Procedimiento de soldadura láser que uitliza una boquilla apta para estabilizar el keyhole.

Procedimiento de soldadura por haz láser que pone en práctica una boquilla (B) de soldadura por haz láser (A)formada por un cuerpo de boquilla (1) de eje (X-X) que comprende al menos una superficie superior (6),

unasuperficie inferior (7) y una pared periférica (5) y varios pasos internos (3) perforados a través del cuerpo de boquilla(1) entre las superficies superior e inferior (6, 7), caracterizado porque se pone en práctica una boquilla (B) quecomprende:

- un vaciado axial (2) que se extiende entre las superficies superior (6) e inferior (7) del cuerpo de boquilla (1),dispuesto en la pared periférica (5) del cuerpo de boquilla (1) de manera que forma un canal externo remetido conrespecto a la superficie de la citada pared periférica (5), teniendo el cuerpo de boquilla (1) una forma generalsemitroncocónica y comprendiendo la pared periférica (5) del citado cuerpo de boquilla (1) una superficie periféricaplana (4) en el seno de la cual está dispuesto el vaciado axial (2) que forma canal externo.

Procedimiento de soldadura láser que utiliza una boquilla apta para estabilizar el keyhole

La invención se refiere a un procedimiento de soldadura láser que utiliza una boquilla concebida, adaptada y conformada para ser utilizada en soldadura por haz láser, denominada de modo más simple « boquilla láser », de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 (véase por ejemplo el documento JP 2003/181676) , la cual tiene una forma particular que permite controlar mejor la hidrodinámica del baño de metal líquido, cuando ésta es puesta en práctica en un procedimiento de soldadura por haz láser siendo atravesada por un haz láser, por una parte, y por gas, por otra.

La soldadura por haz láser es un procedimiento bien conocido y ampliamente utilizado en el plano industrial para ensamblar diferentes materiales, tales como los aceros al carbono, los aceros inoxidables, el aluminio y las aleaciones ligeras …

De manera esquemática, para poner en práctica un procedimiento de soldadura láser, se utiliza una fuente o generador láser para generar un haz láser que es encaminado por una fibra óptica o por otros medios ópticos, tales como espejos, lentes … hasta una o varias piezas que hay que soldar. La energía del haz permite fundir el material constitutivo de las piezas y obtener así, tras el enfriamiento, un cordón de soldadura entre las piezas que hay que soldar.

A fin de evitar la contaminación del cordón de soldadura por impurezas atmosféricas, es habitual poner en práctica una protección gaseosa que permita proteger la zona de soldadura. El tipo de gas de protección elegido depende especialmente de la naturaleza del material constitutivo de las piezas que hay que soldar, pero se utilizan clásicamente gases tales como el helio, el argón, el nitrógeno, el CO2, el oxígeno, el hidrógeno (en una cierta medida) y sus mezclas.

Para facilitar el gas de protección y el haz láser, es habitual utilizar una boquilla, denominada habitualmente « boquilla láser ».

Las boquillas láser utilizadas en las máquinas de soldadura láser son clásicamente de forma cilíndrica, cónica o troncocónica y están perforadas en su centro por un paso central que es atravesado por el haz láser y en el seno del cual el gas de protección es introducido de manera que es distribuido por encima de la zona de soldadura y coaxialmente con el haz láser.

Este tipo de boquilla permite distribuir el gas de protección en la proximidad de la zona de interacción entre el haz láser y el material que hay que soldar e insertarlo. La inertización de esta zona hace eficaz el acoplamiento entre el haz láser y el material, al tiempo que protege el baño de metal en fusión de las contaminaciones atmosféricas.

Sin embargo, habitualmente, los flujos de gases son laminares y lentos. En efecto, el chorro de gas distribuido por este tipo de boquilla no ejerce fuerza dinámica sobre el baño de metal en fusión y éste no afecta a los flujos hidrodinámicos del baño de metal en fusión que se forman durante la soldadura.

Este tipo de flujos lentos conduce a resultados de soldadura satisfactorios en condiciones estándar de utilización. Sin embargo, con este tipo de flujos, existen numerosas configuraciones de soldadura imposibles de soldar por láser, por ejemplo la soldadura láser de apilamientos de varias chapas de cinc, o análogas, con una holgura nula entre ellas.

La invención pretende proponer un procedimiento de soldadura mejorado que ponga en práctica una boquilla de soldadura particular, es decir apta y concebida para generar un chorro de gas dinámico que, durante la soldadura láser propiamente dicha, interactúe mecánicamente con el baño de metal en fusión, y por otra parte permita controlar mejor los flujos hidrodinámicos del baño y por tanto la eficacia del procedimiento de soldadura por haz láser.

La invención pretende igualmente proponer un procedimiento de soldadura láser que permita obtener, según el caso, una mejor penetración y/o una mejor calidad de soldadura que un procedimiento clásico, especialmente una mejor calidad metalúrgica, y/o que permita obtener una mejor evacuación de los vapores metálicos emitidos durante la soldadura, especialmente los vapores de cinc durante la soldadura de chapas revestidas, y/o que permita soldar configuraciones de soldadura consideradas como difíciles, como los apilamientos de chapas, incluso aumentar la velocidad de soldadura durante la soldadura de ciertos ensamblajes.

La solución de la invención es un procedimiento de soldadura por haz láser que pone en práctica una boquilla de soldadura por haz láser de acuerdo con la reivindicación 1.

En efecto, utilizar una boquilla de soldadura láser de este tipo permite generar un chorro de gas dinámico capaz de interactuar mecánicamente con el capilar de soldadura y el baño de metal en fusión de manera que empuja a la pared trasera del capilar que soporta el baño de fusión, agranda la embocadura del capilar y modifica los flujos hidrodinámicos del baño. De hecho, el chorro de gas facilitado por la boquilla láser induce una abertura de la

embocadura del capilar de al menos dos veces el diámetro del haz láser en una profundidad de al menos 1 vez el diámetro del haz. Según el caso, el procedimiento de la invención puede comprender una o varias de las características siguientes: -la boquilla comprende de 2 a 10 pasos internos, preferentemente de 3 a 5 pasos internos. -el canal axial de la boquilla está conformado para permitir el paso de un haz láser.

- los pasos internos de la boquilla están perforados a equidistancia del canal axial. -el diámetro de los pasos internos está comprendido entre 0, 5 mm y 5 mm, preferentemente entre 1, 5 mm y 2, 5 mm.

- los pasos internos de la boquilla están orientados hacia el eje (X-X) de la boquilla.

- la inclinación de los pasos internos de la boquilla está comprendida entre 10º y 80º con respecto al plano horizontal, preferentemente todavía entre 30º y 60º, preferentemente todavía entre 40º y 50º. -la longitud de los pasos internos de la boquilla está comprendida entre 5 mm y 200 mm, preferentemente entre 20

y 100 mm, preferentemente todavía entre 30 y 50 mm. La longitud de los pasos internos es la distancia recorrida por

cada paso interno entre la superficie superior y la superficie inferior del cuerpo de boquilla. -la superficie superior del cuerpo de boquilla comprende un dispositivo de fijación que permite la fijación de la boquilla a un soporte, en particular a una máquina láser.

- la boquilla está fijada a una máquina de soldadura por haz láser.

- se hace pasar un haz láser por el canal axial de la boquilla y se hace pasar un gas o una mezcla gaseosa por los pasos internos de la boquilla. -se utiliza un gas elegido entre el helio, el argón, el nitrógeno, el dióxido de carbono, el oxígeno, el aire purificado y

las mezclas de estos gases. -se suelda un apilamiento de varias chapas. -se sueldan varias chapas revestidas. -se sueldan varias chapas revestidas de cinc. -el haz láser es generado por un generador de haz láser de tipo CO2, Nd-YAG, de diodos o de fibras de iterbio. Como se comprenderá mejor a la vista de las explicaciones que siguen, dadas a título de ejemplo refiriéndose a las

figuras anejas, la presente invención se basa en una boquilla láser cuyo cuerpo 1 es de concepción « semiaxial » que tiene un canal axial 2 para el haz láser y varios pasos 3 de inyección de gas equidistantes del citado canal 2 axial. Los puntos de impacto de los diferentes chorros gaseosos distribuidos por los citados pasos 3 de gas están orientados hacia la proximidad directa de la zona de interacción con el haz láser.

Dicho de otro modo, la boquilla láser utilizada en el procedimiento de la invención está formada por un cuerpo 1 de boquilla de eje X-X que comprende una superficie superior 6, una superficie inferior 7 y una pared periférica 5 de forma general troncocónica y que se extiende entre las citadas superficies superior 6 e inferior 7.

Como muestran las figuras 1a y 1b, un vaciado 2 axial se extiende entre la superficie superior 6 e inferior 7 del cuerpo 1 de boquilla. Este vaciado 2 está dispuesto en la pared 5 periférica del cuerpo 1 de boquilla, ventajosamente en una parte plana de esta pared 5 que forma una pared... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de soldadura por haz láser que pone en práctica una boquilla (B) de soldadura por haz láser (A) formada por un cuerpo de boquilla (1) de eje (X-X) que comprende al menos una superficie superior (6) , una superficie inferior (7) y una pared periférica (5) y varios pasos internos (3) perforados a través del cuerpo de boquilla

(1) entre las superficies superior e inferior (6, 7) , caracterizado porque se pone en práctica una boquilla (B) que comprende:

- un vaciado axial (2) que se extiende entre las superficies superior (6) e inferior (7) del cuerpo de boquilla (1) , dispuesto en la pared periférica (5) del cuerpo de boquilla (1) de manera que forma un canal externo remetido con respecto a la superficie de la citada pared periférica (5) , teniendo el cuerpo de boquilla (1) una forma general semitroncocónica y comprendiendo la pared periférica (5) del citado cuerpo de boquilla (1) una superficie periférica plana (4) en el seno de la cual está dispuesto el vaciado axial (2) que forma canal externo.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la boquilla (B) comprende de 2 a 10 pasos internos (3) , preferentemente de 3 a 5 pasos internos (3) .

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el canal axial (2) de la boquilla está conformado para permitir el paso de un haz láser (A) .

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los pasos internos (3) de la boquilla están perforados a equidistancia del canal axial (2) .

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el diámetro de los pasos internos (3) está comprendido entre 0, 5 mm y 5 mm, preferentemente entre 1, 5 mm y 2, 5 mm.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los pasos internos (3) de la boquilla están orientados en dirección al eje (X-X) de la boquilla.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la inclinación de los pasos internos (3) de la boquilla (B) está comprendida entre 10º y 80º con respecto al plano horizontal, preferentemente todavía entre 30º y 60º.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la longitud de los pasos internos (3) de la boquilla (B) está comprendida entre 5 mm y 200 mm, preferentemente entre 20 y 100 mm.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se hace pasar un haz láser por el canal axial (2) de la boquilla y se hace pasar un gas o una mezcla gaseosa por los pasos internos (3) de la boquilla.

10. Procedimiento de soldadura de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se utiliza un gas elegido entre el helio, el argón, el nitrógeno, el dióxido de carbono, el oxígeno, el aire purificado y las mezclas de estos gases.

11. Procedimiento de soldadura de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se suelda un apilamiento de varias chapas, en particular chapas revestidas de cinc.