Procedimiento de soldadura de piezas por fricción-agitación utilizando un dispositivo de doble hombro.

Procedimiento de soldadura de piezas por fricción-agitación, por medio de un dispositivo (1) de soldadura dedoble hombro y un pasador (2) de agitación,

comprendiendo al menos un hombro (3, 4) dos discos (8, 9)concéntricos respectivamente interno y externo, creando dos superficies (10, 11) de apoyo concéntricas planas,estando el procedimiento caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- se colocan las piezas a soldar la una con respecto a la otra en la posición en que se desee soldarlas, demanera que el disco (8) interno, de menor diámetro, y el disco (9) externo, de mayor diámetro, quedensituados de tal manera que el disco (8) interno sea capaz de aplastar el material agitado de las piezas asoldar durante el avance del dispositivo (1) de soldadura y de tal manera que el disco (9) externo sea capazde formar un tope de hundimiento para el disco (8) interno con el fin de limitar el hundimiento de dicho disco(8) interno en el material agitado mediante el apoyo del disco (9) externo sobre las piezas a soldar a ambosados de la unión soldada,

- se fija el aplastamiento de las piezas a soldar en función de su espesor,

- se desplaza el dispositivo (1) de soldadura a lo largo de una unión a soldar y;

- se pilota el dispositivo (1) con esfuerzo constante, fijándose el citado esfuerzo de tal manera que se permitaun aplastamiento de las piezas a soldar por el disco (8) interno del hombro u hombros (3, 4) y de tal maneraque se bloquee cualquier aplastamiento adicional de material en cuanto la superficie de apoyo del disco (9)externo del o de los hombros (3, 4) se apoya sobre una pieza a soldar.

Procedimiento de soldadura de piezas por fricción-agitación utilizando un dispositivo de doble hombro El invento se refiere a un procedimiento de soldadura por fricción-agitación de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 (véase, por ejemplo, la Patente US 6758382) . El invento encuentra aplicaciones en cualquier campo que necesite soldar borde a borde o por recubrimiento dos piezas que pueden ser de aleación metálica de cualquier forma, y en particular de aleación de aluminio. Un dispositivo de este tipo está particularmente adaptado a la soldadura de paneles de fuselaje de aeronaves, pero también a la soldadura de paneles más gruesos tales como los utilizados al nivel del ala o del cajón central del ala, así como a la soldadura de cualquier elemento estructural de vehículo espacial, de misil, de vehículo automóvil, etc.

Un dispositivo de este tipo comprende un pasador de agitación destinado a atravesar el material a soldar y a agitarlo a medida que avanza el dispositivo de soldadura, así como un hombro inferior y un hombro superior. El hombro inferior está montado fijo sobre el pasador de agitación mientras que el hombro superior está montado con la traslación permitida a lo largo del pasador de agitación. De esta forma es posible tener una separación variable entre los dos hombros entre los cuales están destinadas a quedar alojadas las piezas a soldar. El dispositivo de soldadura de doble hombro permite crear un calentamiento de los dos lados de la unión soldada y, por lo tanto, permite tener un mejor reparto térmico. Además, el hombro inferior soporta la fuerza de presión ejercida por el hombro superior, lo cual permite soldar piezas que no son capaces de soportar el esfuerzo de forjado de una herramienta convencional

o de un pasador retráctil.

En la actualidad, existen dos grandes modos de pilotaje de un dispositivo de soldadura de doble hombro para la soldadura de piezas por fricción-agitación, a saber, un pilotaje con esfuerzo controlado y un pilotaje con separación controlada entre los dos hombros.

El pilotaje con esfuerzo controlado, o en esfuerzo, es más fácil de implementar. Consiste en aplicar un esfuerzo constante entre los dos hombros del dispositivo de soldadura. Sin embargo, una implementación de este tipo no permite obtener una unión soldada de espesor constante y puede conducir a reducciones importantes de espesor, incluso a colapsos de la unión. En efecto, si la temperatura de trabajo entre los hombros aumenta durante el procedimiento de soldadura, el pilotaje en esfuerzo tiende a provocar un recalcado excesivo del material a soldar, lo cual va acompañado de una expulsión del material plastificado hacia el exterior del dispositivo de soldadura. En efecto, al disminuir cada vez más la resistencia del material con el aumento de la temperatura, el mantener un esfuerzo constante tiende a hacer que los hombros impongan un aplastamiento cada vez mayor, lo cual provoca un embalamiento del sistema. Un procedimiento de este tipo es por lo tanto difícil de controlar.

A la inversa, un pilotaje con separación impuesta permite trabajar en dimensional, controlar el espesor de la unión soldada y obtener así una unión de mejor calidad. Por separación se entiende la distancia entre los dos hombros del dispositivo de soldadura. Por aplastamiento se entiende la diferencia entre el espesor de las piezas a soldar y el de la unión soldada, es decir, la diferencia entre el espesor de las piezas a soldar y la separación. Trabajos recientes han permitido demostrar que, para chapas de algunos milímetros, se obtiene una muy buena calidad de la unión soldada imponiendo un aplastamiento del orden de 100 !m. Sin embargo, fijando la separación entre los hombros, se puede llegar a que el dispositivo de soldadura imponga esfuerzos variables (demasiado altos o insuficientes) sobre las piezas a soldar puesto que un modo de pilotaje de este tipo no puede tener en cuenta ligeras variaciones de espesor de las piezas a soldar. Son necesarios medios de medición de las variaciones de espesor para tener en cuenta estas variaciones y permitir una modificación de la separación entre los dos hombros.

En la invención, se intenta proporcionar un procedimiento de soldadura por fricción-agitación con doble hombro que permita controlar el aplastamiento de las piezas a soldar, y hacerlo con un modo de pilotaje con esfuerzo impuesto.

Para ello, al menos uno de los dos hombros del dispositivo de soldadura está formado por dos coronas concéntricas situadas la una por encima de la otra y fijadas entre sí. La corona de menor diámetro está dirigida hacia el interior, es decir, en dirección a la separación creada entre los dos hombros destinados a recibir a las piezas a soldar. De esta forma, la corona interna es apropiada para hacer contacto con las piezas a soldar. A la inversa, la corona de mayor diámetro está dirigida hacia el exterior del dispositivo. Las dos coronas concéntricas se extienden radialmente desde el pasador de agitación del dispositivo de soldadura. La corona de menor diámetro está destinada a hundirse en el material de las piezas a soldar durante el avance del dispositivo de soldadura, mientras que un anillo externo de la corona de mayor diámetro, que se extiende radialmente en la periferia de la corona de menor diámetro, hace tope sobre el material frío de las piezas a soldar, a ambos lados de la unión soldada, limitando así el hundimiento de la corona de menor diámetro en el material caliente agitado por el pasador de agitación a medida que avanza el dispositivo de soldadura. El desnivel entre las dos superficies portantes del hombro permite fijar el aplastamiento de material en la corona de menor diámetro e impide el embalamiento del procedimiento. Dado que el pilotaje con esfuerzo constante es el más adaptado para la producción, puesto que permite compensar las imperfecciones geométricas industriales tales como las variaciones de espesor, el dispositivo de soldadura de doble hombro de acuerdo con la invención se utiliza ventajosamente para la soldadura por fricción-agitación con pilotaje en esfuerzo. De esta manera, cuando el dispositivo de soldadura de acuerdo con la invención se utiliza en pilotaje con esfuerzo constante, la superficie de apoyo de la corona de mayor diámetro actúa de tope limitando el aplastamiento. El pilotaje con esfuerzo constante del dispositivo de soldadura de acuerdo con la invención permite, al final, trabajar con aplastamiento controlado y esto cualquiera que sea el espesor de las piezas a soldar.

En la reivindicación 1 se define un procedimiento de soldadura por fricción-agitación de acuerdo con la invención.

La superficie de apoyo de la corona interna está formada por toda la superficie de la cara interna de la corona interna, es decir, de la cara destinada a estar en contacto con las piezas a soldar. La superficie de apoyo de la corona externa, por su parte, está formada por la superficie de la cara interna de la corona externa que se extiende radialmente hacia el exterior desde la periferia de la corona interna, dado que la corona externa está situada por encima de la corona interna. Por lo tanto, las dos superficies de apoyo están situadas la una por encima de la otra y se extienden una en paralelo a la otra. La superficie de apoyo de la corona externa es suficiente para permitir detener el hundimiento del hombro en el material de las piezas a soldar.

La presencia de la corona externa formando un tope de hundimiento permite controlar la anchura de la unión soldada puesto que sólo la corona interna está destinada a hundirse en el material de las piezas a soldar.

Ventajosamente el hombro inferior está montado fijo sobre una parte baja del pasador de agitación mientras que el hombro superior está montado con la traslación permitida en la parte alta del pasador de agitación para poder variar la separación entre los hombros, en especial en función del espesor de las piezas a soldar.

La corona interna tiene un cierto espesor, o altura, que permite crear un escalón entre las superficies de apoyo de la citada corona interna y de la corona externa.

Según ejemplos de implementación del procedimiento de soldadura de acuerdo con la invención, es posible proporcionar todas o parte de las siguientes características adicionales:

-Una distancia entre la superficie de apoyo de la corona interna y la superficie de apoyo de la corona externa corresponde al máximo hundimiento del hombro deseado en el material de las piezas a soldar. La citada distancia corresponde a la altura, o espesor, de la corona interna, es decir, a la dimensión de la corona interna que se extiende perpendicularmente a la superficie plana de dicha corona. -Una distancia entre la superficie de apoyo de la corona... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de soldadura de piezas por fricción-agitación, por medio de un dispositivo (1) de soldadura de doble hombro y un pasador (2) de agitación, comprendiendo al menos un hombro (3, 4) dos discos (8, 9)

concéntricos respectivamente interno y externo, creando dos superficies (10, 11) de apoyo concéntricas planas, estando el procedimiento caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

-se colocan las piezas a soldar la una con respecto a la otra en la posición en que se desee soldarlas, de manera que el disco (8) interno, de menor diámetro, y el disco (9) externo, de mayor diámetro, queden 10 situados de tal manera que el disco (8) interno sea capaz de aplastar el material agitado de las piezas a soldar durante el avance del dispositivo (1) de soldadura y de tal manera que el disco (9) externo sea capaz de formar un tope de hundimiento para el disco (8) interno con el fin de limitar el hundimiento de dicho disco

(8) interno en el material agitado mediante el apoyo del disco (9) externo sobre las piezas a soldar a ambos lados de la unión soldada,

-se fija el aplastamiento de las piezas a soldar en función de su espesor, -se desplaza el dispositivo (1) de soldadura a lo largo de una unión a soldar y; -se pilota el dispositivo (1) con esfuerzo constante, fijándose el citado esfuerzo de tal manera que se permita un aplastamiento de las piezas a soldar por el disco (8) interno del hombro u hombros (3, 4) y de tal manera que se bloquee cualquier aplastamiento adicional de material en cuanto la superficie de apoyo del disco (9)

externo del o de los hombros (3, 4) se apoya sobre una pieza a soldar.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los dos hombros (3, 4) están provistos de dos discos (8, 9) concéntricos.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque una distancia (e) entre la superficie de apoyo del disco (8) interno y la superficie de apoyo del disco (9) externo está comprendida entre 0, 5 y 5% del espesor de los paneles a soldar.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el disco (8) interno tiene

un diámetro comprendido entre 1, 2 y 2 veces un diámetro exterior del pasador (2) de agitación y porque el disco (9) externo tiene un diámetro exterior comprendido entre 1, 5 y 3, 5 veces un diámetro exterior del pasador (2) de agitación.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se fija el aplastamiento 35 entre 0, 5 y 5% el espesor de las piezas a soldar.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el esfuerzo de pilotaje transmitido a la superficie de apoyo de los dos discos (8, 9) es menor que 20 MPa, y el transmitido a la superficie de apoyo del disco (8) interno es mayor que 30 MPa.

Figura única