DISPOSITIVO DE EVALUACION DE LA CALIDAD DE CORDONES DE SOLDADURA POR DETECCION DEL PERFIL DE TEMPERATURA DEL METAL FUNDIDO QUE SE ENFRIA DURANTE LA SOLDADURA.

Dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura (2) por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura,

caracterizado por el hecho de que un cabezal detector (4) puede ser emplazado de manera fija sobre un soplete de soldadura (5) en proximidad directa de su tobera, de manera que un colimador de agujeros (15) que se encuentra allí está alineado transversalmente al cordón de soldadura (2) y un número definido de agujeros con tubitos (18) del colimador de agujeros (15) que se conectan allí están posicionados perpendicularmente encima del metal fundido que se está enfriando, del cordón de soldadura (2), y a cada tubito (18) del colimador de agujeros (15) está asignado un receptor infrarrojo (19), estando funcionalmente unidos todos los receptores infrarrojos (19) con una unidad electrónica (8) y la unidad electrónica (8) a su vez corresponde con un ordenador de evaluación (10)

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07022804.

Solicitante: HKS-PROZESSTECHNIK GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: HEINRICH-DAMEROW-STRASSE 2,06120 HALLE / SAALE.

Inventor/es: SCHAUDER,VOLKER,DR.-ING, HAUSSLER,MATTHIAS, KIESE,MICHAEL, HOLLMANN,OLAF.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 24 de Noviembre de 2007.

Fecha Concesión Europea: 19 de Mayo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B23K11/25C
  • B23K26/03 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B23 MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO EN OTRO LUGAR.B23K SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO O CHAPADO POR SOLDADURA O SOLDADURA SIN FUSION; CORTE POR CALENTAMIENTO LOCALIZADO, p. ej. CORTE CON SOPLETE; TRABAJO POR RAYOS LASER (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión de metales B21C 23/22; realización de guarniciones o recubrimientos por moldeo B22D 19/08; moldeo por inmersión B22D 23/04; fabricación de capas compuestas por sinterización de polvos metálicos B22F 7/00; disposiciones sobre las máquinas para copiar o controlar B23Q; recubrimiento de metales o recubrimiento de materiales con metales, no previsto en otro lugar C23C; quemadores F23D). › B23K 26/00 Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte o taladrado. › Vigilancia, p. ej. monitorización, de las piezas.
  • B23K31/12 B23K […] › B23K 31/00 Procedimientos derivados de la presente subclase, especialmente adaptados a objetos o a fines particulares, pero no cubiertos por uno solo de los grupos principales B23K 1/00 - B23K 28/00 (fabricación de tubos o de perfiles que comportan operaciones distintas a las de soldadura sin fusión o soldadura B21C 37/04, B21C 37/08). › relativos a la investigación de las propiedades, p. ej. de soldabilidad, de los materiales.

Clasificación PCT:

  • B23K11/25 B23K […] › B23K 11/00 Soldadura por resistencia; Seccionamiento por calentamiento por resistencia. › Dispositivos de vigilancia.
  • B23K26/03 B23K 26/00 […] › Vigilancia, p. ej. monitorización, de las piezas.
  • B23K31/12 B23K 31/00 […] › relativos a la investigación de las propiedades, p. ej. de soldabilidad, de los materiales.
  • G01N25/72 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 25/00 Investigación o análisis de materiales mediante la utilización de medios térmicos (G01N 3/00 - G01N 23/00 tienen prioridad). › Investigación de la presencia de grietas.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

DISPOSITIVO DE EVALUACION DE LA CALIDAD DE CORDONES DE SOLDADURA POR DETECCION DEL PERFIL DE TEMPERATURA DEL METAL FUNDIDO QUE SE ENFRIA DURANTE LA SOLDADURA.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se enfría durante la soldadura.

La invención se refiere a un dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura.

A los controles automatizados de cordones de soldadura se enfrenta la tarea de efectuar, según la posibilidad, mejor, más rápido y con la misma seguridad que el ser humano el resultado de una soldadura. Es el estado de la técnica de emplear para ello unos dispositivos de vigilancia a base de la medición de un parámetro eléctrico del proceso de soldadura por arco voltaico. Estos procedimientos tienen la gran ventaja de que sólo son necesarias pocas instalaciones anexas para la detección y evaluación del proceso de soldadura y que la evaluación esté disponible directamente después del final de la soldadura. Con esto sólo surgen costes relativamente bajos y el resultado es disponible inmediatamente. Sin embargo hay restricciones considerables en el reconocimiento de irregularidades en la soldadura que no se deben a un funcionamiento erróneo de la técnica de aparatos de soldadura (problemas del suministro de alambres de soldar etc.). Es crítica particularmente la falta de unión entre el metal de base y el metal depositado. Esto se debe a que p.ej. la soldadura misma funciona bien, pero bien por un intersticio modificado de piezas de trabajo a unir o por sus tolerancias un enlace de ambos materiales básicos no se efectúa de ninguna manera o de manera muy fuertemente reducida.

Para encontrar estos problemas, se efectúa cada vez más una medición óptica del cordón de soldadura en su estado enfriado. Los escáneres de superficie miden el perfil del cordón de soldadura y comparan los resultados con los valores teóricos. De este modo pueden ser encontradas las irregularidades de soldadura comprobables visualmente, sin embargo existen límites en el reconocimiento de pequeñas irregularidades, como p. ej. poros, también los restos de escoria o silicatos no pueden distinguirse del cordón de soldadura en sí. La falta de unión entre el metal de base y el metal depositado sin embargo también solamente se pueden reconocer, cuando tienen efectos superficiales, lo cual muy raras veces es el caso en faltas de unión de flancos. Un problema principal en la utilización de esta medición óptica del cordón de soldadura son los costes considerables y la pérdida de tiempo. La medición se realiza de manera que se guía un cabezal óptico de nuevo sobre el cordón de soldadura, para lo cual se necesita otra máquina de guiado (robot), y por lo cual surge una etapa de fabricación casi nueva con retardo.

Desde hace mucho tiempo se ha reconocido la termografía como procedimiento de prueba sin destrucción, especialmente en la aplicación para la comprobación de cordones de soldadura. Como termografía activa se denominan en este caso aquellos procedimientos, en los que se calienta la pieza de prueba y la conductividad térmica perturbada e irregular permite sacar deducciones en cuanto a rechupes, poros, grietas o uniones defectuosas. Estos procedimientos de prueba usan por cierto la conductividad térmica, pero siempre tienen lugar después del proceso de soldadura.

El empleo de cámaras infrarrojas en la soldadura se conoce especialmente de los laboratorios de desarrollo. En este caso se comparan p. ej. los modelos de la producción de calor con los valores reales, para obtener algoritmos de cálculo capaces de declarar para formar un modelo.

Las patentes citadas a continuación deben representar en ejemplos detallados el estado de la técnica encontrado.

El documento BE-A-1005941 divulga un dispositivo para la evaluación de la calidad de cordones de soldadura mediante receptores infrarrojos.

Según DD 15 73 98 se propone un procedimiento para la evaluación de la radiación térmica emitida por la arista cortante o el cordón de soldadura. La radiación térmica emitida aquí es fotografiada mediante una instalación de termovisión y analizada mediante un dispositivo de evaluación conectado posteriormente, utilizando las señales obtenidas para el mando y la regulación del proceso. Por medio de unidades de ajuste correspondientes en el aparato de mando se asignan determinados campos de temperatura a las señales de color y se detectan desviaciones por comparaciones de valores teóricos y reales con los valores prefijados. Un reajuste de los parámetros de soldadura debe evitar en este caso posibles irregularidades de la unión por soldadura. A parte de que se siguió un otro objetivo, es aquí desventajoso que la técnica radiológica no puede ser posicionada suficientemente cerca al soplete de soldadura y se tiene que impulsar un esfuerzo técnico considerable en aparatos. Esta técnica es por consiguiente no adecuada para ser utilizada en una célula de robot durante la producción en serie.

En DE 10 2004 028 607 A1 se presenta un dispositivo y un procedimiento para un ensayo no destructivo de la calidad de la unión por soldaduras de espárragos.

También aquí el examen de la unión por soldadura tiene lugar a continuación del proceso de ensambladura finalizado. También aquí se habla del empleo de la cámara infrarroja, sin tener en cuenta los problemas relacionados con el ensuciamiento y la robustez, los gastos de adquisición y los tamaños de construcción.

El calentamiento a ser posible uniforme de las piezas de trabajo antes de la toma de una imagen infrarroja con una cámara IR es aquí el elemento inventivo esencial, debiendo que automatizar el procedimiento de control mediante el dispositivo y ahorrar energía.

Con DE 199 35 777 B4 se menciona un dispositivo para valorar la calidad de soldadura. Este es utilizado especialmente para la comprobación de uniones por soldadura a tope por chispa una vez efectuada la soldadura. Las piezas de trabajo unidas permanecen sujetadas en la posición de soldadura y durante el desbarbado del cordón de soldadura es arrastrado un pirómetro de irradiación de calor sobre toda su longitud o un dispositivo termográfico como otra variante, de manera que se pueda producir una curva de temperatura o se captan la luminosidad y el color del cordón de soldadura, de lo cual se pueden deducir en su caso irregularidades existentes del cordón de soldadura. Soldaduras posteriores inmediatas se realizarán en el caso dado. Sin embargo también aquí tiene lugar la aplicación según el proceso de soldadura en el sentido de una etapa de prueba, de modo que estas declaraciones no corresponden al objetivo inventivo.

La patente DE 692 07 476 T2 ofrece un procedimiento para la supervisión de una soldadura a tope entre bandas de metal. El control se realiza de manera termográfica en estado caliente, p. ej. de bandas de chapa unidas que deben ser sometidas a sucesivos tratamientos mecánicos.

La "ficha térmica" que se puede crear se presenta después de la realización de la soldadura. Para el cordón de soldadura se han creado áreas fijas para la elaboración de perfiles de temperatura transversalmente al cordón de soldadura y un perfil de temperatura por toda la longitud. La medida de la comprobación de la calidad son los valores mínimos y máximos de temperatura que se han de cumplir. Puesto que durante la medición de la temperatura está finalizado el proceso de soldadura o en una realización después del ajuste se efectúa la medición (de manera termográfica) antes de la soldadura, pueden realizarse distancias de medición relativamente cortas. El empleo de aparatos termográficos, particularmente con sistemas ópticos, sin embargo no se debe recomendar en la soldadura por arco voltaico abierto, en proximidad del metal fundido que se está enfriando, es decir durante el proceso de soldadura, p. ej. a causa de condiciones ambientales duras.

En resumen se puede decir que también son conocidos una serie de exámenes y aplicaciones, mediante los cuales las faltas de unión visibles e invisibles, como también agujeros o grietas son detectables mediante una propagación de calor heterogénea. La idea de utilizar la temperatura del baño de fusión que se está enfriando, siempre era nuevamente el objeto de investigaciones científicas, pero fracasaba en la práctica durante la soldadura por arco voltaico en los factores siguientes:

- Las temperaturas pueden ser captadas solamente sin contacto mediante procedimientos de medición pirométricos.

- El arco voltaico representa una fuente luminosa, que pasa por todas las gamas de frecuencia y por...

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura (2) por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura, caracterizado por el hecho de que un cabezal detector (4) puede ser emplazado de manera fija sobre un soplete de soldadura (5) en proximidad directa de su tobera, de manera que un colimador de agujeros (15) que se encuentra allí está alineado transversalmente al cordón de soldadura (2) y un número definido de agujeros con tubitos (18) del colimador de agujeros (15) que se conectan allí están posicionados perpendicularmente encima del metal fundido que se está enfriando, del cordón de soldadura (2), y a cada tubito (18) del colimador de agujeros (15) está asignado un receptor infrarrojo (19), estando funcionalmente unidos todos los receptores infrarrojos (19) con una unidad electrónica (8) y la unidad electrónica (8) a su vez corresponde con un ordenador de evaluación (10).

2. Dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los tubitos (18) del colimador de agujeros (15) están dispuestos en una fila así como al mismo tiempo en paralelo y perpendicularmente los unos respecto a los otros y presentan tal número que junto al cordón de soldadura (2) son detectados también los flancos de una materia básica (1,14).

3. Dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el colimador de agujeros (15) posee en otra realización una configuración circular que está dispuesta de manera orbital alrededor del soplete de soldadura (5).

4. Dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los tubitos (18) están provistos de un revestimiento absorbente antirreflejo en una de sus paredes interiores.

5. Dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los receptores infrarrojos (19) están alojados en la unidad electrónica (8) y que la radiación puede ser pasada por el cabezal detector (4) al ordenador de evaluación (10) por medio de un cable de conexión (7) que es una fibra óptica.

6. Dispositivo de evaluación de la calidad de cordones de soldadura por detección del perfil de temperatura del metal fundido que se está enfriando durante la soldadura según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la radiación (16) puede ser pasada a dos receptores (19), recibiendo el uno la proporción visible y el otro la proporción infrarroja y la radiación térmica del arco voltaico puede ser eliminada calculando la diferencia entre las dos señales.


 

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