PROCEDIMIENTO Y MÉTODO PARA SOLDAR Y RECOCER EN HORNO DE CONVECCIÓN.

Un horno de tratamiento térmico (10), que consta de: un sistema de soldadura y/o revenido (1) que calienta una pieza de trabajo en una zona de soldadura (45 a) de dicho sistema de soldadura y revenido dirigiendo para ello una corriente de convección atmosférica hacia la pieza de trabajo;

y un sistema de control de temperatura (150) para obtener una temperatura de impregnación deseada de la pieza de trabajo, dicho sistema de control de temperatura constando de: un primer termopar (176) colocado encima de la pieza de trabajo, el cual mide una primera temperatura en tiempo real de una corriente de convección atmosférica antes de que la pieza de trabajo absorba calor procedente de dicha corriente de convección atmosférica, y un controlador (160) que ajusta una temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica dirigida hacia la pieza de trabajo, caracterizándose en que se facilita un segundo termopar (180) colocado debajo de la pieza de trabajo, el cual mide una segunda temperatura en tiempo real de dicha corriente de convección atmosférica una vez la pieza de trabajo haya absorbido el calor de dicha corriente de convección atmosférica, y que dicho controlador (160) puede ajustar la temperatura de soldadura en base a una diferencia de temperatura existente entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real medidas por dichos primer y segundo termopares hasta que la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica concuerde con la temperatura de impregnación deseada

Esta invención hace referencia a un horno de tratamiento térmico utilizado para la soldadura y/o revenido de piezas de trabajo. En particular, la invención hace referencia a un sistema y método para la soldadura y/o revenido de una pieza de trabajo que produce transferencia térmica de convección forzada y un control preciso de temperatura y uniformidad, de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1 y de la reivindicación 7.

Como ya se sabe en el arte del tratamiento térmico, la soldadura y revenido requieren una tolerancia rigurosa del control de la temperatura a fin de conseguir un perfil de temperaturas deseado o de mantener uniformidad de temperatura en una pieza de trabajo. Se ha comprobado que la transferencia térmica de convección ofrece un calentamiento o enfriamiento de la pieza de trabajo más rápidos de forma más uniforme. En este tipo de transferencia térmica de convección, unas toberas o ventiladores dirigen generalmente los gases a la pieza de trabajo, utilizándose más comúnmente los ventiladores para transmitir velocidad a los gases.

Además, es posible que los procesos de soldadura y revenido también tengan que realizarse en una atmósfera especial o de tratamiento protector, como nitrógeno o un gas exotérmico, lo que crea condiciones que evitan la oxidación de la pieza de trabajo, o imparte otras características convenientes como es la reducción de óxidos. Cuando se ha necesitado combinar una transferencia térmica rápida y una atmósfera controlada, la práctica usual ha sido la de introducir la atmósfera deseada en un horno hermético. Los hornos del tipo denominado de funcionamiento continuo tienen una boca de entrada y una de salida con deflectores a fin de reducir la pérdida de calor a la atmósfera. Para proteger la atmósfera de toda contaminación a causa de una fuga, estos hornos se calientan mediante quemadores de tubo radiante a gas o elementos calentados eléctricamente como son los resistores eléctricos.

De esta forma, dicha transferencia térmica por convección se consigue colocando, y extendiendo, los ventiladores o toberas por las paredes laterales o el techo del horno. Estos hornos de atmósfera controlada funcionan normalmente de forma adecuada si el aislamiento del horno no reacciona con la atmósfera, permite la pérdida de atmósfera, o provoca la contaminación del producto/proceso mediante la deposición de polvo resultante de la degradación del aislamiento. Además, en los casos en los que la pureza de la atmósfera es fundamental, deberá purgarse el sistema del horno durante períodos de tiempo amplios de manera que se eliminen los gases de contaminación de los vacíos en el aislamiento.

A fin de evitar el problema de contaminación anteriormente mencionado, normalmente se ha utilizado un revestimiento interior metálico impermeable al gas para aislar la pieza de trabajo en la atmósfera controlada del aislamiento. En la especificación de la patente U.S. Nº 5.147.083 de Gary A. Halstead et al., emitida el 15 de setiembre de 1992 (en adelante la patente ‘083), se muestra un ejemplo de un horno de soldadura por convección convencional con una atmósfera revestida para templar termointercambiadores de aluminio. Sin embargo, el uso de un revestimiento interior tiene la desventaja de que debe colocarse rígidamente con relación a los ventiladores, puertas y dispositivos de calentamiento/enfriamiento, puesto que estas piezas se colocan y precintan al revestimiento exterior del horno.

Otro inconveniente es que el montaje rígido del revestimiento interior impone tensiones en el mismo como resultado de la expansión y contracción térmica diferenciales entre el revestimiento interior y la carcasa del horno. Aunque se han utilizado varios mecanismos para absorber o contrarrestar las tensiones existentes a causa de la expansión y contracción diferenciales, finalmente, estas tensiones conllevan la destrucción de la integridad del revestimiento debido a las temperaturas a las que normalmente se enfrenta en los procesos de soldadura y revenido. Este problema es aún más perjudicial porque presupone la sustitución del revestimiento, lo que es muy caro y requiere mucho trabajo laboral pues de hecho se tiene que desmontar el horno completamente para sacar el revestimiento existente y crear uno de nuevo en su lugar.

Además, surge otra dificultad como consecuencia de tener que suministrar calor o enfriamiento por los tubos radiantes, lo que separa el medio gaseoso de la atmósfera del horno. Esto da como resultado una tasa de transferencia térmica baja de estas piezas a la atmósfera de recirculación. De igual forma, la temperatura de los tubos radiantes se ve limitada por los materiales de construcción que pueden utilizarse, reduciendo aún más así la capacidad calorífica. La fuga de gases por los tubos radiantes y la fuga alrededor de las penetraciones es también otra fuente de contaminación atmosférica.

De manera tradicional también se han utilizado los hornos tipo mufla para superar las desventajas de los hornos revestidos tradicionales de atmósfera controlada. Sin embargo, estos hornos tipo mufla también son propensos a problemas. En particular, puesto que las fuerzas térmicas pueden mover la mufla libremente, no se ha encontrado una forma adecuada para equipar un horno tipo mufla con ventiladores de recirculación para impartir transferencia térmica de convección a la pieza de trabajo dentro de la mufla de manera que produzca tasas térmicas superiores además de mayor rendimiento térmico.

La especificación ER-A-0862 962 da a conocer un método y aparato para controlar un perfil de tiempo/temperatura en el interior de un horno de reflujo utilizando calentadores eléctricos para calentar el aire que los ventiladores recirculan.

**(Ver fórmula)**

Por consiguiente, la presente invención ofrece un sistema y método de horno de mufla por convención para soldadura/revenido relativamente sencillo y económico de fabricar, montar y poner en funcionamiento, pero que aún así supera los inconvenientes de los hornos convencionales.

De conformidad con la invención, se ofrece un horno de tratamiento térmico que calienta una pieza de trabajo que se halla en la zona de soldadura de dicho sistema de soldadura y revenido dirigiendo para ello una corriente de convección atmosférica hacia la pieza de trabajo; y un sistema de control de temperatura para obtener una temperatura de impregnación deseada de la pieza, dicho sistema de control de temperatura estando compuesto de:

un primer termopar colocado encima de la pieza de trabajo, el cual mide una primera temperatura en tiempo real de una corriente de convección atmosférica antes de que la pieza de trabajo absorba calor de dicha corriente de convección atmosférica, y

un controlador que ajusta una temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica dirigida hacia la pieza de trabajo,

caracterizándose por el hecho de que se facilita un segundo termopar colocado debajo de la pieza de trabajo, el cual mide una segunda temperatura en tiempo real de dicha corriente de convección atmosférica una vez que la pieza de trabajo haya absorbido el calor de dicha corriente de convección atmosférica,

y que el controlador puede ajustar la temperatura de soldadura en base a la diferencia de temperatura existente entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real medidas por dicho primer y dicho segundo termopar y hasta que la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica concuerde con la temperatura de impregnación deseada.

Preferentemente, el sistema de control de temperatura también consta de un ventilador de recirculación capaz de crear la corriente de convección atmosférica dirigida hacia la pieza de trabajo.

El sistema de control de temperatura también puede constar de:

una cámara de calentamiento que incluya una pared de fondo que incluya paredes laterales y un techo separados,

una pluralidad de torres, cada una de ellas formando parte integral del techo de la mufla en cada zona de soldadura, y cada torre pudiendo moverse con relación a la pared superior de la cámara de calentamiento,

y una pluralidad de ventiladores de recirculación que calienten el exterior de la mufla para aumentar la temperatura de la corriente de convección atmosférica; el sistema de control de temperatura pudiendo obtener una temperatura de impregnación deseada de la pieza de trabajo que se desplaza por la mufla.

Según una representación... [Seguir leyendo]

1. Un horno de tratamiento térmico (10), que consta de:

un sistema de soldadura y/o revenido (1) que calienta una pieza de trabajo en una zona de soldadura (45 a) de dicho sistema de soldadura y revenido dirigiendo para ello una corriente de convección atmosférica hacia la pieza de trabajo; y

un sistema de control de temperatura (150) para obtener una temperatura de impregnación deseada de la pieza de trabajo, dicho sistema de control de temperatura constando de:

un primer termopar (176) colocado encima de la pieza de trabajo, el cual mide una primera temperatura en tiempo real de una corriente de convección atmosférica antes de que la pieza de trabajo absorba calor procedente de dicha corriente de convección atmosférica, y

un controlador (160) que ajusta una temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica dirigida hacia la pieza de trabajo,

caracterizándose en que se facilita un segundo termopar (180) colocado debajo de la pieza de trabajo, el cual mide una segunda temperatura en tiempo real de dicha corriente de convección atmosférica una vez la pieza de trabajo haya absorbido el calor de dicha corriente de convección atmosférica,

y que dicho controlador (160) puede ajustar la temperatura de soldadura en base a una diferencia de temperatura existente entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real medidas por dichos primer y segundo termopares hasta que la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica concuerde con la temperatura de impregnación deseada.

2. El horno de tratamiento térmico (10) de conformidad con la reivindicación 1, que también consta de un ventilador de recirculación (70) capaz de crear dicha corriente de convección atmosférica dirigida hacia la pieza de trabajo.

3. El horno de tratamiento térmico (10) de conformidad con la reivindicación 1, que también consta de:

una cámara de calentamiento (16) que incluye una pared inferior (18), un par de paredes laterales (20, 22), una pared frontal (24), una pared trasera (26), y una pared superior,

una mufla (44) que incluye paredes laterales (46, 48), un suelo (50) y un techo (52), las paredes laterales de dicha mufla colocándose en paralelo y separadas en relación con las paredes laterales de la cámara de calentamiento y extendiéndose desde la pared frontal de dicha cámara de calentamiento a la pared trasera de dicha cámara de calentamiento, y dicha mufla estando dividida en una pluralidad de zonas de soldadura individuales sucesivas (45a, 45b) que se hallan separadas entre sí,

una pluralidad de torres (68) cada una de ellas formando parte integral del techo de dicha mufla (44) en cada zona de soldadura, cada torre pudiéndose mover con relación a la pared superior de dicha cámara de calentamiento,

y una pluralidad de ventiladores de recirculación (70), cada ventilador de recirculación montándose y sellándose en una de las dichas muchas torres para crear dicha corriente de convección atmosférica en cada una de dichas zonas de soldadura (45a, 45b), dichos ventiladores pudiéndose mover al mismo tiempo que dicha mufla durante la expansión y contracción de dicha mufla, y unos quemadores de encendido directo (55) que calientan el exterior de dicha mufla para aumentar la temperatura de dicha corriente de convección atmosférica, dicho sistema de control de temperatura (150) siendo capaz de conseguir una temperatura de impregnación deseada de la pieza de trabajo que se desplaza por dicha mufla.

4. El horno de control térmico (10) de conformidad con una de las reivindicaciones 2 y 3, en donde dicho controlador

(160) puede realizar al menos uno de los siguientes procesos:

aumentar una velocidad de ventilador de dicho ventilador cuando la diferencia de temperatura entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real es mayor de cero,

mantener una velocidad de ventilador de dicho ventilador cuando la diferencia de temperatura entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real es básicamente cero, y/o

reducir una velocidad de ventilador de dicho ventilador cuando la diferencia de temperatura entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real es menos de cero.

5. El horno de control térmico (10) de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, el cual también consta de:

un tercer termopar (96) para medir una tercera temperatura en tiempo real de un gas procesado, en donde dicho controlador puede ajustar una cantidad de dicho gas procesado que se facilita a los quemadores de encendido directo que calientan el exterior de dicha mufla para ajustar la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica dirigida hacia la pieza de trabajo.

**(Ver fórmula)**

6. El horno de control térmico (10) de conformidad con la reivindicación 5, en donde dicho controlador (160) puede realizar al menos uno de los siguientes procesos:

aumentar la cantidad de dicho gas procesado que se facilita a los quemadores de encendido directo la cual aumenta la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica,

mantener la cantidad de dicho gas procesado que se facilita a los quemadores de encendido directo para mantener la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica,

y/o reducir la cantidad de dicho gas procesado que se facilita a los quemadores de encendido directo para reducir la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica.

7. Un método para obtener una temperatura de impregnación deseada de una pieza de trabajo (81) que se desplaza por un sistema de soldadura y/o revenido (1) el cual tiene una mufla de convección (44) que calienta la pieza de trabajo que se encuentra en una zona de soldadura (45a, 45b) del sistema de soldadura y/o revenido utilizando un sistema de control de temperatura (150), este método teniendo que:

colocar un primer termopar (170) encima de la pieza de trabajo,

dirigir una corriente de convección atmosférica hacia la pieza de trabajo, midiendo una primera temperatura en tiempo real de dicha corriente de convección atmosférica dirigida hacia la pieza de trabajo antes de que la pieza de trabajo absorba calor de dicha corriente de convección atmosférica,

ajustar una temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica, e iniciar un temporizador (165) de manera que la pieza de trabajo sea impregnada a la temperatura de impregnación deseada durante un espacio de tiempo predeterminado,

caracterizándose en que el método también incluye colocar un segundo termopar (180) debajo de la pieza de trabajo,

medir una segunda temperatura en tiempo real de dicha corriente de convección atmosférica después de que la pieza de trabajo haya absorbido el calor procedente de dicha corriente de convección atmosférica,

y ajustar la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica en base a una diferencia de temperatura existente entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real hasta que la temperatura de soldadura concuerde con la temperatura de impregnación deseada.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, el cual también consiste en crear dicha corriente de convección atmosférica utilizando un ventilador de recirculación que se encuentre preferiblemente en un techo de dicha mufla.

9. El método de conformidad con la reivindicación 8, el cual también consiste al menos en uno de los siguientes pasos:

aumentar una velocidad de ventilador de dicho ventilador cuando la diferencia de temperatura entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real es mayor de cero,

mantener una velocidad de ventilador de dicho ventilador cuando la diferencia de temperatura entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real es básicamente cero,

y/o reducir una velocidad de ventilador de dicho ventilador cuando la diferencia de temperatura entre la primera y la segunda temperatura en tiempo real es menos de cero.

10. El método de conformidad con una de las reivindicaciones 8 ó 9, el cual también consiste en:

colocar un tercer termopar (96) en dicha mufla y alejado de la pieza de trabajo,

medir una tercera temperatura en tiempo real de un gas procesado dirigido hacia el exterior de dicha mufla, y

ajustar una cantidad de dicho gas procesado que se facilita a los quemadores de encendido directo la cual calienta el exterior de dicha mufla para ajustar la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica dirigida hacia la pieza de trabajo.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, el cual también consiste al menos en uno de los siguientes pasos:

**(Ver fórmula)**

aumentar la cantidad de dicho gas procesado que se facilita a los quemadores de encendido directo para aumentar la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica,

mantener la cantidad de dicho gas procesado que se facilita a los quemadores de encendido directo para mantener la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica,

y/o reducir la cantidad de dicho gas procesado que se facilita a los quemadores de encendido directo para reducir la temperatura de soldadura de dicha corriente de convección atmosférica.

12. Un horno de soldadura y/o revenido que utiliza un sistema de control de temperatura de entre los especificados en las reivindicaciones 1 a 6 y/o el método de conformidad con las reivindicaciones 7 a 11.