Procedimiento de soldadura láser de tipo CO2 con tobera de chorro dinámico.

Dispositivo para vía aérea (10, 30, 110) para uso en seres humanos o animales que comprende un tubopara las vías aéreas (11,

83, 63, 101, 111) provisto de un extremo distante (13, 149, 249) y un extremo próximo (12,147, 248), en el que el extremo distante del cual está rodeado por un manguito laríngeo (14, 34, 94, 113, 121, 131)adaptado para formar un ajuste anatómico sobre la entrada laríngea de un paciente, el dispositivo adicionalmentecomprendiendo un estabilizador de la cavidad bucal (20, 40, 50, 90, 100, 122) colocado sobre o alrededor del tubopara la vía aérea entre el manguito laríngeo y el extremo próximo del tubo, dicho estabilizador de la cavidad bucalestando adaptado para encajar con la cara anterior de la lengua del paciente, el tamaño, forma, blandura yconfiguración del estabilizador bucal estando adaptados para proporcionar estabilidad y evitar el movimiento de giroo de lado a lado del tubo para las vías aéreas en uso;en el que el manguito no es inflable y está previamente formado con una forma adaptada para formar un ajusteanatómico sobre la entrada laríngea de un pacientecaracterizado porque el manguito laríngeo está formado a partir de un material con una dureza Shore en la escala Ade 40 o menos

Procedimiento de soldadura láser de tipo CO2 con tobera de chorro dinámico El presente invento se refiere a un procedimiento de soldadura láser que emplea un generador láser de tipo CO2 para generar el haz láser de soldadura y un gas de protección desprovisto de helio o que no contiene más que una pequeña proporción de helio. Tal procedimiento está descrito en el preámbulo de la reivindicación 1. El documento WO 2006/050043 A describe un procedimiento de este tipo.

La soldadura por haz láser es un procedimiento de ensamblaje con muchas prestaciones pues permite obtener, a velocidades elevadas, profundidades de penetración muy importantes si se compara con otros procedimientos más tradicionales, tales como la soldadura por plasma, la soldadura MIG (Metal Gas Inerte) o la soldadura TIG (Tungsteno Gas Inerte) .

Esto se explica por las fuertes densidades de potencias empleadas durante la focalización, por uno o varios espejos o lentes, del haz láser al nivel del plano de unión de las piezas a soldar, por ejemplo densidades de potencia que pueden sobrepasar 106 W/cm2.

Estas fuertes densidades de potencia provocan una fuerte vaporización de metal en la superficie de las piezas a soldar que, expandiéndose hacia el exterior, induce un ahuecamiento progresivo del baño de soldadura y conduce a la formación de un capilar de vapor estrecho y profundo, llamado "ojo de cerradura" ("keyhole") en el espesor de las piezas, es decir al nivel del plano de unión. Este capilar permite un depósito directo de la energía del haz láser en profundidad en el espesor de las piezas y esto, en oposición con los procedimientos de soldadura por arco más convencionales en que el depósito de energía está focalizado en la superficie.

El capilar de vapor está constituido por una mezcla de vapores metálicos y de plasma de vapores metálicos cuya particularidad es absorber el haz láser y por tanto capturar la energía en el seno del propio capilar.

La propagación del plasma metálico fuera del capilar da lugar a una pluma de plasma metálico caliente y radiante.

Un problema conocido en soldadura láser que emplea un dispositivo láser de tipo CO2 que genera un haz láser de longitud de onda igual a 10, 6 !m, es la formación de un plasma parásito en el gas de cobertura o gas de protección.

En efecto, el plasma de vapores metálicos, al sembrar de electrones libres el gas de cobertura o gas de protección, puede provocar una ionización en este último. La ionización del gas de protección puede ser mantenida por el haz láser incidente y conducir a la formación de un plasma de gran dimensión en el gas de cobertura justo por encima de la pluma de plasma metálico.

Ahora bien, este plasma parásito en el gas de protección absorbe fuertemente el haz láser incidente, lo que es perjudicial para la operación de soldadura. Este fenómeno de generación de plasma parásito en el gas de protección es conocido con el nombre de «Bremsstrahlung inverse». El haz láser incidente puede entonces ser fuertemente perturbado por el plasma de gas de cobertura.

La interacción del plasma de gas de cobertura con el haz láser puede adoptar diversas formas pero, muy a menudo, se traduce por un efecto de absorción y/o de difracción del haz láser incidente que puede conducir a una reducción importante de la densidad de potencia láser eficaz en la superficie del objetivo, entrañando una disminución de la profundidad de penetración, incluso una pérdida de acoplamiento entre el haz y la materia y por lo tanto una interrupción momentánea del proceso de soldadura.

El umbral de densidad de potencia a partir del cual el plasma aparece depende del potencial de ionización del gas de cobertura utilizado y es inversamente proporcional al cuadrado de la longitud de onda del haz láser. Así, es muy difícil soldar con argón puro cuando el generador láser es del tipo CO2, mientras que esta operación puede ser realizada con muchos menos problemas con un generador láser de tipo YAG.

En general, en soldadura láser con generador láser de tipo CO2, se utiliza como gas de cobertura helio que es un gas con un alto potencial de ionización y que permite prevenirse de la aparición del plasma de gas de cobertura y ello, hasta potencias láser de al menos 45 Kw

El helio tiene sin embargo el inconveniente de ser un gas costoso y numerosos usuarios de láser preferirían utilizar otros gases o mezclas gaseosas menos costosas que el helio pero que permitieran sin embargo limitar la aparición del plasma de gas de cobertura y por tanto obtener resultados de soldadura similares a los obtenidos con el helio pero a un coste menor.

Por otra parte, la sociedad L'AIR LiQUIDETM comercializa bajo la denominación LASAL MIXTM, mezclas gaseosas que contienen nitrógeno y helio o argón y helio, que permiten obtener sensiblemente los mismos resultados que con el helio puro, para potencias láser de CO2 inferiores a 12 Kw, siendo elegida o ajustada la composición de la mezcla considerada en función de los parámetros de funcionamiento, del haz láser y del material a soldar.

Sin embargo, estas mezclas gaseosas contienen también una proporción importante de helio, lo que no es ideal, en particular en el plano económico.

De ello, un problema que se plantea es poder realizar una soldadura por haz láser entregado por un generador láser de tipo CO2 para generar el haz láser de soldadura y un gas de protección preferiblemente desprovisto de helio o que no contiene entonces más que una pequeña proporción de helio, es decir muy inferior al 50% en volumen de helio, que permite obtener una penetración de soldadura como mínimo equivalente con relación a un procedimiento de soldadura láser empleado en las mismas condiciones de funcionamiento pero utilizando helio o un gas con fuerte proporción de helio como gas de protección, es decir más del 50% en volumen de helio, y/o que no engendre aparición de plasma o que la aparición sea pequeña en el gas de cobertura y esto, preferentemente cualquiera que sea la potencia (hasta 20 Kw aproximadamente) y las condiciones de focalización del haz láser incidente, y/o que no conduzca a una degradación de la calidad de soldadura, en términos de aspecto y de calidad metalúrgica (porosidades...) en el cordón de soldadura.

Una solución según el invento es entonces un procedimiento de soldadura láser de una o varias piezas metálicas posicionadas una contra otra según un plano de unión, en el que:

a) se genera un haz láser por medio de un generador láser de tipo CO2,

b) se alimenta una tobera o boquilla con gas o una mezcla gaseosa y se distribuye, por medio de dicha tobera, un chorro de gas de protección formado por dicho gas o mezcla gaseosa en dirección del plano de unión,

c) se opera, por medio del haz láser, una fusión y una vaporización del metal constitutivo de las piezas metálicas que conducen a la formación, en el espesor de la o de las piezas y al nivel de dicho plano de unión, de un capilar de vapor metálico con formación concomitante de un plasma metálico que,

propagándose fuera del capilar de vapor metálico, forma una pluma de plasma metálico por encima del

plano de unión.

caracterizado porque se orienta o se dirige el chorro de gas de protección entregado por la tobera en dirección de la pluma de plasma metálico que se forma por encima del plano de unión de manera que venga a aflorar la parte superior o cumbre de la pluma de plasma metálico e impacte con la o las piezas en un lugar en el que el metal constitutivo de las piezas no ha sido fundido por el haz, es decir que el chorro de gas va a ir a impactar sobre la superficie de las piezas que están en frente de la cabeza láser.

Por generador láser de tipo CO2, se entiende un dispositivo o una fuente de energía que permite generar un haz láser que tiene una longitud de onda de 10, 6 μm aproximadamente, mientras que por “una o varias piezas metálicas”, se entienden dos piezas metálicas distintas una de la otra, o una sola pieza consigo misma, por ejemplo los dos bordes longitudinales de una lámina metálica puesta en forma de O, y luego soldada de manera que se obtenga un tubo soldado o aun dos elementos de una misma pieza que son soldados entre ellos.

Según el caso, el procedimiento del invento puede comprender una o varias de las características siguientes:

- el gas de protección incluye una proporción de helio inferior al 35% en volumen, preferiblemente menos del 25% en volumen de helio, preferiblemente aún menos del 15% en volumen de helio, preferentemente menos del 10% en volumen de helio, de preferencia aún menos del 5% en volumen de helio.

- el gas de protección... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de soldadura láser de una o varias piezas metálicas posicionadas una contra otra según un plano de unión, en el que:

a) se genera un haz láser por medio de un generador láser de tipo CO2,

b) se alimenta una tobera o boquilla con un gas o una mezcla gaseosa y se distribuye, por medio de dicha tobera, un chorro de gas de protección formado de dicho gas o mezcla gaseosa en la dirección del plano de unión,

c) se opera, por medio del haz láser, una fusión y una vaporización del metal constitutivo de las piezas metálicas que conduce a la formación, en el espesor de la o de las piezas y al nivel de dicho plano de unión, un capilar de vapor metálico con formación concomitante de un plasma metálico que, propagándose fuera del capilar de vapor metálico, forma una pluma de plasma metálico por encima del plano de unión,

caracterizado porque se orienta o se dirige el chorro de gas de protección entregado por la tobera en la dirección de la pluma de plasma metálico que se forma por encima del plano de unión de manera que venga a aflorar la parte superior de la pluma de plasma metálico e impacte en la o las piezas en un lugar donde el metal constitutivo de las piezas no ha sido fundido por el haz, es decir que el chorro de gas es enviado a la proximidad de la pluma de plasma metálico de manera que roce la parte superior de dicha pluma de plasma metálico.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en la etapa c) , la fusión y la vaporización del metal constitutivo de las piezas metálicas son operadas progresivamente por desplazamiento relativo del haz con respecto a las piezas a soldar, a lo largo de todo el plano de unión.

3. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se orienta el chorro de gas de vaporización de manera que la distancia (D) entre el eje de dicho chorro de gas y el eje del haz láser, medida entre los puntos de impacto de dicho chorro de gas y de dicho haz láser sobre la superficie superior de las piezas a soldar, sea superior o igual a 1, 5 veces el diámetro interno (D’) de la tobera que entrega el chorro de gas.

4. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se posiciona la extremidad del diámetro interior (D’) de la tobera con relación a la superficie superior de las piezas a una altura que esté comprendida entre 1mm y 50 mm.

5. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se posiciona la tobera con relación al plano de unión de tal forma que el ángulo de inclinación (a) del eje del cordón de soldadura y la proyección del eje de la tobera en el plano de la chapa a soldar, esté comprendido entre +170º y -170º.

6. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se posiciona la tobera con relación a la superficie superior de las piezas de tal forma que el ángulo (8) de eje del chorro de gas de la tobera está comprendido entre 5º y 70º con relación a la superficie superior de las piezas.

7. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se distribuye el chorro de gas a una velocidad comprendida entre 40 y 2000 m/s.

8. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas o la mezcla gaseosa contiene uno o varios de los constituyentes del grupo formado por Ar, N2, CO2 y O2 y que contiene, además, eventualmente helio.

9. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la o las piezas son de acero revestido de zinc, de aleación de aluminio, de polímero o de uno o varios elementos orgánicos, en particular de pintura.

10. Un procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el gas o la mezcla gaseosa contiene como máximo un 20% en volumen de helio.