ES2235214T3 - Dispositivo de union de componentes metalicos usando una boquilla de aportacion alargada y delgada. - Google Patents

Abstract

UN MONTAJE DE BOQUILLA GUIA DE RELLENO DE MATERIAL (12A) PARA ALIMENTAR UN HILO DE METAL FUNDIBLE DE RELLENO (10) U OTRAS FORMAS METALICAS AL INTERIOR DE JUNTAS METALICAS DE REDUCIDA ANCHURA Y CON ASPECTO DE ALTA RELACION (RELACION DE LA PROFUNDIDAD RESPECTO A LA ANCHURA) (2) CON REGULACION Y ESTABILIDAD DE LA POSICION DEL METAL DE RELLENO, MIENTRAS PENETRA EN EL CHARCO DE METAL FUNDIDO. SE DISEÑA EL MONTAJE DE BOQUILLA GUIA DE RELLENO DE MATERIAL CON UNA FORMA NO CIRCULAR DE LA SECCION TRANSVERSAL, DELGADA PERO FIRME, CON SU DIMENSION EN ANCHURA SIGNIFICATIVAMENTE MAYOR QUE SU DIMENSION EN GROSOR, Y SE PUEDE EMPLEAR EN JUNTAS SOLDADAS O FUNDIDAS DE OTRA MANERA DE REDUCIDA ANCHURA PARA PROPORCIONAR LA PRECISION Y ESTABILIDAD REQUERIDAS PARA UNA FIABLE ADICION DE MATERIAL DE RELLENO. DURANTE EL USO CON SOLDADURA, COBRESOLDADURA Y PROCEDIMIENTOS PARECIDOS, EL EXTREMO DE SALIDA DE LA BOQUILLA SE SITUA DENTRO DE LA JUNTA, CERCA DEL FONDO Y PEGADO A LA ZONA A FUNDIR (4). LA DIMENSION EN ANCHURADEL APARATO DE BOQUILLA SE ORIENTA PARALELA A LA PROFUNDIDAD DE LA JUNTA DE SOLDADURA, Y LA DIMENSION EN GROSOR SE ORIENTA PERPENDICULAR A LA PROFUNDIDAD DE LA JUNTA. EL GROSOR DEL APARATO DE BOQUILLA ES MENOR QUE EL GROSOR DE LA JUNTA ENTRE LOS COMPONENTES A FUNDIR CON EL METAL DE RELLENO, PERMITIENDO QUE EL EXTREMO DE SALIDA DE LA BOQUILLA SE ACOPLE DENTRO DE LA JUNTA Y MUY CERCA DEL BAÑO FUNDIDO DURANTE EL PROCEDIMIENTO DE UNION.

Description

Dispositivo de unión de componentes metálicos usando una boquilla de aportación alargada y delgada.

Esta invención se refiere a la soldadura automatizada de componentes metálicos. En particular, esta invención se refiere a la soldadura automatizada en una abertura de poca anchura usando un electrodo plano para soldar.

El agrietamiento de corrosión por tensiones (SCC) ha llevado a la necesidad crítica de reparar o sustituir muchos componentes y tuberías en reactores de agua en ebullición de todo el mundo. Es histórico que las juntas soldadas han sido las zonas con más probabilidad de fallos debido al SCC por sus típicos valores altos de resistencia residual a la tracción y su alto grado de sensibilización térmica en las HAZ. Una solución a este problema es sustituir los componentes con materiales nuevos que tengan mejoras en la composición química. Debido al coste excesivamente alto de la sustitución de algunos componentes, su sustitución tiene que ser duradera. Las sustituciones son en general una instalación de material más nuevo, resistente al SCC, unido al material más viejo susceptible al SCC., por lo que se desean muchísimo, incluso en aquellos casos en los que el procedimiento de unión mejora la tensión residual y las condiciones microestructurales del material más viejo, ya que la eficacia térmica, relativamente baja, y el resultante efecto de sobrecalentamiento, de las prácticas convencionales de unión han sido con frecuencia una de las causas directas de fallo de los componentes viejos.

Así, existe la necesidad de un procedimiento de soldadura mecanizada que produzca juntas soldadas con resistencia al SCC aumentada de una manera muy significativa. Esto se puede conseguir usando sistemas de unión con anchuras de aberturas profundas pero muy estrechas para minimizar la cantidad de calor puesto en el material para soldar, reduciendo de este modo los esfuerzos residuales de tracción en la vecindad de la junta soldada. Otro beneficio es un aumento en la resistencia al SCC de la microestructura de las zonas afectadas por el calor (HAZ) adyacentes a la soldadura.

Además existe la necesidad de un procedimiento de soldadura que disminuya el tiempo de la soldadura, y la correspondiente exposición del personal a las radiaciones hombre-rem, y los costes de producción asociados con el trabajo en un "camino crítico" de una central nuclear en funcionamiento. Las prácticas convencionales de soldadura, incluyendo las usadas en los trabajos in situ, tienen, en general una eficacia térmica global relativamente baja ya que una gran porción del calor entra en la fusión del volumen grande que se requiere de alambre de metal de aportación, en lugar de en la fusión para la unión de las paredes de la junta. Esta condición es un resultado directo de las juntas de anchura innecesaria que se usan. Por el contrario el uso de aberturas muy estrechas para soldar aumenta la productividad debido a eficiencias térmicas y volumétricas más altas en este procedimiento, resultado primordial de los parámetros de entrada térmica reducida y del tipo de junta de anchura reducida, respectivamente.

Una solución usada en la industria de la soldadura para completar las juntas con abertura estrecha en material más grueso, cuando el electrodo y/o el alambre de metal d aportación sobresalen más allá de su medio de sujeción llega a ser excesivo, consiste en hacer que el conjunto de soplete para soldar sea tan fino como sea posible, para que encaje dentro de la junta y que pueda llegar cerca del, o hasta el fondo, y luego hacer que la anchura de la junta sea tan estrecha como posible compatible con esta anchura interna reducida en el soplete. El uso de este estilo de soplete interno todavía da por resultado una junta tan ancha que se debe recurrir a otras técnicas con el fin de hacer que el baño de metal de aportación fundido humedezca, de manera alternativa, ambas paredes, tal como la oscilación lateral de la punta del electrodo o la oscilación lateral del arco magnético, o el uso de una o más pasadas por capa.

La solución consistente en el adelgazamiento del soplete para que encaje dentro de la junta (y en algunos casos, la reducción del dispositivo visor, también) tiene la grave desventaja de que está limitada en la cantidad de reducción de la anchura de la junta que es posible de acuerdo con el tamaño reducido del soplete, lo cual es típico que incluya las provisiones de un portaelectrodos, una copa/boquilla para el gas de soldar, una boquilla guía para la alimentación del alambre metálico (para los procedimientos con electrodo infungible), circuitos para el paso del agua de enfriamiento, según se necesite, y, algunas veces componentes ópticos con cámara de visión, también, cuando se use con procedimientos aplicados a distancia. El resultado neto es una anchura de junta que es considerablemente más grande que la deseada para obtener una anchura de soldadura mínima y, por lo tanto, un volumen de soldadura mínima que se pueda completar con profundidad con un mínimo consumo de calor. La consecución de estos valores mínimos proporciona que los correspondientes esfuerzos residuales a la tracción sean más bajos, el tamaño y la severidad de la zona afectada por el calor se reduzca y que el tiempo de deposición del material de aportación sea más corto.

Las boquillas convencionales de carga están sujetas a deflexiones indeseables. Estas deflexiones pueden ser elásticas o plásticas (permanentes) y pueden ocurrir con alambre metálico con excesiva "carga" (forma helicoidal debido a que está arrollado en un carrete circular) o con el contacto con las paredes de la junta, el manejo manual del equipo para soldadura o cobresoldadura, etc. Las boquillas con sección transversal circular y de diámetro más grande que, por lo común, se usan, aunque son bastante fuertes para resistir las deflexiones inaceptables, limitan la visión dentro de la soldadura, o son demasiado anchas para encajar con facilidad, o para manipularlas como se necesite, dentro de juntas de anchura muy reducida, o ambas cosas. Es típico que la visión esté limitada por una boquilla de diámetro grande ya que la posición para la visión es desde encima de la boquilla y el ángulo de la visión con la superficie de trabajo es alto (por ejemplo, de 45º a 75º), con el fin de mantener que el ángulo de entrada del alambre de aportación sea bajo (por ejemplo, de 15º a 45º).

Para juntas soldadas con una relación menor entre dimensiones (relación entre la profundidad y la anchura de la junta), el tipo convencional circular de guíaalambres se puede posicionar de forma que no se extienda más allá dentro de la junta, con solo un trozo de alambre sin sujeción que sobresalga de la boquilla y entre en la junta. Para los trozos de alambre sin sujetar, relativamente cortos, que se extiendan más allá de la salida de una boquilla, este procedimiento puede ser satisfactorio, aunque el requisito de que el trozo de alambre sin sujetar sea recto llega a ser más importante. Este requisito de rectitud es difícil de conseguir debido a la tendencia inherente a deformarse partiendo de una forma lineal después de que se ha desenrollado de un carrete que es típico que tiene un diámetro pequeño. Sin embargo para juntas extremadamente finas con una relación entre dimensiones más grande, se prefiere que el guíaalambres se extienda hasta cerca del fondo de la junta de forma que la posición del alambre esté localizada con más precisión y consistencia con respecto a la porción objetivo del baño de fusión de la soldadura, y con respecto a la punta del electrodo (para los procedimientos con electrodo infungible).

En el documento CA-A-1055120 se da a conocer un conjunto de boquilla guíamaterial de aportación con una forma transversal acircular adaptada para encajar en una abertura para soldar de anchura reducida, que comprende:

una boquilla para guiar un material de alambre de metal de aportación hasta una localización deseada dentro de la abertura de la soldadura, desde una localización fuera de la abertura de la soldadura, dicha boquilla teniendo una salida para el material de aportación en un extremo distal de la misma, y con un canal de sección transversal circular constante del mismo diámetro que dicha salida y casi del mismo diámetro que dicho alambre y que se comunica con dicha salida, y

un miembro rigidizador en el que dicha boquilla y dicho miembro rigidizador yacen, en general, en un plano y forman una estructura que es más rígida que dicha boquilla sola.

Según la invención presente, se aportan conjuntos de boquilla guíamaterial de aportación, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 7.

La invención presente es un aparato para alimentar alambre de metal fusible de aportación, u otras formas metálicas, dentro de juntas metálicas de anchura reducida y alta relación entre dimensiones (relación entre la profundidad y la anchura) con control y estabilidad de la posición del metal de aportación a medida que entra en el área del baño de fusión de la soldadura. El conjunto de boquilla guíamaterial de aportación se diseña con una forma de corte transversal acircular fina pero rígida, con la medida de su anchura mayor, de manera muy significativa, que la medida de su espesor, y se puede utilizar en juntas soldadas de anchura muy reducida, o de otro modo, juntas fundidas para proporcionar la precisión y estabilidad que se requieren para la adición de un material de aportación. Este tipo de boquilla se puede aplicar en aquellas situaciones en las que la junta no tiene anchura suficiente para, de otra forma, acomodar una boquilla convencional de sección transversal circular (redonda, tubular) con suficiente resistencia para evitar el riesgo más grande de deflexiones de alabeo indeseables, o para acomodar un conjunto de soplete de soldar fino dentro de la junta.

Durante el uso con soldadura, cobresoldadura y procedimientos similares, el extremo de salida de la boquilla está localizado dentro de la junta próximo al fondo, cerca del área que hay que fundir. El lado de la anchura de la boquilla está orientado en paralelo a la profundidad de la junta soldada, y el lado del grosor está orientado en perpendicular a la profundidad de la junta. El grosor de la boquilla es menor que el espesor de la junta entre los componentes que se van a fundir con el metal de aportación, lo que permite que el extremo de salida de la boquilla encaje dentro de la junta y en una proximidad más cercana al baño de fusión durante el proceso de unión.

Este aparato de boquilla es adecuado para los procedimientos de soldadura automática y mecanizada al arco eléctrico o de tipo de haz energético, tales como el procedimiento con arco de electrodo de tungsteno en atmósfera inerte (GTA) o el procedimiento del haz lasérico. La cobresoldadura se distingue de la soldadura en que los materiales base no se funden hasta cualquier grado importante, ya que en la cobresoldadura el metal de aportación se funde a una temperatura casi más baja que los metales base.

Además, este aparato se puede utilizar de forma beneficiosa por deposición del alambre metálico el cual es un electrodo fungible combinado y un metal de aportación tal como en el procedimiento de soldadura en atmósfera inerte de metal (MIG), o solo un metal de aportación, tal como en el proceso GTA. Otras formas de materiales de aportación consumidos de forma continua o precolocados, tales como polvo o pasta fluidificados, también son convenientes para uso con este aparato. Además de los materiales de aportación, se pueden aplicar otros materiales, tales como fundentes y agentes tensioactivos, con el conjunto de boquilla de esta invención.

El aparato de boquilla de esta invención se puede suspender del bloque del soplete para soldar de una manera convencional. Una ventaja primordial de la boquilla de esta invención es que permite la visión directa o la visualización por cámara a distancia de la porción inferior interna de la junta, sin obstrucción importante alguna de la vista por la boquilla guía de alimentación del material de aportación. En otras ventajas técnicas se incluyen la opción para capacidades multifuncionales que aumentan otras características del procedimiento de unión y de la junta completa. Un ejemplo de esta capacidad es la adición de enriquecimiento de la aleación y de materiales de impurificación para la química local y el correspondiente control de la calidad del material.

En las ventajas de la productividad en la soldadura y otros procedimientos de fusión se incluyen la capacidad para reducir el número de pasadas que se necesitan, al disminuir el volumen de la junta, y, por lo tanto, al disminuir el tiempo y el coste totales del procedimiento. En las ventajas adicionales de la productividad se incluyen la incorporación de operaciones que, de otra manera, se tienen que aplicar en procedimientos independientes antes o después de que se haya implementado el procedimiento de la soldadura, tales como las mediciones de la temperatura y las inspecciones dimensionales.

Ahora se describirán las realizaciones de esta invención, a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 es una vista esquemática que muestra un conjunto de boquilla para material de aportación con rigidizador cilíndrico para uso en una abertura con anchura reducida según una primera realización preferida de esta invención.

La figura 2 es una vista esquemática que muestra un conjunto de boquilla para material de aportación con un diseño segmentado con rigidizador plano según una segunda realización preferida de esta invención.

La figura 3A es una vista esquemática que muestra un conjunto de boquilla para material de aportación con un diseño monolítico con un medio opcional para detección o control.

La figura 3B es una vista esquemática que muestra un conjunto de boquilla para material de aportación con un diseño monolítico similar al de la figura 3A, pero sin un medio para detección o control.

La figura 4 es una vista en corte de lado a lado de una junta soldada de un conjunto de boquilla de material de aportación con una lanza integral para el gas con tubos porosos según una variación de la tercera realización preferida de esta invención.

Las figuras 5 a 10 son vistas detalladas del extremo de salida de cinco variaciones diferentes de un conjunto de boquilla para material de aportación con lanza integral para el gas según la tercera realización preferida de esta invención, incluyendo: una variación con canal poroso (figura 5); una variación con canal poroso de tres paredes (figura 6); una variación con varios tubos (figura 7); una variación con piel porosa (figura 8), una variación con canal ondulado (figura 9) y una variación con distribución del gas por muelle helicoidal (figura 10).

La figura 11 es una vista esquemática mostrando una cámara de gas montada en un conjunto de boquilla para material de aportación con lanza integral para el gas según una cuarta realización preferida de esta invención.

La figura 12A es una vista de frente de una boquilla compuesta para material de aportación y electrodo infungible según una quinta realización preferida de esta invención.

La figura 12B es una vista de costado de un electrodo infungible incorporado a la estructura compuesta ilustrada en la figura 12A.

La figura 13 es una vista detallada en planta de una variación de hilo caliente de la realización preferida mostrada en las figuras 12A y 12B.

El conjunto de boquilla para material de aportación de la invención presente se puede usar formando parte de un sistema de soldadura con arco con electrodo de tungsteno en atmósfera inerte (GTAW) adaptado para soldar una abertura 2 de anchura reducida para formar una junta soldada 4 entre las piezas 6a y 6b, según se ve en al figura 1. El sistema GTAW tiene movimiento mecanizado para el soplete y un electrodo de tungsteno 8 con una geometría diseñada para que encaje en la abertura 2 de anchura reducida. Es preferible que las paredes de la abertura 2 tengan un ángulo agudo de menos de 5º. La boca del electrodo 8 tiene una sección transversal acircular. En particular, la sección transversal de la boca tiene una dimensión alargada que se orienta en paralelo con la longitud de la junta soldada y una dimensión acortada que se orienta en perpendicular a la longitud de la junta, por ejemplo, un cilindro con una sección transversal en general rectangular.

Los cordones de soldadura 4 se depositan dentro de la abertura 2 usando el electrodo 8, fino alargado, de aleación de tungsteno, para fundir el alambre de metal de aportación 10 alimentado en la abertura por medio del conjunto de boquilla 12A para el material de aportación. El electrodo 8 encaja dentro de la abertura 2 con separación entre el electrodo y las paredes laterales. La punta del electrodo 8 está, como opción, cubierta con un recubrimiento cerámico que evita la formación de arcos en las paredes laterales de la abertura 2. El electrodo para soldar 8 está alimentado por medio de un suministro convencional de energía en arco (no ilustrado) para producir un arco primario. El electrodo plano 8 y el conjunto de boquilla plana 12A para el material de aportación, junto con el ángulo de bisel pequeño y los parámetros de soldadura seleccionados producen una junta soldada muy fina. Durante la soldadura, se pueden observar el arco, el baño de fusión de la soldadura y el material de aportación usando una cámara de visualización a distancia 14.

Según una realización preferida de esta invención, el aparato con boquilla 12A para el material de aportación tiene una sección transversal acircular. En particular, la forma de la sección transversal del conjunto de boquilla guíamaterial está diseñada para que sea fina en un sentido perpendicular a la profundidad y longitud de la costura de la soldadura, y ancha en un sentido paralelo a la costura. También, la altura y/o anchura se pueden ahusar a lo largo de la longitud del conjunto de boquilla con el fin de proporcionar tanta rigidez como sea posible hacia el extremo (montado) de entrada, y para que sea tan estrecho y fino como sea posible hacia el extremo de salida. La forma preferida del material de aportación es un alambre continuo, pero puede tener otras formas, tal como un polvo fluidificado con gas. En las figuras 1 a 11 se muestran varios diseños posibles de aparatos de boquilla acircular. También es posible la opción consistente en usar alambre o tira de metal de aportación con sección transversal acircular lo cual aumenta el área superficial y, por lo tanto, acrecienta el área de termotransferencia y la eficacia de la fusión.

En las razones para usar una boquilla acircular (por ejemplo, en forma de cuchilla) se incluyen las siguientes: A) proporcionar una rigidez lateral a la boquilla suficiente para mantener la dirección adecuada de la posición del metal de aportación, mientras que solo proporciona la anchura mínima práctica (en un sentido perpendicular a las paredes) cuando se use en juntas de anchura reducida las cuales, de otro modo, serían demasiado estrechas para su llenado; B) proporcionar una resistencia flexural aumentada en la boquilla tanto paralela como perpendicular a la profundidad de la junta de forma que se mantenga la dirección que se desee en el material de aportación, a pesar del manejo físico inadvertido o de la conducción mecanizada abusiva de la boquilla; C) proporcionar una anchura mínima a la boquilla (en un sentido perpendicular a la costura de la soldadura) de forma que la visión en la junta desde la cámara de visualización de la soldadura a distancia no esté obstruida por la porción de la boquilla que pase por la vista; D) proporcionar suficiente altura en la boquilla (en un sentido paralelo a la profundidad de la junta) para permitir que las multifunciones relacionadas con la unión se implementen de forma simultánea, o que se lleven a cabo funciones sencillas concretas de modo más eficiente y productivo con la misma boquilla que se use para el procedimiento de unión, y E) permitir que la boquilla se extienda cerca del fondo de una junta de anchura muy reducida para las adiciones directas dentro del baño de fusión del metal de aportación. Si el polvo fluidificado se alimenta desde una boquilla más grande que no esté dentro de la junta, se desviaría de una manera excesiva dentro de la junta y resultaría en una pérdida importante de la eficiencia de la deposición de material de aportación dentro del baño.

La boquilla acircular se puede fabricar de una pieza de tubo pequeño 16, que sea circular o no, del que, al menos la punta, esté unida a un par de rigidizadores de varilla o redondo de acero 18 (véase la figura 1) dispuestos en lados opuestos de la misma. Como alternativa solo se puede usar un rigidizador 18. El alambre de metal de aportación 10 se alimenta por medio del tubo 16, estando la boquilla 12A posicionada de tal manera que el extremo del alambre de metal de aportación 10 esté ubicado en el sitio del cordón de soldadura que se tiene que formar.

El tubo 16 (de aquí en adelante "boquilla guíamaterial de aportación") se puede fabricar con tungsteno (tal como el que se produce por medio de la técnica de deposición química de vapor), o de otro material de gran resistencia a la tracción y resistente al desgaste, tal como carburo metálico. El rigidizador 18, así como también la boquilla guíamaterial de aportación 16 se pueden fabricar con carburo, tungsteno, etc. con el fin de producir el conjunto de boquilla más rígido y más resistente al calor y al desgaste que sea práctico, o con acero templado de gran resistencia para obtener el conjunto de boquilla mas duro (resistente a la fractura).

De forma alternativa, un conjunto de boquilla acircular 12B (mostrado en la figura 2) tiene un tubo circular 16 de diámetro muy pequeño unido, a lo largo de su longitud, a un rigidizador tal como el borde de una placa o pieza fina de chapería 22. Otra configuración de rigidizador es una pieza triangular larga fina de lámina de tungsteno (u otro material de gran resistencia a la tracción tal como carburo) que se cobresuelda, suelda, se ata por medios mecánicos, o, de otra forma se une al tubo de la boquilla guíamaterial con el vértice estrecho del triángulo en el extremo de salida del tubo. Esta configuración es la que proporciona la mayor resistencia contra la flexión cuando el conjunto de boquilla se monte en una abrazadera de montaje 24 en forma de ménsula en el lado ancho del triángulo. La abrazadera de montaje 24 está conectada a un aparato de accionamiento (que no se muestra) parar hacer subir y bajar el conjunto de boquilla del material de aportación.

Según otra realización preferida el conjunto de boquilla del material de aportación tiene varias funciones. El conjunto de boquilla del alambre de metal de aportación (u otra forma de material de aportación) puede tener otras funciones además de la de guiar la posición del extremo del alambre de metal en la pieza que se está trabajando, y se puede fabricar partiendo de un conjunto de tubos o se puede construir con otras formas para formar configuraciones con múltiples agujeros (tal como el tipo "panal de miel"). En la figura 3A se muestra una boquilla monolítica de material de aportación 12C con un agujero 26a que sirve de boquilla guíamaterial de aportación y agujeros adicionales que sirven de canales para el gas protector o para medios de detección de la temperatura, tal como un dispositivo de medición de la temperatura por resistencia o una sonda óptica infrarroja de fibras que se empuja a través del conducto. La boquilla guía conduce el material de aportación desde un punto fuera de la abertura de la soldadura hasta la localización que se desee dentro de la abertura, a saber, en las proximidades del baño de fusión de la soldadura. El material de aportación se guía dentro de la boquilla por medio del conducto 20. En la figura 3B se muestra una boquilla monolítica 12C' para material de aportación con solo un agujero 26a que sirve de boquilla guíamaterial de aportación. Esta boquilla 12C' para el material de aportación se fabrica maquinando redondos para formar caras paralelas o planas ligeramente ahusadas en lados opuestos. Como alternativa, la boquilla 12C' se puede fabricar con acero en barras. Las figuras 3A y 3B se tienen que considerar ilustrativas solo, ya que no están protegidas por las reivindicaciones.

En el caso de una realización multitubular, se pueden usar uno o más tubos de rigidizadores mecánicos y, aún, los demás pueden realizar diferentes funciones del procedimiento. Cuando los tubos se usan como rigidizadores mecánicos solamente estas porciones del conjunto se pueden sustituir por barras o varillas sólidas fabricadas con materiales de resistencia muy alta a la tracción y de coeficiente de elasticidad muy alto, tales como acero aleado fundido puro, aleación de tungsteno, etc. (De aquí en adelante la palabra "varilla" se usará para querer decir varillas y/o barras.). Para conseguir la máxima rigidez de la boquilla todas las piezas del conjunto se fabrican con materiales de gran resistencia y gran rigidez. En un diseño multitubular/multivarilla la resistencia al alabeo del conjunto compuesto es muchísimo mayor que la de un tubo individual con un diámetro igual a la anchura del conjunto.

La longitud de los tubos o varillas rigidizadores se puede hacer que sea mucho más corta que la longitud de la boquilla del material de aportación, si se requiriese, con el fin de proporcionar suficiente separación al borde del electrodo y al fondo de la junta. La boquilla se puede localizar en un conjunto simétrico o asimétrico de tubos o varillas rigidizadores, según se requiera, para ajustar estas separaciones al electrodo adyacente y a la superficie de la pieza que se va a soldar.

Según otra realización preferida de esta invención se puede utilizar una lanza para el gas incorporada dentro de una conjunto 12D compuesto de lanza para el gas y boquilla para el material de aportación, para la descarga adicional del gas para soldar (perla fundida en caliente con gas protector y/o gas formador del arco de la soldadura) al área de soldadura local, según se ilustra en la figura 4. En algunas juntas muy profundas, la lanza para el gas puede ser la única fuente de suministro del gas para soldar. Esta configuración puede mejorar la calidad del gas local para soldar cerca de la raíz de la junta minimizando la dilución del gas y puede reducir la velocidad de la corriente total que se requiera para una cobertura suficiente del cordón de soldadura (en comparación con la práctica de suministrar gas desde una taza de gas fuera de la junta).

Una porción muy importante o todo el gas para soldar se puede alimentar de forma directa a la porción inferior de la junta por medio de la lanza para el gas, lo que puede comprender una multiplicidad de tubos integrales de distribución del gas 28, cada tubo con una sección imporosa 28a, la cual actúa de conducto, y una sección porosa 28b, la cual actúa de solo un difusor si el extremo distal está cerrado. La porosidad de la paredes tubulares está indicada por medio de moteado en las figura 4. Los respectivos tubos 28 de la lanza para el gas actúan de conductos/difusores para el paso del gas primario para soldar por medio de la tubería 30 y el colector de gas 32. Como una opción, se puede aportar una corriente de gas auxiliar para soldar desde por encima de la junta por medio una taza convencional para el gas 34 con lente difusora del gas con el fin de proteger el electrodo caliente contra la oxidación, así como también para suplementar la corriente de gas procedente de la lanza dentro de la junta. Las composiciones de los gases que proceden desde encima de la junta y desde dentro de la junta pueden ser diferentes, ya que el gas inerte auxiliar de cobertura del cordón estaría, primordialmente, aportado por una taza convencional para el gas 34, y el gas formador del arco (con propiedades de termotransferencia y potencial ionización adaptadas a las necesidades) así como el gas de cobertura estarían, primordialmente, aportados por la lanza para el gas.

Este nuevo diseño de conjunto de boquilla de gas para soldar que aquí se da a conocer, el cual se puede adaptar a la forma de una lanza compuesta, puede tener una porción hacia el extremo de salida hecha con material tubular poroso reticulado con el fin de reducir la turbulencia con la atmósfera fuera de la junta (reduciendo la velocidad de la corriente local y el número Reynolds), y permitir la corriente tipo laminar dentro de la junta en las proximidades de los cordones depositados. [El número de Reynolds, Re = \rhoVL/\mu, donde \rho es la densidad del fluido, V es la velocidad de la corriente, L es la longitud característica descriptiva del campo de la corriente y \mu es la viscosidad del fluido (laminar o turbulento), se determina por medio del valor del número ilimitado Re]. Los extremos de salida del tubo pueden estar cerrados con material poroso o imporoso con el fin de forzar la salida del gas por los poros en la paredes tubulares, más de lo que ocurriría si el tubo tuviera los extremos abiertos.

En las formas alternativas de construcción del material poroso se incluyen tubo estirado electrograbado o perforado con láser o canal de lados planos, fabricado con chapería, que esté perforado al menos cerca de su extremo de salida y antes o después del conjunto de boquilla. Ejemplos de algunas variaciones de estos diseños se muestran en las figuras 5 a 9.

El conjunto de boquilla guíamaterial de aportación 12E que se muestra en la figura 5 comprende un par de canales 36 de la corriente del gas soldador con extremos abiertos, unidos a lados opuestos de la boquilla guíamaterial de aportación 16, cada canal con una sección porosa 36a (indicada por medio de moteado) y una sección imporosa 36b. Es opcional que los extremos de los canales 36 sean perpendiculares al eje de la boquilla guíamaterial de aportación, según se indica por las líneas discontinuas de la figura 5.

Según una variación más, mostrada en la figura 6, la sección porosa de cada canal de un conjunto de boquilla guíamaterial de aportación 12F puede estar formada por múltiples paredes porosas anidadas una dentro de la siguiente, por ejemplo una pared porosa interna 50 con porosidad de grado grueso, una pared porosa media 52 con porosidad de grado medio y una pared porosa exterior 54 con porosidad de grado fino.

De manera alternativa, el conjunto de boquilla guíamaterial de aportación 12G, mostrado en la figura 7, comprende dos conjuntos de tubos paralelos de distribución del gas 38 unidos a, y que se extienden desde, lados diametralmente opuestos de una boquilla 16 guíamaterial de aportación. Los conjuntos de tubos de distribución del gas pueden ser asimétricos en relación con la boquilla guíamaterial de aportación. Cada tubo 38 tiene una sección porosa 38a (indicada por el moteado) y una sección imporosa 38b, de manera análoga a la de la realización que se ha descrito antes. Los extremos distales de los tubos 38 pueden estar formando ángulo (según se muestra por las líneas continuas en la figura 7) o ser perpendiculares (según se muestra por medio de líneas discontinuas en la figura 7) al eje de la boquilla guíamaterial de aportación, y pueden estar abiertos o cerrados.

Según aún otra realización preferida, mostrada en la figura 8, el conjunto de boquilla guíamaterial de aportación 12H tiene lanza integral que comprende marcos de soporte superior e inferior 40 y 42 unidos a la boquilla 16 guíamaterial de aportación. Una piel porosa 44 se extiende a través de los marcos de soporte 40 y 42 para formar una cámara la cual se llena con gas soldador a presión. La piel porosa puede tomar la forma de un material de chapa de acero inoxidable electroformada o perforada con haz de láser. Una piel imporosa (no mostrada) se puede extender por encima de porciones de los marcos de soporte a distancia de la salida de la boquilla para formar un conducto para llevar el gas soldador hasta la cámara. El gas soldador a presión dentro de la cámara se propaga a través de la piel porosa 44 y llena el volumen circundante de la abertura de la soldadura.

Según otra variación más que se muestra en la figura 9, el conjunto 12I de boquilla guíamaterial de aportación comprende una envuelta fina 46 sostenida por medio de un lomo ondulado 48. Es preferible que las ondulaciones corran paralelas al eje de la boquilla guíamaterial de aportación. Es preferible que los picos y valles de las ondulaciones contacten la superficie interior de la envuelta 46 para proporcionar sujeción y para formar una serie de canales paralelos para la corriente del gas soldador. La envuelta fina 46 tiene una sección porosa 46a (indicada por medio de moteado) y una sección imporosa 46b, de manera análoga a las de las realizaciones antes descritas. El extremo distal de la envuelta 46 puede estar formando ángulo con el, o ser perpendicular al, eje de la boquilla guíamaterial de aportación, y puede estar abierto o cerrado.

Según la variación que se muestra en la figura 10, el conjunto 12J de boquilla guíamaterial de aportación comprende dos juegos de tubos paralelos de distribución del gas 74 unidos a, y que se extienden desde, lados diametralmente opuestos de la boquilla 16, guíamaterial de aportación. Cada tubo 74 tiene una sección de muelle helicoidal 76 unida a su extremo. El extremo del muelle helicoidal está cerrado por un tapón 78 que puede ser poroso. La porosidad del tapón y la tensión constante del muelle se seleccionan de forma que la corriente del gas soldador que se suministra por medio de la tubería 30 y el colector de gas 32 a presión se propague a través de las espiras del muelle helicoidal. Esto crea una corriente laminar del gas dentro de al abertura de la soldadura. Es preferible que los extremos distales de los muelles helicoidales 76 estén forman ángulo (según se ilustra en la figura 10). Según otro perfeccionamiento adicional, la sección de muelle helicoidal puede comprender muelles helicoidales gruesos y finos dispuestos de forma concéntrica.

Según el concepto amplio de la invención presente los conjuntos de dos lanzas se pueden localizar en los lados de avance y de salida del electrodo, con respecto al sentido de desplazamiento del soplete. Estos conjuntos se pueden usar en alternancia en función del sentido de desplazamiento o con simultaneidad con independencia del sentido de desplazamiento, según se necesite, para obtener suficiente corriente para establecer tanto una tensión de arco estable como una cobertura de gran pureza del gas inerte del metal depositado en la soldadura.

Con referencia a la figura 11, se puede usar con eficacia un cerramiento o confinación del gas 52, en el lado de avance o en los lados de avance y de salida del soplete para confinar una porción del gas inerte en la vecindad del área del baño de fusión de la soldadura. Estos cerramientos movibles pueden ser una pieza integrante del conjunto de boquilla del material de aportación, se pueden unir por medios mecánicos a la boquilla, o se pueden montar por separado delante y/o detrás de la boquilla tipo lanza. El cerramiento se podría extender una distancia importante dentro de la junta y también se podría extender de un lado a otro de una fracción muy importante de la anchura de la junta con el fin de minimizar, con eficacia, la contaminación de gas inerte con la atmósfera circundante en la abertura.

Es preferible que los cerramientos estén hechos de un material flexible (con una estructura no flexible de soporte) de manera que se pueda obtener un cierre más eficaz para las superficies interiores de la junta. Un ejemplo de este tipo de cierre es una malla metálica tejida (o tubo o esponja de caucho silicónico), que rellena un muelle helicoidal achaflanado, con una varilla sólida que pase a través de la malla y que se extienda una porción de la longitud del muelle. La varilla se fabrica, por ejemplo, con acero elástico con calibre tan pequeño para que permita que la varilla se flexione. Los cerramientos del gas se pueden montar, para una mayor eficacia en el cierre, de tal manera que estén accionados por resorte en lo sentidos lateral y del fondo para hacer un contacto continuo, en esencia, con las paredes de la junta y la superficie de la raíz.

Con referencia de nuevo a la figura 2, las boquillas opcionales 12b a 12e se pueden usar también para descargar aditivos sólidos al baño de fusión de la soldadura, tales como polvos para los efectos de la aleación, incluyendo la aleación en el sitio con elementos catalíticos de metales nobles (por ejemplo, paladio), enriquecimiento con elementos resistentes al agrietamiento por corrosión (por ejemplo, cromo), o fundentes y agentes tensioactivos para mejorar la penetración y/o humedecimiento de la soldadura. También se pueden introducir aditivos que no se aleen con el material para soldar, pero que, en su lugar, formen una estructura compuesta.

Las boquillas opcionales 12b a 12e de la boquilla monolítica 12c también se pueden usar para descargar la fuente principal o la fuente auxiliar de calor de fusión para los procedimientos de unión, tal como luz lasérica que pase por fibras ópticas en las boquillas. Esta variación puede ser, en especial, útil para trabajar en juntas de anchura muy reducida con sistemas láser con una mayor calidad del haz, que permita enfocar el calor de una manera suficiente para que se aporte por medio de fibra óptica al baño de fusión de la soldadura sin necesidad de objetivos que ocupen espacio al final de la fibra.

El conjunto de boquilla acircular se puede hacer con un electrodo/rigidizador triangular (o en forma de varilla) 56 fabricado con tungsteno u otra aleación a alta temperatura adecuada, que funcione tanto como electrodo infungible para soldadura como rigidizador de la boquilla, según se muestra en las figuras 12A y 12B. Un electrodo/rigidizador de forma triangular, hecho de chapería de aleación de tungsteno, puede aportar un área de corte transversal que sea suficiente, en el lado de su base (ancho), para que pueda, con éxito, resistir un alabeo inaceptable, así como también llevar corriente de arco excepcionalmente alta a pesar de su espesor mínimo. La base del triángulo se tiene que embridar, o de otra manera, se sujeta por medio de un portaelectrodos 58. Es preferible que el portaelectrodos 58 esté fabricado con un material conductor resistente a la oxidación, tal como aleación de cobre (por ejemplo, aleación de cobre con berilio), de forma opcional, galvanoplastiado con plata o níquel. Es preferible que el portaelectrodos tome la forma de cuerpo metálico en forma de T, comprendiendo un vástago 58a y una cruceta 58b. El vástago 58a está conectado a un soplete convencional para soldadura (no mostrado). La cruceta 58b tiene una ranura longitudinal formada para recibir la raíz de la pala triangular con juego suficiente para la inserción y retirada con facilidad. La raíz de la pala se sujeta con seguridad en la ranura de la cruceta apretando un par de tornillos de sujeción 60 dentro de un par correspondiente de agujeros roscados formados en la cruceta. La raíz se puede retirar con facilidad después de que los tornillos se hayan aflojado. Esto permite el cambio rápido de una raíz dañada del electrodo/rigidizador. Como alternativa, en lugar de usar tornillos, la raíz se podría sujetar en su soporte mediante cobresoldadura para crear un conjunto de raíz monolítica, es decir, la raíz no se podría sustituir con facilidad. Es preferible que el cuerpo de la raíz esté cubierto con un material aislante, por ejemplo, Al_{2}O_{3} o Y_{2}O_{3}, para evitar la formación de arcos en las paredes laterales de la abertura de la soldadura. También todos los bordes bastos en la raíz estampada o cortada se desbarban para evitar la formación de arcos. Según la realización preferida, la raíz triangular plana incorpora uno o más separadores aislantes 62. Cada separador 62 está formado por una tira de material aislante, por ejemplo, Al_{2}O_{3} o Y_{2}O_{3}, con una pared periférica cilíndrica y un par de superficies opuestas ligeramente convexas o bordes radiados en cada extremo del cilindro. Como mejor se puede ver en la figura 12B, cada separador aislante 62 sobresale en los dos lados planos de la raíz del electrodo más allá del plano de la superficie de la raíz. Estos separadores sirven para mantener una separación mínima entre las paredes laterales de la abertura de la soldadura y los lados planos de la raíz del electrodo/rigidizador, evitando de este modo los arañazos o el desgaste excesivo del recubrimiento cerámico durante el desplazamiento del electrodo en la abertura de la soldadura. Un arañazo bastante profundo en la superficie recubierta de la raíz eliminará el recubrimiento cerámico, dejando la raíz expuesta a la formación de arcos a lo largo del sitio sin recubrir.

Si la boquilla guíamaterial de aportación 16 es eléctricamente común con el rigidizador 56, entonces el alambre de metal de aportación 10 pasa a ser el electrodo fungible, como en la soldadura en atmósfera inerte de metal (MIG). En este caso, la punta reemplazable 55 (véase la figura 12 A) se puede cambiar. De forma alternativa, si la boquilla 16 está eléctricamente aislada del rigidizador 56, entonces el rigidizador 56 es también un electrodo infungible, como en la soldadura al tungsteno en gas inerte (TIG). En las figura 12A se muestran, por medio de líneas discontinuas, boquillas auxiliares opcionales 64, por ejemplo, para llevar el gas protector inerte.

Según otra variación mostrada en la figura 12C, la boquilla guíamaterial de aportación 16 está soldada al rigidizador 56 y una boquilla 66 para el medio para detectar la temperatura (que no se muestra) está unida al otro lado de la boquilla 16 guíamaterial de aportación. Para el caso en el que el alambre de metal de aportación es tanto un electrodo fungible como un material de aportación, tal como en la soldadura MIG y en la soldadura con fundente por arco ahuecado, la boquilla está diseñada para conducir eléctricamente hacia el alambre de metal con el fin de establecer y mantener un arco desde el extremo de fusión del alambre de metal hasta la pieza a soldar. En esta variación la boquilla esta eléctricamente aislada del resto del soplete para soldar. La boquilla 16 guíamaterial de aportación comprende, en este caso, un conductor eléctrico 68 rodeado por un aislador eléctrico 70, el cual está a su vez rodeado por el tubo estructural 72.

El rigidizador o los rigidizadores se pueden unir al, y hacer que sean eléctricamente comunes con el, aparato de la boquilla guíamaterial de aportación, por medio de cobresoldadura a alta temperatura, soldadura de precisión (por ejemplo, láser, rayo electrónico, resistencia eléctrica), u otro medio sin riesgo de sobrecalentamiento y fusión de la junta o las juntas o del conjunto durante el uso.

Con respecto al aparato anterior de detección y control del procedimiento de soldadura antes mencionado, las boquillas opcionales también se pueden usar para descargar luz visible a la zona de soldadura local para su iluminación para fines de inspección visual o mecánica. La fuente luminosa se puede, para esta finalidad, descargar por medio de una fibra óptica o haz de fibras que pase por una o más boquillas. También se puede usar "luz estructural" para proporcionar información al monitor o para controlar la geometría de la soldadura.

Las boquillas opcionales también se pueden usar para descargar luz invisible (tal como una longitud de onda de infrarrojos) al área local de la soldadura para "iluminarla" para el control, visión de la máquina y otras aplicaciones de inspección ya sea antes, durante o después de cada pasada de unión. La fuente luminosa para esta finalidad se puede también descargar por medio de una fibra óptica o haz de fibras ópticas que pasen por una o más boquillas.

También se puede usar una boquilla adicional o boquillas adicionales con visión por introscopio en miniatura dentro de la junta soldada mientras que se monitoriza la geometría local del cordón de soldadura y del sustrato. Esta configuración se puede usar con el fin de obtener un ángulo lo suficiente ancho o visión de ampliación más grande del baño de fusión de la soldadura y del área adyacente dentro de la junta. Este procedimiento de visión puede ser preferido al que se obtiene con el objetivo de la cámara fuera de la junta, para juntas con anchura reducida, ya que con la configuración para visión externa el campo de visión queda menos restringido por el efecto cortador de las paredes laterales con la anchura preferida de junta estrecha.

Otras boquillas pueden aportar la detección o el control de la posición del procedimiento de soldadura de las características del movimiento del soplete tales como la posición lateral del soplete dentro de la junta, o la posición de la altura por encima del cordón de soldadura, tal como la detección de la altura para aportar la longitud y la tensión del arco seleccionado como en los sistemas de control automático de la tensión (AVC). En estos casos, la detección no se basa en el valor de la tensión del arco, sino más bien en medios independientes tales como en sensores de proximidad contactores ya sean conductores o no conductores.

Con boquillas adicionales equipadas con fibras ópticas, el calor descargado por el rayo láser se puede usar para otras finalidades que no sean la fusión del metal depositado. Ejemplos de tales termofuentes infusibles son la prelimpieza, precalentamiento, limpieza interpasadas y/o el termotratamiento postsoldadura (PWHT) del área de la soldadura con el fin de mejorar el estado microestructural o de tensión residual de la junta, o para reducir el riesgo de termofisuración o diversas formas de agrietamiento retardado.

Según otro aspecto más de la invención presente se puede usar alambre de metal de aportación con forma de sección transversal acircular para aumentar el área superficial del metal de aportación antes de que se introduzca en la fuente de calor y, por lo tanto, aumentar la transferencia de convección térmica dentro del material. Para un área de corte transversal dada de material de aportación, una forma acircular tiene una medida del grosor que es menor que el diámetro de un forma de igual área circular, y por lo tanto tiene una constante de tiempo inferior para la transferencia de conducción térmica por todo este espesor reducido. La orientación preferida para una forma acircular es con la dimensión de la anchura mirando a la fuente térmica.

Para juntas extremadamente finas, la forma acircular del alambre se debe orientar con su dimensión de sección transversal mayor en paralelo a la profundidad de la junta. Esta orientación aporta las ventajas combinadas del área superficial máxima en el material de aportación, la anchura mínima de la junta y la longitud aumentada de la longitud del arco que pase por su superficie más ancha (después de colisionar con su borde). De este modo, el período de calentamiento y fusión del material de aportación se puede usar con eficacia para una ventaja más grande en esta orientación.

Otra ventaja con la disminución del espesor efectivo y/o el aumento del área superficial del alambre de metal de aportación (y de la correspondiente distancia de la transferencia de conducción térmica hasta su centro) es una mejora en la eficiencia térmica de la fusión, y se puede, de forma directa, relacionar con la disminución deseada en el consumo calorífico total y/o con el aumento deseado en la velocidad de deposición del material de aportación para un consumo calorífico dado. La productividad de la unión se puede aumentar, con los mismos principios, para cualquier consumo calorífico total al aumentar la fracción de calor usado para fundir el alambre de aportación, y disminuir la correspondiente fracción de calor que contribuye al exceso de material base fundido.

De manera alternativa, el orificio en la boquilla guíaalambres de aportación puede ser acircular y puede acomodar y mantener la orientación (si se desease) para formas continuas de material de aportación acircular. Ejemplos de tales formas son el alambre plano, cinta, alambre con superficie tejida. Un diseño particular de boquilla acircular permite que un único alambre de metal de aportación se introduzca en la junta con el fin de maximizar la relación entre el área superficial y el volumen del alambre y de minimizar su espesor térmico eficaz. Estas características solucionan el problema de la velocidad de fusión del alambre que, es típico, sea la etapa que limite el tiempo, con respecto a la necesidad de aumentar la velocidad de deposición global del metal de aportación.

La forma acircular del material de aportación o la superficie del material de aportación tejido puede ser la condición existente que se formó en un momento anterior para una aplicación de unión, o se puede formar, de manera directa, en el alambre justo antes de que se introduzca en la boquilla guíaalambres (tal como por medio de moleteado superficial o laminado de perfiles).

Una variación en la forma del alambre de metal de aportación aplicable al alambre de sección transversal tanto redonda como acircular es el alambre curvado o retorcido (tal como una forma de serpentina o helicoidal), el cual aporta más eficacia en el tiempo de calentamiento y fusión. Para una determinada velocidad de alimentación volumétrica dada del metal de aportación, la longitud del alambre curvado, es con toda eficacia, más corta que la correspondiente longitud del alambre recto. Por consiguiente, la velocidad de alimentación eficaz dentro de la fuente de calor es más lenta (aportando más tiempo para que se caliente hasta su temperatura de fusión) que la velocidad lineal antes del curvado.

En los apartados \P\P (1) a (10), de aquí en adelante, se describen las variaciones de las realizaciones preferidas de esta invención sin referencia a los dibujos.

(1) La forma de sección transversal acircular de la boquilla puede tener varias formas "aplanadas", incluyendo elíptica, lenticular, oval, rectangular, etc. El lugar de paso para el alambre (tal como un agujero) se puede localizar en el centro, o puede estar descentrado, para permitir el acoplamiento de otros aparatos y/o agujeros para otras funciones en los bordes extendidos de la boquilla.

(2) La boquilla puede ser lineal o curvilínea a lo largo de su eje, según se requiera, con el fin de acomodar una visión óptima a la vez que se mantiene(n) el (los) ángulo(s) de entrada preferidos del alambre en el baño de fusión de la soldadura. Para juntas muy profundas y ángulos muy bajos para la entrada del alambre, puede que sea preferible curvar el conjunto de boquilla hacia arriba (hacia la abertura de la junta) en su extremo de entrada con el fin de cuidar de que su longitud sea más corta y su correspondiente rigidez más alta.

(3) La boquilla se puede fabricar como un compuesto de varias formas de componentes más sencillas con el fin de conseguir la forma general aplanada (acircular), la posición del agujero de la boquilla, y la conductividad o el aislamiento eléctricos y otras propiedades de las zonas seleccionadas del conjunto, que se deseen.

(4) La boquilla se puede hacer o reforzar con diversos materiales (tales como "cuerda de piano", acero para herramientas, etc.) para mantener tanto el límite elástico como el coeficiente elástico y la rigidez más altos, en especial, en perpendicular a su espesor. También se puede usar una configuración compuesta para proporcionar una resistencia adecuada contra los daños térmicos y el desgaste mecánico.

(5) La boquilla se puede guiar por medios mecánicos u otros para mantenerla en la ubicación preferida dentro de la junta, tal como en la posición del centro. El medio de guía puede ser pasivo, tal como un seguidor mecánico que contacte los lados de la junta soldada, o activo, tal como un sistema de detección y control.

(6) La(s) boquilla(s) se puede(n) unir por medios mecánicos (pero no de manera eléctrica) al (a los) borde(s) de un electrodo infungible, con el fin de aumentar la rigidez del conjunto fino, así como también para mantener con comodidad la alineación requerida entre ellas. El calor en el electrodo también puede ayudar a precalentar el material de aportación con el fin de aumentar la eficacia térmica de la fusión.

(7) Para el caso en que el alambre de metal de aportación sea solo un material de aportación (y no un electrodo fungible también), tal como en el soldeo por arco con electrodo de tungsteno en atmósfera inerte (soldadura TIG), la boquilla se puede diseñar para la conducción por medios eléctricos hacia el alambre con el fin de precalentar el alambre antes de su fusión en el arco. Este procedimiento es muy conocido en la industria como soldadura TIG "de alambre caliente". Si el alambre se precalienta con electricidad, es preferible que el conjunto de boquilla esté fabricado con un revestimiento o capa estructural con la superficie exterior termorresistente y aislante de la electricidad para evitar la posible conexión a tierra de la pieza a soldar. Este revestimiento aislante, el cual debe tener una resistencia mecánica y contra el choque térmico altas, se puede formar en los componentes de la boquilla rociando por medios térmicos un cerámico fuerte resistente a altas temperaturas tal como alúmina, zirconía o itria y mezclas de las mismas.

El agujero para el alambre de metal de aportación se puede forrar con un material adicional que tenga conductividad eléctrica más alta (tales como aleaciones de berilio, cobre y plata) en relación con el resto del conjunto. Todos los diseños conocidos de boquillas para TIG con alambre caliente tienen un tamaño aumentado y una forma que, de manera muy significativa, les impide encajar en una junta soldada de anchura extremadamente reducida, como sí que es posible con las configuraciones de boquilla de la invención presente.

(8) Las boquillas opcionales se pueden usar para precalentar el metal de aportación antes de que entre en el baño de fusión con un haz lasérico descargado con fibra óptica en una configuración de soldadura TIG de alambre caliente con láser. Esta configuración combina la característica de expansión del arco de un arco eléctrico necesario para calentar la anchura completa de las paredes laterales de una junta y la geometría de superficie del cordón variable, en potencia, con las características más enfocadas de energía y densidad de calentamiento más altas de una fuente lasérica descargada con fibra óptica. Tal procedimiento de precalentamiento lasérico del alambre caliente es mucho más eficaz para calentar un alambre con una geometría uniforme (recta o moderadamente curva) que sería muchísimo más fino que la junta y la anchura del arco eléctrico.

(9) Todavía se pueden usar otros agujeros longitudinales en el conjunto de boquilla para la detección y el control de la temperatura instalando sensores finos de la temperatura de diámetro muy pequeño, tales como termopares o dispositivos de resistencias para medir la temperatura, los cuales pueden medir las temperaturas del precalentamiento y/o entre pasadas, según se necesite. Esta configuración permite la medición más precisa de las temperaturas locales en la porción más caliente del cordón dentro de la junta, en lugar de las típicas temperaturas medias monitorizadas medidas lejos del cordón de la soldadura fuera de la junta. Cuando se usen varios sensores, se podrá obtener la distribución de la temperatura a lo largo o de un lado a otro de la junta.

(10) Las boquillas opcionales se pueden usar también para la descarga local de agentes tensioactivos del fundente para soldar y/o agentes de penetración de la soldadura para aumentar el rendimiento de aleaciones de composición estándar. Estos agentes también se pueden usar para proporcionar una soldabilidad aceptable de las aleaciones difíciles de "gran pureza" con respecto al control del humedecimiento y de la penetración.

La boquilla guíamaterial de aportación de esta invención proporciona el posicionamiento más preciso del metal de aportación en la junta en la posición preferida de la fuente de calor, la disminución de la obstrucción de la visión del interior de la junta, y la correspondiente capacidad para mejorar las eficiencias volumétrica y térmica de la junta al permitir una mayor reducción de la anchura de la junta. Estos perfeccionamientos pueden resultar en menos defectos en el depósito fundido, tensiones residuales más bajas, menores daños térmicos en las zonas termoafectadas (HAZ), productividad más alta en la unión y aumento en la longevidad del equipo físico del soplete para soldar.

Además, el conjunto de boquilla para el material de aportación, al incorporar una lanza distribuidora del gas, proporciona con eficiencia el gas soldador requerido cerca, de una forma local, del cordón de soldadura y de la punta del electrodo dentro de la junta. Esto es un perfeccionamiento de los métodos convencionales de localización, con ineficacia, de la taza del gas alrededor del electrodo dentro de la junta, la cual debe ser entonces muchísimo más ancha de lo que lo es en el caso de la configuración de boquillas de la invención presente.

La boquilla guíamaterial de aportación de esta invención tiene la ventaja de que se puede usar para la descarga de otros procedimientos relacionados con la unión por soldadura, tales como adiciones de aleaciones locales e impurezas, iluminación auxiliar, inspección visual o mecánica o formación de imágenes, medición del tamaño de la junta y del cordón de soldadura y el control de la posición del soplete y del material de aportación. Otras variaciones adicionales incluyen la medición de la temperatura de precalentamiento y de interpasadas, el precalentamiento y postcalentamiento de la junta, precalentamiento del material de aportación, cerramientos del gas para soldar para el confinamiento de la atmósfera dentro de la junta o cerca del arco, y otras.

Las ventajas de la boquilla guíamaterial de aportación que aquí se describe se pueden realizar en la mayoría de las aplicaciones de soldado y algunas de cobresoldado utilizando equipo mecanizado con una fuente de calor local en la junta, tal como un arco eléctrico o un láser descargado con fibra óptica, o, de manera alternativa, con una fuente térmica a distancia tal como un haz lasérico descargado con lente óptica, haz de electrones, etc. Las mayores ventajas se pueden obtener cuando el diseño de la junta es tan pequeño y eficiente, desde el punto de vista volumétrico (anchura estrecha para una determinada profundidad) en el que las boquillas tipo convencional son demasiado anchas para encajar en la junta con separación suficiente para el ajuste lateral y el movimiento de avance, o son demasiado elásticas como para mantener de forma adecuada el control de la posición precisa del material de aportación.

La variación de una boquilla guíametales de aportación la cual es integral, desde el punto de vista estructural, con la lanza distribuidora del gas para soldar permite que la profundidad de las juntas, las cuales se pueden completar con éxito, aumente más allá del límite práctico de las prácticas convencionales en las que se utiliza un soplete aplanado dentro de la junta, o una taza aplanada para el gas alrededor de la porción del electrodo que se extienda dentro de la junta. Esta ventaja se puede conseguir sin recurrir a la práctica indeseable de aumentar la anchura y el correspondiente volumen de la junta. La lanza para el gas se puede integrar también con un cerramiento de soldadura y gas de cobertura acomodaticio para efectuar soldaduras estables en diseños de juntas muy finas con una relación de aspecto alto.

Los diversos diseños del conjunto de boquilla de material de aportación de la invención presente se pueden usar para alimentar la forma convencional de alambre de metal de aportación redondo, así como también otras formas de eficiencia de fusión más alta, tales como alambre plano, alambre tejido, alambre curvado o retorcido, y polvos o mezclas de polvos.

Los aparatos y procedimientos que se han expuesto se pueden usar con eficiencia para procedimientos de soldadura con electrodos tanto fungibles como infungibles. Para los procedimientos infungibles la boquilla del material de aportación se puede integrar, en su estructura, con el electrodo para obtener las ventajas de alineación, estabilidad, precalentamiento y productividad.

Claims (10)

1. Un conjunto de boquilla guíamateriales de aportación con una forma de sección transversal acircular adaptada para encajar en una abertura de soldadura muy reducida, que comprende:

una boquilla tubular (16) para guiar material de alambre de aportación hasta una localización deseada dentro de la abertura de la soldadura desde una localización fuera de la abertura de la soldadura, dicha boquilla teniendo una salida circular para el alambre en un extremo distal de la misma y con un canal de sección transversal constante, del mismo diámetro que dicha salida, el cual se comunica con dicha salida, y

un miembro rigidizador (18, 22, 36, 38, 40 ó 56) unido a dicha boquilla, en el que dicha boquilla y dicho miembro rigidizador yacen, en general, en un plano y forman una estructura que es más rígida que dicha boquilla por sí sola,

estando el miembro rigidizador unido a la boquilla tubular en el extremo distal de la misma y extendiéndose hacia delante de la misma y el diámetro exterior del alambre siendo sustancialmente igual al diámetro interior del canal.

2. El conjunto de boquilla guíamateriales de aportación según se define en la reivindicación 1, en el que dicho miembro rigidizador comprende una varilla (18), o una lámina o placa (22 ó 56) con un borde unido a dicha boquilla, o un conducto (36, 38 ó 40).

3. El conjunto de boquilla guíamateriales de aportación según se define en la reivindicación 2, en el que dicho miembro rigidizador es un conducto que comprende una sección distal (38a) fabricada con un material permeable al gas y una sección conectada a dicha sección distal fabricada con material (38b) impermeable al gas.

4. El conjunto de boquilla guíamateriales de aportación según se define en la reivindicación 1, en el que dicha boquilla comprende un conductor eléctrico (68).

5. El conjunto de boquilla guíamateriales de aportación según se define en la reivindicación 2, en el que dicho miembro rigidizador es un conducto y además comprende una fibra óptica dispuesta dentro de dicho conducto.

6. Un conjunto de boquilla con una forma de sección transversal acircular adaptada para encajar en una abertura de soldadura de anchura muy reducida, que comprende:

una boquilla (16) guíamateriales de aportación de alambre con un canal de sección transversal constante y una salida de la misma sección transversal que el canal, y

una tubería (36, 38 ó 40) de distribución del gas unida a dicha boquilla, en la que dicha boquilla guíaalambres de metal de aportación y dicha tubería de distribución del gas se encuentran, en general, en un plano en el que las dimensiones exteriores del alambre son sustancialmente las mismas que las dimensiones interiores del canal, y

dicha tubería de distribución del gas comprende una sección distal (38a) hecha de material permeable al gas y una sección (38b) conectada a dicha sección distal hecha de material impermeable al gas.

7. El conjunto de boquilla guíamateriales de aportación según se define en la reivindicación 6, que, además, comprende una lámina o placa (22 ó 56) con un borde unido a una de entre dicha boquilla guíamateriales de aportación y dicha tubería de distribución del gas.

8. El conjunto de boquilla guíamateriales de aportación según se define en la reivindicación 6, en el que dicha tubería de distribución del gas comprende una primera pared porosa (50) con una porosidad relativa de grado grueso y una segunda pared porosa (52) con una porosidad relativa de grado fino, estando dicha primera pared porosa anidada dentro de dicha segunda pared porosa.

9. El conjunto de boquilla guíamateriales de aportación según se define en la reivindicación 6, en el que una sección distal de dicha tubería de distribución del gas comprende un muelle helicoidal (76).

10. El conjunto de boquilla guíamateriales de aportación según se define en la reivindicación 6, que además comprende un cerramiento (52) flexible para el gas.