está dispuesta una pastilla del primer material de soldadura -4-.
Debajo de la zona de alojamiento superior -7c- del molde, se encuentra un alojamiento inferior -7d- para alojar una pastilla de un segundo material de soldadura -4a- comunicado con el alojamiento superior -7c- para recibir el primer material de soldadura -4- en estado incandescente después de que el dispositivo de encendido haya desencadenado la primera reacción exotérmica, de manera que el primer material de soldadura -4- incandescente desencadena una segunda reacción exotérmica en el segundo material de soldadura -4a-. El alojamiento inferior -7d- está diseñado para alojar el segundo material de soldadura -4a- en forma de pastilla sólida de dimensiones mayores que la pastilla del primer material de soldadura -4- y comprende una base anular inferior -7g- en la que se apoya la pastilla sólida del segundo material de soldadura -4a- y que comprende una abertura -7h- en la que desemboca un paso vertical inferior -7f- hacia el alojamiento inferior -7d-. El paso vertical inferior -7f- comunica el alojamiento inferior con una zona de soldadura -26e- para permitir que el material de soldadura -4, 4a- fundido por la segunda reacción exotérmica caiga a una zona de soldadura -7e- inferior sobre la zona de unión done los conductores a soldar -26- debe soldarse mediante la soldadura exotérmica. Los conductores a soldar -26- están inmovilizados de forma en sí convencional en una zona de inserción -7i- localizada encima de la base inferior -7b- del molde -Ί-. La tapa superior -27- eléctricamente conductora rodea y contacta el casquillo metálico
-1 - del dispositivo de encendido, y está provista de un conector -8- conectado, a través de un primer cable conductor -9a-, a un primer polo -24a- de una salida de potencia -24- de un dispositivo electrónico de ignición -10- remoto que integra un generador de tensión (figura 7). A su vez, el contacto superior -5a- del electrodo -5- está conectado, mediante una pinza -8a- y un segundo cable conductor -9b- a un segundo polo -24b- de la salida de potencia -24- del dispositivo electrónico de ignición -10- (figura 7). El dispositivo electrónico de tensión -10- es capaz de suministrar energía suficiente para fundir el filamento -5b-, como por ejemplo una corriente de 4 a 10 A durante al menos 2 a 5 segundos.
La figura 8 muestra una realización del dispositivo electrónico de ignición -10-, en la que éste comprende una batería -25-, como por ejemplo una batería de 6V, un dispositivo de carga -12- conectable a una fuente de alimentación externa -13- a través de un conectar de alimentación externa -14-; un relé -23-, una resistencia 1 1 - y un microcontrolador -22-, integrados en una carcasa. La batería -25- tiene un contacto negativo -25a- conectable al primer polo -24a- y un contacto positivo -25b- conectado al segundo polo -24b- de la salida de potencia -24-. La resistencia -1 1 - está interconectada entre el contacto positivo -25b- y dicho segundo polo -24b-, mientras que el relé -23- está interconectado entre el contacto positivo -25b- de la batería -25-, la resistencia -1 1 - y el dispositivo de carga -12-, para conectar el contacto positivo - 25b- de la batería -25- selectivamente al dispositivo de carga -12- para cargar la batería -25-, o al segundo polo -24b- de la salida de potencia -24- para suministrar energía al filamento -5b-. Por otra parte, el microcontrolador -22- está conectado al contacto positivo -25b- de la batería -25-, al dispositivo de carga -12- y al relé -23- para controlar la carga de la batería -25- y la energía saliente por la salida de potencia -24-. Asimismo, el microcontrolador -22- comprende un temporizador para mantener el suministro de energía a la salida de potencia -24- durante un tiempo de suministro suficiente para lograr la fusión del filamento -5b- y desencadenar la reacción exotérmica en el material de soldadura -4-.
El dispositivo electrónico de ignición -10- comprende además un pulsador de encendido/apagado -20- conectado al contacto positivo -25b- de la batería -25- y al microcontrolador -22- para selectivamente encender y apagar el dispositivo electrónico de ignición así como dos pulsadores activadores -21 a, 21 b- conectados en paralelo entre el contacto positivo -25b- de la batería -25- y el microcontrolador -22- para selectivamente activar el suministro de energía a la salida de potencia -24- cuando son pulsados simultáneamente. Adicionalmente, el dispositivo electrónico de ignición - 10- comprende un indicador luminoso de espera -15- conectado al microcontrolador -22- que se ilumina cuando el dispositivo electrónico de ignición -10- está encendido; un indicador luminoso de activación -18- conectado al microcontrolador -22- que se ilumina cuando el suministro de energía a la salida de potencia -24- está activado; un indicador luminoso de carga -17- conectado al dispositivo de carga -12- que se ilumina cuando el dispositivo de carga -12- está cargando la batería -25-; y un indicador luminoso de estado de carga -16- conectado al microcontrolador - 22- que se ilumina cuando el microcontrolador -22- detecta que la carga de batería - 25- está por debajo de un umbral de carga predeterminado.
Estos indicadores luminosos son, preferentemente, diodos emisores de luz (LED) que emiten luz de distintos colores.
El dispositivo electrónico de ignición -10- comprende asimismo un avisador de alerta -19- sonoro, conectado al microcontrolador -22-, que se activa cuando se inicia el suministro de energía a la salida de potencia -24- y se mantiene activado hasta al menos cuando la reacción exotérmica del material de soldadura -4- ha finalizado y durante un periodo de tiempo de seguridad posterior a la finalización de la reacción exotérmica, correspondiente a un tiempo de enfriamiento que precisa el molde hasta bajado a una temperatura segura que no implica riesgo de daños para una persona que se acerque al molde, para lo cual el microcontrolador -22- puede contar con un temporizador y/o un sensor de temperatura que detecta, después de la finalización de la reacción exotérmica, una temperatura segura del molde que no implica riesgo de daños para una persona que se acerque al molde.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de encendido para soldaduras exotérmicas que comprende un contenedor metálico alojable al menos parcialmente en un molde de soldadura, comprendiendo el contenedor metálico una base superior obturada por una tapa, una base inferior y una cámara interna para alojar un primer material de soldadura que tiene una temperatura de ignición, y medios de ignición para desencadenar una primera reacción exotérmica en el primer material de soldadura destinado a desencadenar una segunda reacción exotérmica en un segundo material de soldadura alojado en el molde de soldadura, caracterizado porque el contenedor metálico es un casquillo metálico (1 ) eléctricamente conductor, conectable a un primer polo (24a) de una salida de potencia (24) de un generador de tensión; la tapa (2) del casquillo metálico (1 ) es de un material eléctricamente aislante: la base inferior (1 b) del casquillo metálico (1 ) presenta una abertura (1 d) por la que cae el primer material de soldadura (4) en estado incandescente hacia el segundo material de soldadura (4a) alojado en el molde de soldadura (7) cuando se ha desencadenado la primera reacción exotérmica; la cámara interna (1 c) comprende una pared interna dimensionada para alojar el primer material de soldadura (4) en forma de pastilla sólida y adaptada para poner la pastilla del primer material de soldadura (4) en contacto eléctrico con la pared interna de la cámara interna (1c); los medios de ignición comprenden un electrodo (5) que atraviesa la tapa (2) del casquillo metálico (1 ) y comprende un contacto superior (5a) conectable a un segundo polo (24b) de la salida de potencia (24) del generador de tensión y un contacto inferior en forma de filamento (5b) susceptible de estar en contacto eléctrico con la pastilla del primer material de soldadura (4); el filamento (5b) es de un material que tiene una temperatura de fusión superior a la temperatura de ignición del primer material de soldadura (4); sobre la base inferior (1 b) del casquillo metálico (1 ) se apoya un elemento asegurador del contacto (3) de la pastilla del primer material de soldadura (4) con el filamento (5b).
2. Dispositivo de encendido, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el segundo material de soldadura (4a) tiene forma de pastilla sólida.
3. Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicación anteriores, caracterizado porque la composición del primer y/o segundo material de soldadura (4, 4a) comprende entre un 40-60% de un óxido de un metal reactante obtenido de un metal de partida en polvo con una granulometría no superior a 1000 mieras, densidad aparente comprendida entre 1 ,25 y 1 ,9 gr/cm3 y una pureza no inferior al 99,5%, aptas para su compactado.
4. Dispositivo de encendido, según la reivindicación 3, caracterizado porque el metal de partida en polvo es cobre, preferiblemente cobre electrolítico.
5. Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, caracterizado porque el óxido del metal reactante comprende adicionalmente una cantidad del metal de partida que no supera un 20-25% de la composición total del primer y/o segundo material de soladura (4, 4a).
6. Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque la composición del primer y/o segundo material de soldadura (4, 4a) comprende unos materiales aptos para provocar la reacción y unos aleantes que de manera preferente no superan 1 mm. de diámetro y un fundente cuyo tamaño de partícula debe ser adecuado al del metal de partida en polvo, no superando el fundente el 10% en peso de la mezcla final.
7. Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento asegurador de contacto (3) comprende un muelle helicoidal (3) guiado en el perímetro interno de la cámara interna (1 c) y comprimido por la pastilla del material de soldadura (4) cuando ésta está alojada en la cámara interna (1 c) del casquillo metálico (1 ) antes de la reacción exotérmica y que se libera cuando el material de soldadura (4) va cayendo en estado incandescente hacia el molde de soldadura (7) por la abertura (1 d) de la base inferior (1 b) del casquillo metálico (1 ).
8. Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el casquillo metálico (1 ) es cilindrico.
9. Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cámara interna (1 c) es anular.
10. Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la base superior (1 a) del casquillo metálico (1 ) comprende un ala perimetral (6) de apoyo.
1 1 . Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material del filamento (5b) está seleccionado entre metales de transición del grupo 6, aleaciones de los mismos y aleaciones de al menos un metal de transición con al menos otro elemento que no es un metal de transición.
12. Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material del filamento (5b) es de un material que tiene una temperatura de fusión entre 2.500°C y 4.000°C.
13. Dispositivo de encendido, según la reivindicación 12, caracterizado porque el material del filamento (5b) es de un material que tiene una temperatura de fusión de 3.500°C ±200°C.
14. Dispositivo de encendido, según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque el material del filamento (5b) está seleccionado entre tungsteno y aleaciones que comprenden tungsteno.
15. Dispositivo de encendido, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el filamento (5b) es de un material que llega a su temperatura de fusión cuando se le aplica una corriente entre 4 y 10 amperios.
16. Molde para soldaduras exotérmicas que comprende
Una zona de alojamiento superior (7c) para alojar al menos parcialmente un contenedor metálico (1 ) de un dispositivo de encendido para soldaduras exotérmicas que contiene un primer material de soldadura (4), un alojamiento inferior (7d) para alojar un segundo material de soldadura (4a) y conectado con la zona de alojamiento superior (7c) para recibir el primer material de soldadura (4) en estado incandescente después de que el dispositivo de encendido ha desencadenado una primera reacción exotérmica de manera que el primer material de soldadura (4) incandescente desencadene una segunda reacción exotérmica al caer sobre el segundo material de soldadura (4a); una zona de soldadura (7e) inferior diseñada para disponer conductores a soldar (26) mediante soldadura exotérmica; un paso vertical inferior (7f) que conecta el alojamiento inferior con la zona de soldadura (26e). para permitir que el material de soldadura (4, 4a) fundido por la segunda reacción exotérmica caiga sobre los conductores a soldar (26); caracterizado porque la zona de alojamiento superior (7c) está diseñada para alojar al menos parcialmente el contenedor metálico (1 ) del dispositivo de encendido definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.
17. Molde para soldaduras exotérmicas, según la reivindicación 16, caracterizado porque el alojamiento inferior (7d) está diseñado para alojar el segundo material de soldadura (4a) en forma de pastilla sólida de dimensiones mayores que la pastilla del primer material de soldadura (4).
18. Molde para soldaduras exotérmicas, según la reivindicación 17, caracterizado porque el alojamiento inferior (7d) comprende una base anular inferior (7g) en la que se apoya la pastilla sólida del segundo material de soldadura (4a) y que comprende una abertura (7h) en la que desemboca el paso vertical inferior (7f) hacia el alojamiento inferior (7d).
19. Molde para soldadura exotérmicas, según la reivindicación 16, 17 ó 18, caracterizado porque comprende una tapa superior (27) eléctricamente conductora diseñada para rodear y contactar el casquillo metálico (1 ) del dispositivo de encendido, y que es, conectable al primer polo (24a) de la salida de potencia (24) del generador de tensión.
20. Aparato para soldaduras exotérmicas que comprende un molde y un dispositivo de encendido caracterizado porque
el molde es el molde (7) para soldaduras exotérmicas definido en una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19;
el dispositivo de encendido es el dispositivo de encendido para soldaduras exotérmicas definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.
21 . Aparato para soldaduras exotérmicas, según la reivindicación 20, caracterizado porque comprende un dispositivo electrónico de ignición (10) remoto que integra el generador de tensión con la salida de potencia (24) conectable por dicho primer polo (24a) al casquillo metálico (1 ) mediante un primer cable conductor (9a) y al contacto superior (5a) del electrodo (5) mediante un segundo cable conductor (9b), estando el dispositivo electrónico de ignición (10) diseñado para ser capaz de suministrar una intensidad de corriente suficiente durante un tiempo suficiente para fundir el filamento (5b) del dispositivo de encendido.
22. Aparato para soldaduras exotérmicas, según la reivindicación 21 , caracterizado porque el dispositivo electrónico de ignición (10) comprende una batería (25) con un contacto negativo (25a) conectable al primer polo (24a) y un contacto positivo (25b) conectado al segundo polo (24b) de la salida de potencia (24), y una resistencia (1 1 ) interconectada entre el contacto positivo (25b) y dicho segundo polo (24b); un dispositivo de carga (12) conectable a una fuente de alimentación externa
(13); un relé (23) interconectado entre el contacto positivo (25b) de la batería (25), la resistencia (1 1 ) y el dispositivo de carga (12), para conectar el contacto positivo (25b) de la batería (25) selectivamente al dispositivo de carga (12) para cargar la batería (25), o al segundo polo (24b) de la salida de potencia (24) para suministrar energía al filamento (5b); un microcontrolador (22) conectado al contacto positivo (25b) de la batería (25), al dispositivo de carga (12) y al relé (23) para controlar la carga de la batería (25) y la energía saliente por la salida de potencia (24), comprendiendo el microcontrolador (22) un temporizador destinado a mantener el suministro de energía a la salida de potencia (24) durante un tiempo de suministro suficiente para lograr la fusión del filamento (5b) y desencadenar la primera reacción exotérmica en el primer material de soldadura (4).
23. Aparato para soldaduras exotérmicas, según la reivindicación 22, caracterizado porque el dispositivo electrónico de ignición (10) comprende un pulsador de encendido/apagado (20) conectado al contacto positivo (25b) de la batería (25) y al microcontrolador (22) para selectivamente encender y apagar el dispositivo electrónico de ignición; al menos un pulsador activador (21 a, 21 b) conectado al contacto positivo (25b) de la batería (25) y al microcontrolador (22) para selectivamente activar el suministro de energía a la salida de potencia (24).
24. Aparato para soldaduras exotérmicas, según la reivindicación 23, caracterizado porque el dispositivo electrónico de ignición (10) comprende dos pulsadores activadores (21 a, 21 b) conectados en paralelo que activan el suministro de energía a la salida de potencia (24) sólo cuando son pulsados simultáneamente.
25. Aparato para soldaduras exotérmicas, según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, caracterizado porque el dispositivo electrónico de ignición (10) comprende al menos un indicador luminoso seleccionado entre un indicador luminoso de espera (15) conectado al microcontrolador (22) que se ilumina cuando el dispositivo electrónico de ignición (10) está encendido; un indicador luminoso de activación (18) conectado al microcontrolador (22) que se ilumina cuando el suministro de energía a la salida de potencia (24) está activado; un indicador luminoso de carga (17) conectado al dispositivo de carga (12) que se ilumina cuando el dispositivo de carga (12) está cargando la batería (25); un indicador luminoso de estado de carga (16) conectado al microcontrolador (22) que se ilumina cuando el microcontrolador (22) detecta que la carga de batería (25) está por debajo de un umbral de carga predeterminado.
26. Aparato para soldaduras exotérmicas, según la reivindicación 25, caracterizado porque al menos un indicador luminoso es un diodo emisor de luz.
27. Aparato para soldaduras exotérmicas, según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 26, caracterizado porque el dispositivo electrónico de ignición (10) comprende al menos un avisador de alerta (19), seleccionado entre avisadores luminosos, avisadores sonoros y combinaciones de los mismos, conectado al microcontrolador (22), que se activa cuando se inicia el suministro de energía a la salida de potencia (24) y se mantiene activado hasta al menos cuando la primera y la segunda reacción exotérmica del material de soldadura (4, 4a) han finalizado.
28. Aparato para soldaduras exotérmicas, según la reivindicación 27, caracterizado porque el microcontrolador (22) está programado para mantener activado el avisador de alerta (19) durante un periodo de tiempo de seguridad posterior a la finalización de la primera y de la segunda reacción exotérmica, correspondiente a un tiempo de enfriamiento que precisa el molde hasta enfriarse hasta una temperatura segura que no implica riesgo de daños para una persona que se acerque al molde.
29. Aparato para soldaduras exotérmicas, según la reivindicación 27 ó 28, caracterizado porque el microcontrolador (22) está programado para mantener activado el avisador de alerta (19) hasta que un sensor de temperatura detecta, después de la finalización de la primera y segunda reacción exotérmica, una temperatura segura del molde que no implica riesgo de daños para una persona que se acerque al molde.
30. Aparato para soldaduras exotérmicas, según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 29, caracterizado porque la batería (25) tiene una tensión nominal de 3 a 12V.
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