MXPA96001774A - Metodo y aparato para unir dos piezas de trabajometalicas entre si - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a método para unir dos piezas de trabajo metálicas similares a hojas entre sí, en el cual las piezas de trabajo están unidas entre sípara formar una junta a tope, que comprende las etapas de:fijar las piezas de trabajo similares a hojas en posiciones predeterminadas para la ejecución de las operaciones de unión mediante los pasos de:someter cada una de las piezas de trabajo similares a hojas por un lado a una fuerza magnética que tiene un campo magnético que pasa por dentro del lado de la pieza de trabajo y que regresa por fuera del lado de la pieza de trabajo;y confinar el campo magnético substancialmente a una trayectoria ferromagnética entre la ubicación en donde el campo magnético pasa por dentro y por fuera del lado de la pieza de trabajo;y someter cada una de las piezas de trabajo similares a hojas sobre el otro lado a una presión.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA UNIR DOS PIEZAS DE TRABAJO METÁLICAS ENTRE SI La presente invención se relaciona con un método y aparato para unir dos piezas de trabajo entre sí mediante soldadura, en el cual las piezas de trabajo descansan sobre superficies de soporte, están en particular empalmadas a tope entre sí en sus extremos para formar una unión a tope o están dispuestas en una relación sobrepuesta y están sujetas a la presión desde extremos opuestos a las superficies de soporte. Se conocen diversos procesos de soldadura para unir dos piezas de trabajo entre sí, particularmente para la fabricación de componentes de la carrocería para los vehículos automotores. Especialmente es digno de hacerse notar que la soldadura por láser en el cual las partes metálicas en placas se soldán a tope para formar tableros compuestos. Sin embargo, otros procesos de soldadura se encuentran también dentro del alcance de la invención. Una operación de soldadura por láser se lleva a cabo normalmente de la siguiente manera. Las piezas de trabajo se empalman a tope entre sí en pares, sin orillas preparadas, se colocan sin una presión lateral significativa y se fijan por medio de elementos de sujeción. Una primera aplicación de fuerza a las piezas de trabajo ocurre en esta etapa. Las piezas de trabajo pueden entonces procesarse, por ejemplo se pueden recubrir, como se describe en EP-A 0565846, para llevar a la separación dentro de la tolerancia. Este procesamiento causa una segunda aplicación de una fuerza al sistema de posicionamiento, en el cual pueden ocurrir fuerzas laterales considerables. Finalmente, ocurren adicionalmente efectos de fuerzas que actúan principalmente en forma lateral como resultado de las tensiones térmicas en el proceso de soldadura por láser. Es importante encontrar una forma de bloquear las fuerzas laterales que ocurren. Por ejemplo, si se realiza un pretratamiento por revestimiento o perfilado de acuerdo con EP-A 0565846, la fuerza lateral promedio, es decir la fuerza lateral (horizontal) promedio sobre la longitud de la costura soldada, que ocurre como un resultado de tal pretratamiento puede ser tan alta como -30N/mm. Las tensiones térmicas debidas a la soldadura producen una fuerza lateral promedio adicional de 20N/mm que también necesita ser bloqueada. Esto significa que sobre una pieza de trabajo de aproximadamente 1600 mm de largo, se debe ejercer una presión de sujeción (vertical) de aproximadamente lOt. Para aplicar tal presión a las piezas de trabajo, se requieren impulsores y elementos de alta presión así como estructuras masivas. Estas necesitan construcciones de acero costosas y motores más grandes si por ejemplo se diseñan para ser transversales. Esto a su vez conduce a problemas estructurales en la máquina en sí, la cual alcanza un tamaño y peso que tiene que tomarse en cuenta cuando máquina se instala. Una posibilidad que se sugiere para realizar la fijación de las piezas de trabajo en forma segura es proporcionar la superficie de la mesa de la máquina y/o elementos de presión con revestimientos de fricción que incrementan el coeficiente de fricción. Sin embargo, solo se pueden obtener mejorías limitadas de esta forma y a su vez tales recubrimientos de fricción es posible que se atasquen con el tipo de suciedad que se presenta en el proceso de soldadura por láser - polvo grasoso debido al enfriamiento subsiguiente con aceite, por ejemplo. El objetivo que yace en la presente invención es desarrollar un método y un aparato del tipo anteriormente mencionado mediante el cual las fuerzas laterales que ocurren se puedan bloquear y las piezas de trabajo se fijen de manera más segura en el proceso de unión, utilizando las mismas estructuras o estructuras aún menos masivas . El método para lograr este objetivo es someter a las piezas de trabajo a una fuerza magnética. Preferentemente las piezas de trabajo se comprimen ambas en contra de una mesa de la máquina y son atraídas magnéticamente por la mesa de la máquina. Por lo tanto, sobre las piezas de trabajo actúan dos fuerzas diferentes. Estas fuerzas no se combinan simplemente, sino que, sorprendentemente, la fuerza de sostén de la pieza de trabajo se incrementa en una cantidad desproporcionada. Esto puede evitar completamente que las piezas de trabajo se deslicen en la operación de soldadura. Un incremento en la presión de sujeción, y la estructura de maquinaria masiva que esto comprende, ya no es necesaria. Además, es factible proporcionar una intensidad de campo magnético que varíe a lo largo de la longitud de la pieza de trabajo. Esto significa por ejemplo que se puede arreglar que la pieza de trabajo sea atraída más fuertemente en el área central que en las áreas marginales en las cuales los elementos de presión tienen una mejor sujeción de la pieza de trabajo. Existen muchas alternativas posibles que deben considerarse como abarcadas en la invención. Un aparato simple, para llevar a cabo el método, tiene por lo menos un elemento magnético en la mesa de la máquina, con el cual se asocia un elemento de presión. El elemento de presión puede ser en forma de abrazaderas en los fjxtremos. Sin embargo, se prefiere utilizar una viga de presión continua que descansa en la pieza de trabajo sobre su longitud completa. Alternativamente, en lugar de un elemento magnético continuo, se pueden arreglar un número de elementos individuales lado a lado.

En el caso de placas delgadas, digamos de 1-4 mm de espesor, puede ser que las líneas de campo pasen a través de la placa. Por lo tanto una capa adicional de material ferromagnético preferentemente se puede proporcionar entre el elemento de presión y la placa, asegurando una formación óptima del campo magnético y del efecto máximo. El elemento de presión en si, donde descansa sobre la placa, se puede realizar de igual forma de material ferromagnético. También es factible someter las piezas de trabajo yuxtapuestas a diferentes orientaciones magnéticas. Esto significa que las piezas de trabajo serán atraídas entre sí en la región de la misma unión de soldadura, reduciendo la anchura de la separación. Esto mejora particularmente la calidad de la costura soldada. También es posible realizar la invención en una arreglo de alimentación continuo de acuerdo a US 5328083, por ejemplo, proporcionando pistas sin fin con imanes. Ventajas, características y particularidades adicionales de la presente invención serán descritas en la siguiente descripción de las modalidades preferidas dadas mediante un ejemplo, y haciendo referencia a los dibujos, en los cuales : la Figura 1 es una vista en planta diagramática de un aparato para unir dos piezas de trabajo entre sí mediante soldadura por láser; la Figura 2 es una vista lateral diagramática del aparato de acuerdo a la Figura 1; la Figura 3 es una vista frontal diagramática de las dos piezas de trabajo con una variante para reducir una separación de unión; la Figura 4 muestra una sección transversal a través del aparato de acuerdo con lo invención que utiliza un manguito para soldar diferentes pares de placas; la Figura 5 es una vista en planta del aparato que se muestra en la Figura 4. Como se muestra en la Figura 1, las dos piezas de trabajo 1.1 y 1.2 serán unidas entre sí, por soldadura, en particular por soldadura de láser. Las dos piezas de trabajo 1.1 y 1.2 descansan con sus extremos empalmados entre sí formando una unión a tope 2. Estos se unen entre sí en la región de la unión a tope 2 por un láser 3 (ver la Figura 2) que dirige un rayo láser 4 sobre esta unión de tope 2. En la Figura 1 un punto de choque se muestra como 5. Ambas piezas de trabajo 1.1 y 1.2 son atravesadas en las dirección x con respecto al láser 3, y un rodillo de perfil 6 se coloca adelante del láser 3 como se describe en detalle en EP-A 0565846. El rodillo de perfil 6 produce una ranura en la región de la unión a tope 2, desplazando el material hacia la unión a tope 2 y así reduciendo la anchura de la unión a tope 2 a un mínimo. Este proceso se denomina, "revestimiento" . Ambas piezas de trabajo 1.1 y 1.2 descansan en una mesa de la máquina 7, que en el presente caso está construida en dos secciones. Una separación 8 se forma entre las dos secciones de la mesa de la máquina 7.1 y 7.2 y el rayo láser 4 es capaz de pasar a través de esta separación. Las piezas de trabajo 1.1 y 1.2 se sujetan a las secciones de la mesa de la máquina 7.1 y 7.2 respectivamente. Esto se realiza proporcionando por lo menos una viga de presión 9.1 y 9.2 sobre cada sección, oprimiendo hacia abajo uniformemente como sea posible a lo largo de toda la longitud de la piezas de trabajo 1.1 y 1.2 respectivamente. Las vigas de presión 9.1, 9.2 pueden someterse a las presiones requeridas por los impulsores de presión 10 correspondientes que actúan en ambos extremos o distribuidos sobre su longitud. Los ejemplos de impulsores de presión adecuados son cilindros hidráulicos o neumáticos, pero también se pueden utilizar elementos de presión hidráulicos o neumáticos, pero también se pueden utilizar elementos de presión eléctricos o mecánicos; no existe la intensión de restringir la idea de la invención en este aspecto. Lo que es significativo para la presente invención es que por lo menos un elemento magnético 11 (ver la Figura 2) deberá incluirse en las secciones de la mesa de la máquina 7.1 y 7.2. Este elemento magnético 11 puede consistir de una placa continua, pero también es factible que este formado por elementos separados pequeños. También es factible que los elementos individuales tengan diferentes orientaciones, y/o sean operados con diferentes intensidades de campos magnéticos . En otra modalidad de la invención de acuerdo con la Figura 3, los dos elementos magnéticos 11.1 y 11.2 en las secciones de la máquina 7.1 y 7.2 tienen diferentes orientaciones. Esto hace posible influir sobre las dos piezas de trabajo 1.1 y 1.2 magnéticamente de manera que se aplica una fuerza magnética en la región de la junta a tope 2 que jala las dos piezas de trabajo 1.1 y 1.2 uniéndolas con lo que se reduce la anchura de la separación de la unión 2. Esto resulta en una mejor costura- soldada. Los experimentos prácticos han demostrado que la fuerza de sostenimiento experimentada por las piezas de trabajo 1.1 y 1.2 de las vigas de presión 9 y los elementos magnéticos 11 es mayor, en una cantidad desproporcionada, que la fuerza de sostenimiento de las vigas de presión o elementos magnéticos actuando en forma individual . Las fuerzas de sostenimiento no son simplemente aditivas sino que se incrementan en una cantidad desproporcionada. Además, se evita el torcimiento u ondulación de las piezas de trabajo 1.1 y 1.2, especialmente después de la soldadura por láser.

Pero sobre todo no es necesario tener construcciones costosas y estructuras masivas para producir una fuerza de sujeción suficiente . También se ha encontrado que el método de fijación seleccionado de las piezas de trabajo 1.1 y 1.2 resulta en una mejor disipación del calor. La Figura 4 es una sección transversal a través de un aparato para llevar a cabo la presente invención. Esta muestra un bastidor de la máquina 16.1, 30 con las extremidades de la parte inferior 16.1 del bastidor diseñadas específicamente 10.1 y 10.2. Una mesa de sujeción o manguito 20 corre sobre el bastidor 16.1, 30 y está soportado en la misma por elementos en forma de C, 20.1, 20.2, 29.1, 29.2. Los imanes 23 forman las superficies de soporte para las placas 1.1 y 1.2. Las zapatas de presión 25, preferentemente de material ferromagné ico, están oprimidas en contra de las placas 1.1, 1.2 por elementos de presión 27. La presión originada por los elementos de presión 27 se combinan con la de los imanes 23 con un efecto más que proporcional, con el resultado de que el arreglo es capaz de sostener más que fuerzas laterales proporcionalmente mayores. La disipación del calor debido a la soldadura en la junta 3 es apoyada por ductos de enfriamiento 24.1 y 24.2. A partir de la Figura 5 se puede observar que el manguito, del cual son visibles dos yugos 29.1 y 29.2, corre a lo largo de toda la longitud del aparato. En el punto mostrado este está en una estación de carga F, a través de la cual pasa a la estación de soldadura S, y de ahí a una estación de descarga E de la cual se separan las piezas de trabajo soldadas. En la estación de soldadura, la unión a tope es revestida preferentemente por una unidad de revestimiento 31 como se describe en EP-A 0565846. La unidad de revestimiento 31 es seguida preferentemente por un monitor de separación 32 permitiendo que el rayo láser 2 localizado junto a la máquina detecte la línea de la separación. Después que la junta a tope ha sido soldada por el láser 33, la costura soldada se trata preferentemente en una unidad de cepillado 34 y se engrasa en una estación de enfriamiento 35. A estos tratamientos sigue una inspección de calidad 36 y de ser necesario, el revestimiento 37. Las piezas de trabajo 1.1 y 1.2 pasan a través de todos estos tratamientos mientras están sujetadas al manguito. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un método para unir dos piezas de trabajo metálicas entre sí, en el cual las piezas de trabajo están en particular empalmadas entre sí para formar una unión a tope y se unen entre sí en la región de esta unión a tope, caracterizado porque, para fijar las piezas de trabajo en su posición predeterminada para la ejecución de las operaciones de unión, estas son sometidas en un lado a una fuerza magnética.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las piezas de trabajo son sometidas en el otro lado a presión.

3. El método de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque las piezas de trabajo son oprimidas en contra de la mesa de la máquina o a los eslabones de un arreglo de tracción sin fin y son atraídos magnéticamente con esto.

4. El método de conformidad con las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque la intensidad del campo magnético se puede variar sobre la longitud de las piezas de trabajo.

5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las piezas de trabajo se someten a campos magnéticos con diferentes orientaciones magnéticas.

6. Un aparato para llevar a cabo el método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende elementos para realizar las operaciones de unión y un dispositivo de soldadura láser para las placas metálicas, y una mesa de sujeción o un arreglo de alimentación continua para las placas que serán soldadas, que también puede guiar las placas en dirección lateral, por elementos de acoplamiento de fricción, caracterizado porque la mesa de sujeción o el arreglo de alimentación continua tiene por lo menos un elemento magnético que actúa sobre la pieza de trabajo.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el elemento de presión está dispuesto en el extremo opuesto de la pieza de trabajo al elemento magnético.

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el elemento de presión comprende una viga de presión impulsada por al menos un impulsor de presión.

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 7 o la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento de presión comprende un material ferromagnético.

10. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicación 6 a 9, caracterizado porque el elemento o elementos magnéticos están incluidos en una mesa de la máquina .

11. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque el elemento magnético está formado por una pluralidad de elementos individuales .

12. El aparato de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque los elementos individuales de el elemento magnético presentan diferentes intensidades de campo.