BOQUILLA PARA EMITIR PARTÍCULAS SÓLIDAS DE DIÓXIDO DE CARBONO CON UN MIEMBRO DE VÁLVULA DESPLAZABLE AXIALMENTE; APARATO PARA REFRIGERAR UNA ZONA DE SOLDADURA CALENTADA CON TAL BOQUILLA; APARATO DE SOLDADURA CON TAL APARATO DE REFRIGERACIÓN.

Una boquilla (16) para emitir partículas sólidas de dióxido de carbono,

cuya boquilla comprende una entrada (28) para recibir dióxido de carbono líquido, una abertura (32) de boquilla desde la que partículas sólidas de dióxido de carbono fluyen de la boquilla, un conducto (26) que se extiende entre la entrada (28) y la abertura (32) de la boquilla, teniendo el conducto (26) una sección convergente (36) y una sección divergente (38), y un miembro de válvula alargado (42) desplazable axialmente, situado en el interior del conducto (26) para controlar la sección transversal del flujo de dióxido de carbono a través del conducto (26), teniendo el miembro de válvula (42) una primera (56) y una segunda (60) partes convergentes (56, 60), en la que la segunda parte convergente (60) del miembro de válvula (42) controla la sección convergente (36) del conducto (26) cuando el miembro de válvula (42) está en posición cerrada y el conducto (26) comprende una garganta (40) situada entre la sección convergente (36) y la sección divergente (38), caracterizada porque el miembro de válvula (42) tiene una parte (58) sustancialmente cilíndrica situada entre la primera (56) y la segunda (60) partes convergentes (56, 60) de modo que, en uso, la parte cilíndrica (58) esté situada entre la garganta (40) y la abertura (32) de la boquilla cuando el miembro de válvula (42) está en posición cerrada

El presente invento se refiere a una boquilla para emitir partículas sólidas de dióxido de carbono de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 (véase, por ejemplo, el documento US 4 806 171) y a un aparato que comprende una boquilla de esta clase para refrigerar una zona de soldadura caliente producida en una pieza de trabajo por un proceso de soldadura (véase la reivindicación 9) y a un aparato de soldadura con un aparato de refrigeración de esta clase (véase la reivindicación 16).

Durante la soldadura térmica de piezas de trabajo metálicas se requiere una gran aportación de calor para generar una soldadura aceptable. Sin embargo, esta elevada aportación de calor tiene la desventaja de que las tensiones de origen térmico generadas por el proceso de soldadura pueden crear niveles de deformación significativos en las piezas de trabajo que están siendo soldadas. Las piezas de trabajo en forma de chapa de metales y aleaciones relativamente blandos, tales como acero dulce, titanio, aleaciones de titanio y aceros inoxidables, son particularmente propensos a sufrir deformaciones y presentan una reducida resistencia a la tracción.

Es conocido el utilizar gases para proporcionar una refrigeración forzada durante los procesos de soldadura con arco. Sin embargo, el resultado de emplear gases refrigerantes es limitado, ya que la capacidad de refrigeración de las corrientes de gas es relativamente baja. Se han utilizado criógenos, particularmente nitrógeno líquido y dióxido de carbono sólido a fin de conseguir una refrigeración mejorada en los procesos de soldadura con arco, pero si la zona de soldadura se enfría excesivamente, ello puede dar lugar a la deformación de las piezas de trabajo en dirección opuesta. Por tanto, es deseable equilibrar la medida del enfriamiento de la zona de soldadura con la aportación de calor procedente del proceso de soldadura, para conseguir como resultado poca o ninguna deformación de las piezas de trabajo.

Una boquilla de acuerdo con el presente invento se define en la reivindicación 1.

En un segundo aspecto, el invento proporciona un aparato para refrigerar una zona de soldadura caliente formada en una pieza de trabajo por un proceso de soldadura, de acuerdo con la reivindicación 9.

Mediante la expansión adiabática de dióxido de carbono líquido cuando se le hace pasar por una boquilla, puede producirse una corriente de gas a alta velocidad que contiene partículas sólidas de dióxido de carbono. Las partículas sólidas de CO2 chocan con la superficie caliente de la zona de soldadura y son sublimadas rápidamente al tiempo que se elimina calor de la zona de soldadura.

El aparato comprende, preferiblemente, un sistema de control para controlar la posición del miembro de válvula dentro del conducto. La velocidad con que se enfría la zona de soldadura depende de la velocidad con la que las partículas sólidas de CO2 chocan contra la superficie de la zona de soldadura. Controlando la posición del miembro de válvula en el conducto puede controlarse la velocidad con que salen de la boquilla las partículas sólidas de CO2 y, por tanto, la velocidad de enfriamiento de la zona de soldadura, de manera que puede inhibirse la deformación de la pieza de trabajo.

El caudal de partículas sólidas de CO2 procedentes de la boquilla y, por tanto, la posición del miembro de válvula en el conducto, pueden controlarse dependiendo de uno o más de los siguientes parámetros:

· la temperatura de la zona de soldadura;

· uno o más parámetros operativos del proceso de soldadura, tales como el voltaje de soldadura, la intensi

dad de la corriente de soldadura, la velocidad del útil de soldadura empleado para formar la zona de solda

dura y el tiempo que se tarda en formar la zona de soldadura;

· el grosor de la pieza de trabajo;

· el material del que está formada la pieza de trabajo;

· la naturaleza del proceso de soldadura (por ejemplo, MIG, TIG o soldadura por arco sumergido); y

· cualquier técnica de medición de tensiones utilizada para medir las tensiones residuales en la pieza de tra

bajo.

Un operario puede introducir, en una interfaz de control, información relativa al grosor y al material de la pieza de trabajo y el proceso de soldadura. Información relacionada con los diversos parámetros operativos del proceso de soldadura puede ser introducida, en forma similar, por el operario, o puede ser suministrada al sistema de control directamente por el útil de soldadura. Un detector de temperatura sin contacto, tal como un perceptor de temperatura por infrarrojos, puede situarse en estrecha proximidad de la zona de soldadura, de modo que al sistema de control se le pueda suministrar información relativa a la temperatura de la zona de soldadura. Similarmente, también pueden situarse extensímetros en estrecha proximidad de la zona de soldadura, de modo que se le pueda suministrar al sistema de control información relativa a la deformación de la pieza de trabajo durante el proceso de soldadura. Esto puede permitir que el sistema de control ajuste rápida y automáticamente el régimen de eyección de las partículas sólidas de CO2 en respuesta a variaciones de la temperatura de la zona de soldadura y/o a los parámetros operativos del proceso de soldadura y/o a la deformación de la pieza de trabajo, con el fin de reducir al mínimo las tensiones residuales generadas en la pieza de trabajo. El uso de un sistema de control de esta clase puede hacer posible, también, la creación y la ejecución de procedimientos de refrigeración detallados de manera controlable y reproducible.

De preferencia, la boquilla está separada de la pieza de trabajo en una distancia comprendida en el intervalo de entre 30 y 50 mm. Preferiblemente, el dióxido de carbono líquido se suministra a la boquilla a una presión comprendida en el intervalo de 16 a 18 bar.

La boquilla comprende un conducto a través del cual se expande dióxido de carbono líquido, una abertura de boquilla a través de la cual se emiten partículas sólidas de CO2 desde la boquilla y un miembro de válvula movible en el interior del conducto para hacer variar el caudal de partículas sólidas de CO2 procedentes de la boquilla. El miembro de válvula, de acuerdo con el presente invento, adopta la forma de un miembro de válvula alargado que es axialmente desplazable en el interior del conducto para controlar la sección transversal del flujo de CO2 a través del conducto y, por tanto, controlar el caudal de partículas sólidas de CO2 procedentes de la boquilla.

El conducto comprende una sección convergente en la que el dióxido de carbono líquido es acelerado hacia una velocidad sónica. La segunda parte convergente del miembro de válvula está situada, de preferencia, al menos parcialmente dentro de la sección convergente, de tal manera que el desplazamiento axial del miembro de válvula con relación a la sección convergente haga variar la sección transversal del flujo de CO2 por el conducto. La segunda parte convergente tiene, preferiblemente, un ángulo de conicidad que es sustancialmente igual que el de la sección convergente del conducto, de modo que, en posición cerrada del miembro de válvula, la segunda parte convergente del miembro de válvula se aplique con la sección convergente del conducto a fin de impedir el flujo de CO2 desde la boquilla.

El conducto y el miembro de válvula están perfilados para controlar la situación de la sección transversal mínima del flujo de CO2 cuando el miembro de válvula es movido, subsiguientemente, a una posición abierta, Por ejemplo, en la realización, de acuerdo con el presente invento, el conducto tiene una garganta situada entre la sección convergente y la abertura de la boquilla. El miembro de válvula, de acuerdo con el presente invento, tiene una parte sustancial-mente cilíndrica situada entre las partes convergentes del miembro de válvula. El miembro de válvula puede tener un diámetro ligeramente menor que el diámetro de la garganta, de preferencia entre 5 y 15 m menor. En la posición cerrada, la parte cilíndrica, de acuerdo con el presente invento, está situada justamente debajo de la garganta o junto a ella. Cuando el miembro de válvula es desplazado axialmente desde la posición cerrada a una posición abierta, la parte cilíndrica del miembro de válvula puede ser posicionada rápidamente dentro de la garganta, en la realización preferida dentro de un desplazamiento axial comprendido entre 0 y 100... [Seguir leyendo]

1. Una boquilla (16) para emitir partículas sólidas de dióxido de carbono, cuya boquilla comprende una entrada (28) para recibir dióxido de carbono líquido, una abertura (32) de boquilla desde la que partículas sólidas de dióxido de carbono fluyen de la boquilla, un conducto (26) que se extiende entre la entrada (28) y la abertura (32) de la boquilla, teniendo el conducto (26) una sección convergente (36) y una sección divergente (38), y un miembro de válvula alargado (42) desplazable axialmente, situado en el interior del conducto (26) para controlar la sección transversal del flujo de dióxido de carbono a través del conducto (26), teniendo el miembro de válvula (42) una primera (56) y una segunda (60) partes convergentes (56, 60), en la que la segunda parte convergente (60) del miembro de válvula

(42) controla la sección convergente (36) del conducto (26) cuando el miembro de válvula (42) está en posición cerrada y el conducto (26) comprende una garganta (40) situada entre la sección convergente (36) y la sección divergente (38), caracterizada porque el miembro de válvula (42) tiene una parte (58) sustancialmente cilíndrica situada entre la primera (56) y la segunda (60) partes convergentes (56, 60) de modo que, en uso, la parte cilíndrica (58) esté situada entre la garganta (40) y la abertura (32) de la boquilla cuando el miembro de válvula (42) está en posición cerrada.

2. Una boquilla (16) de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la segunda parte convergente (60) del miembro de válvula (42) tiene un ángulo de conicidad sustancialmente igual que el de la sección convergente (36) del conducto (26).

3. Una boquilla (16) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el ángulo de conicidad de la segunda parte convergente (60) es de entre 15º y 25º.

4. Una boquilla (16) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que en uso la parte cilíndrica (58) está separada de la garganta (40) en una distancia comprendida entre 0 y 100 m cuando el miembro de válvula (42) está en posición cerrada.

5. Una boquilla (16) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que el diámetro de la parte cilíndrica

(58) es entre 5 y 15 m menor que el diámetro de la garganta (40).

6. Una boquilla (16) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que la parte cilíndrica (58) se extiende entre las partes convergentes (56, 60) del miembro de válvula (42) en una distancia comprendida en el intervalo de desde 0,4 a 0,6 mm.

7. Una boquilla (16) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que el ángulo de conicidad () de la primera parte convergente (56) es menor que el ángulo de conicidad de la segunda parte convergente (60).

8. Una boquilla (16) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en la que el ángulo de conicidad () de la primera sección convergente (56) del miembro de válvula (142) está comprendido entre 5º y 15º.

9. Aparato para refrigerar una zona de soldadura caliente formada en una pieza de trabajo (12) por un proceso de soldadura, cuyo aparato comprende una boquilla (16) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, para emitir partículas sólidas de dióxido de carbono hacia la zona de soldadura.

10. Aparato de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende un sistema de control (80) para controlar la posición del miembro de válvula (42) en el interior del conducto (36).

11. Aparato de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el sistema de control (80) está configurado para controlar la posición del miembro de válvula (42) en el interior del conducto (26) dependiendo de la temperatura de la zona de soldadura.

12. Aparato de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el sistema de control (80) está configurado para recibir señales indicativas de la temperatura de la zona de soldadura procedentes de un perceptor térmico (82) situado en la proximidad de la zona de soldadura.

13. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que el sistema de control (80) está configurado para controlar la posición del miembro de válvula (42) en el interior del conducto (26), dependiendo de, al menos, un parámetro operativo del proceso de soldadura.

14. Aparato de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicho al menos un parámetro operativo del proceso de soldadura comprende al menos uno de entre intensidad de la corriente de soldadura, voltaje de soldadura, velocidad del útil (10) de soldadura utilizado para formar la zona de soldadura, y tiempo que se tarda en formar la zona de soldadura.

15. Aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que el sistema de control (80) está configurado para controlar el caudal de partículas sólidas de dióxido de carbono procedentes de la boquilla (16), dependiendo de la deformación de la pieza de trabajo (12) durante el proceso de soldadura.

5 16. Aparato de soldadura que comprende un útil de soldadura (10) para formar una zona de soldadura en una pieza de trabajo (12) y aparato de refrigeración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, para enfriar la zona de soldadura.

17. Aparato de acuerdo con la reivindicación 16, en el que el aparato de refrigeración está dispuesto con relación al útil de soldadura (10) de tal modo que la boquilla (16) esté separada del útil de soldadura en una distancia comprendida en el intervalo de desde 50 a 100 mm.