Material metálico, aparato y método para soldar.

Dispositivo para producir material metálico para soldadura fundido,

comprendiendo el dispositivo (100):

una cámara de soldadura (186) para disponer partes de conductores (160, 161) para ser acopladas entre sí, un crisol (180) y un aglomerado (102),

con el que el material para soldadura fundido producido en la cámara de crisol (180) puede fluir dentro de la cámara de soldadura (186) para acoplar de esta manera los conductores entre sí,

y

un dispositivo de ignición para encender el aglomerado (102)

caracterizado por que,

el aglomerado (102) es sólido,

el aglomerado sólido (102) es capaz de producir material metálico para soldadura que puede fluir, e incluye un compuesto metálico, y un agente reductor,

una cámara de crisol (180) contiene el aglomerado sólido (102) del material productor de metal para soldadura,

el dispositivo de ignición (104) está acoplado mecánicamente de manera enteriza al aglomerado sólido (102).

Material metálico, aparato y método para soldar.

Esta invención se refiere en general a un dispositivo para producir metal para soldadura fundido y a un método para acoplar dos o más conductores entre sí según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 14 (véase, por ejemplo, la patente de los EE.UU. US 2004/222 274) , y más particularmente a aparatos y métodos para formar conexiones para soldadura, y para iniciar reacciones exotérmicas autopropagadas, tales como las que se producen en el proceso de formación de las conexiones para soldadura.

La soldadura exotérmica ha sido reconocida como la manera preferida para formar conexiones eléctricas de baja resistencia, alta ampacidad y máxima calidad.

Las conexiones soldadas exotérmicas son inmunes a las condiciones térmicas que pueden causar que las juntas mecánicas y de compresión se aflojen o se corroan. Son reconocidas por su durabilidad y longevidad. El proceso alea las partes o conductores para proporcionar una unión molecular, con una capacidad para transportar corriente igual a la del conductor. Dichas conexiones son ampliamente usadas en sistemas de puesta a masa permitiendo que el sistema opere como un conductor continuo de menor resistividad.

Ejemplos de reacciones exotérmicas autopropagadas para soldadura exotérmica se encuentran en el proceso de CADWELD y en el proceso de THERMIT. CADWELD es una marca registrada de ERICO lntemational Corporation, Solon, Ohio, U.S.A., y Thermit es una marca registrada de Th. Goldschmidt A G, Essen Germany. Las mezclas de soldadura exotérmica son básicamente una combinación de un metal reductor y usualmente un óxido metálico de transición. Un ejemplo de mezcla es la del aluminio y el óxido de cobre, que cuando es encendida suministra calor suficiente para propagar y sostener una reacción dentro de la mezcla. Usualmente es el producto del metal fundido o el calor de esta reacción lo que es usado a continuación para producir un resultado deseado. El proceso CADWELD produce, por ejemplo, una mezcla de cobre fundido y óxido de aluminio o slag (escoria) . La mayor densidad del cobre fundido causa que se separe del slag, siendo el cobre fundido dirigido usualmente por un molde para unir o soldar cobre con cobre, cobre con acero, o acero con acero. El slag de óxido de aluminio es retirado de la conexión de soldadura y se desecha. Otra mezcla común es la de óxido de hierro y aluminio. Cuando sólo se usa el calor de la reacción, el calor puede ser utilizado para alear material cobresoldado, por ejemplo. Con propósitos de soldadura exotérmica se conoce también prensar una composición de soldadura en polvo para producir una forma sólida (patente de los EE.UU. US-A-3 726 727 y la patente de Alemania DE-A-655 432) que debe ser hecha arder por un dispositivo de ignición separado (patente de los EE.UU. US-A-5 145 106) .

La reacción exotérmica produce una gran cantidad de calor. La manera más común de contener la reacción, y de producir la soldadura o junta, ha sido contener la reacción en un molde de grafito dividido. En la Figura 1 se muestra un aparato de soldadura de técnica anterior 10 que utiliza dicho molde de grafito dividido 12. Haciendo referencia a la Figura 1, el molde 12 incluye una sección del cuerpo de molde superior 14, una sección del cuerpo de molde inferior 16, y una cubierta de molde 20. Los conductores u objetos a ser unidos tales como las barras 22 y 24, son limpiados a fondo y dispuestos a continuación en la posición apropiada para que se proyecten en una cámara de soldadura 26 definida por las secciones del cuerpo 14 y 16 del molde 12. La sección del cuerpo de molde superior 14 incluye una cámara de crisol 30 encima de la cámara de soldadura 26, conectada a la cámara de soldadura 26 por medio de un conducto de descarga o piquera 32. A continuación, las secciones del cuerpo de molde 14 y 16 son cerradas y fijadas con seguridad usualmente mediante una abrazadera de palanca, y un disco de metal 34 es dispuesto en la cámara de crisol 30 sobre un conducto de descarga 32. Una cantidad apropiada de material exotérmico en polvo 36 es vaciada dentro de la cámara de crisol 30 sobre la parte superior del disco 34, y un polvo o material iniciador tradicional 40 es esparcido sobre la parte superior del material para la soldadura exotérmica 36. El polvo iniciador 40 es esencialmente un material exotérmico mucho más fino. La cubierta de molde 20 es cerrada a continuación y la reacción es iniciada mediante la ignición del polvo iniciador 40 usando un dispositivo de ignición de pedernal.

El polvo o material iniciador 40 esparcido por la parte superior del material exotérmico 36 tiene una temperatura de ignición inferior y se enciende fácilmente mediante el dispositivo de ignición de pedernal mientras que el dispositivo de ignición de pedernal no puede encender normalmente de manera directa el material exotérmico 36. La reacción exotérmica del polvo iniciador 40 enciende a continuación el material exotérmico 36. Cuando el material exotérmico 36 es encendido, la fase metálica fundida se separa del slag y se funde a través del disco de metal 34. El metal fundido es dirigido a continuación a través del conducto de descarga 32 a la cámara de fundición 26 y a los conductores 22 y 24 a ser unidos. En cuanto el metal se ha solidificado, las secciones del cuerpo de molde 14 y 16 son abiertas y el slag es separado de la conexión de soldadura. El molde 12 puede ser limpiado y preparado entonces para ser usado en la siguiente conexión.

Como se ha indicado anteriormente, las mezclas exotérmicas de este tipo no reaccionan espontáneamente y necesitan un método para iniciar la reacción. Este método de iniciación incluye generar suficiente energía localizada para permitir que comience la reacción. Un método de iniciar la reacción es el descrito anteriormente mediante el uso de un polvo iniciador y una fuente de ignición tal como un dispositivo de ignición de pedernal. Sin embargo, debido a la baja temperatura de ignición de los polvos iniciadores y a las dificultades en el manejo y transporte, se han realizado muchos esfuerzos para encontrar un sistema alternativo de ignición fiable y de bajo costo para el material exotérmico. Un número de sistemas eléctricos han sido concebidos y varían desde simples espacios para la chispa a cables de puente o láminas metálicas, hasta dispositivos mucho más esotéricos tales como dispositivos de ignición para cohetes. Dichos trabajos han sido descritos, por ejemplo, en las patentes de los EE.UU. US-A4.881.677, 4.879.452, 4.885.452, 4.889.324 y la 5.145.106. Debido a varias razones, pero principalmente debido a los requisitos de energía, fiabilidad y coste, dichos dispositivos no han tenido éxito reemplazando la forma de polvo iniciador/dispositivo de ignición de pedernal estándar para iniciar las reacciones exotérmicas autopropagadas. Otro sistema de ignición eléctrico es el sistema descrito en la patente de los EE.UU. US-A-6.553.911.

Además, existen otras dificultades inherentes al aparato y método de soldadura descritos anteriormente. Aparte de las dificultades en el manejo y en el transporte del polvo iniciador 40, pueden existir problemas en el manejo y transporte del grueso del material exotérmico 36 en sí. Medir apropiadamente el material exotérmico 36 puede a la vez consumir mucho tiempo y es susceptible de error. Además, los moldes de grafito utilizados en aparatos de técnica anterior, tales como el molde 12 utilizado en el aparato de soldadura 10 mostrado en la Figura 1, pueden ser costosos debido a la cantidad de grafito involucrado, y debido a la cantidad de mecanización necesaria para producir los conductos mostrados en el molde 12 de la Figura 1. Finalmente, un proceso tal como el descrito anteriormente produce residuos indeseables en las superficies del molde 12. Los residuos requieren limpiar periódicamente las superficies del molde 12, que es un proceso de trabajo intensivo. Incluso si se hace una limpieza periódica, la formación de los residuos puede reducir la vida operativa del molde 12. Finalmente, la limpieza en sí puede causar daños al molde, lo que conduce también a una vida operativa reducida del molde 12.

Un dispositivo alternativo de la técnica anterior para contener material para soldadura es un conjunto de crisol sellado 50, mostrado en la Figura 2. El conjunto de crisol 50 incluye un recipiente 52 que tiene paredes laterales 54 y un fondo fundible 56. Un material refractario 60 recubre las paredes laterales 54 del recipiente 52. Una cantidad previamente medida de material para soldadura 64 está dentro del recipiente 52. Un dispositivo de ignición 66 tiene un primer extremo 68 dispuesto encima o parcialmente dentro del material para soldadura 64, y un segundo extremo 70 que sobresale del... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para producir material metálico para soldadura fundido, comprendiendo el dispositivo (100) :

una cámara de soldadura (186) para disponer partes de conductores (160, 161) para ser acopladas entre sí, un crisol (180) y un aglomerado (102) , con el que el material para soldadura fundido producido en la cámara de crisol (180) puede fluir dentro de la

cámara de soldadura (186) para acoplar de esta manera los conductores entre sí, y un dispositivo de ignición para encender el aglomerado (102)

caracterizado por que,

el aglomerado (102) es sólido,

el aglomerado sólido (102) es capaz de producir material metálico para soldadura que puede fluir, e incluye un compuesto metálico, y un agente reductor,

una cámara de crisol (180) contiene el aglomerado sólido (102) del material productor de metal para soldadura,

el dispositivo de ignición (104) está acoplado mecánicamente de manera enteriza al aglomerado sólido (102) .

2. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo de ignición (104) es un dispositivo de ignición eléctrico (106; 216; 246) .

3. El dispositivo de la reivindicación 2, caracterizado por que el dispositivo de ignición eléctrico (106) incluye un par de cables (108 a 114) con un espacio para chispa (118) entre ellos.

4. El dispositivo de la reivindicación 2, caracterizado por que el dispositivo de ignición eléctrico (216) incluye: un par de cintas metálicas (220, 222) , y una cinta aislante (224) entre el par de cintas metálicas, en el que las cintas tienen un orificio cónico (226) que las atraviesa,

5. El dispositivo de la reivindicación 2, caracterizado por que el dispositivo de ignición eléctrico (106) incluye: una resistencia (248) sobre o dentro del aglomerado (102) , y un par de cables (250, 252) acoplados a la resistencia, para proporcionar corriente a la resistencia.

6. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que parte del dispositivo de ignición (104; 216; 246) está embebido en el aglomerado (102) .

7. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el agente reductor incluye un polvo metálico reductor.

8. El dispositivo de la reivindicación 7, caracterizado por que el polvo metálico reductor incluye un polvo o más de aluminio o de cobre.

9. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el polvo compuesto metálico incluye un polvo de óxido metálico.

10. El dispositivo de la reivindicación 9, caracterizado por que el polvo de óxido metálico incluye un polvo de óxido metálico de transición.

11. El dispositivo de la reivindicación 10, caracterizado por que el polvo de óxido metálico de transición incluye un polvo o más de óxido de hierro, óxido de cobre, dióxido de manganeso, y dióxido de titanio.

12. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el aglomerado sólido (102) incluye un material de liga mecánico.

13. El dispositivo de la reivindicación 12, caracterizado por que el material de liga incluye silicato de sodio.

14. Un método para acoplar dos o más conductores entre sí, comprendiendo el método:

- disponer partes de los conductores (160, 161) a ser acoplados entre sí en una cámara de soldadura (186) de un molde;

caracterizado por: -disponer un aglomerado sólido (102) del material productor de metal para soldadura en un crisol

(180) del molde; -encender el aglomerado (102) para producir material metálico para soldadura fundido en el crisol;

.

10. hacer que fluya el material metálico para soldadura fundido dentro de la cámara de soldadura (186) para que de esta manera se acoplen sí los conductores (160, 161) entre sí,

en el que el aglomerado sólido (102) es encendido usando un dispositivo de ignición eléctrico (106; 216; 246) que está acoplado mecánicamente al aglomerado de manera enteriza.

15. El método de la reivindicación 14, caracterizado por que el aglomerado (102) incluye un compuesto 15 metálico y un agente reductor.

16. El método de la reivindicación 14 ó 15, caracterizado por que el aglomerado (102) incluye una liga mecánica.

17. El método de cualquiera de las reivindicaciones de la 14 a 16, caracterizado por que varios aglomerados

(102) de material productor de metal para soldadura están dispuestos en el crisol (180) .