Cabezal soldador y conjunto de cabezales soldadores para un sistema de soldadura por arco.

Un cabezal soldador (100) de soldadura por arco eléctrico, que comprende un dispositivo de contacto (160) y una o más unidades alimentadoras de alambre (130,

150), abarcando el dispositivo de contacto (160) un conjunto de electrodos (170), comprendiendo el conjunto de electrodos (170), al menos, dos electrodos fundibles (172, 174, 176) de alambre alimentado continuamente dispuestos en el dispositivo de contacto (160), caracterizado por que un tubo eléctricamente aislado (180) está previsto para el aislamiento eléctrico de, al menos, uno de los electrodos (174), de manera que el electrodo (174) está eléctricamente aislado de otros electrodos (172, 176) en el conjunto de electrodos (170), y por que dicho al menos un electrodo eléctricamente aislado (174) es un electrodo frío.

Cabezal soldador y conjunto de cabezales soldadores para un sistema de soldadura por arco

La Invención se refiere a un cabezal soldador para un sistema de soldadura por arco y a un conjunto de cabezales soldadores para un sistema de soldadura por arco, particularmente para soldadura por arco en atmósfera inerte, que comprenden un conjunto de electrodos con una serie de electrodos.

Antecedentes de la invención

La soldadura por arco en atmósfera inerte es un método de soldadura completamente mecanizado que se caracteriza por una productividad y una calidad altas, utilizado a menudo para costuras de soldadura más largas en materiales más gruesos. Durante la soldadura por arco en atmósfera inerte, se funden en arcos uno o más electrodos de soldar dispuestos secuencialmente.

La soldadura, particularmente el material fundido y el arco, está protegida debajo de una capa de fundente pulverizado. El fundente se funde, en parte, durante el proceso, creando asi una capa protectora de escoria sobre el baño de fusión de la soldadura. La corriente eléctrica utilizada en el proceso es relativamente alta, usualmente en el intervalo de 3 a 1.5 Amperios por electrodo. Los electrodos utilizados en soldadura por arco en atmósfera inerte tienen usualmente un diámetro de 2,5 a 6 mm.

Los fundentes utilizados en soldadura por arco en atmósfera inerte son minerales fundibles granulares que contienen típicamente óxidos de manganeso, silicio, titanio, aluminio, calcio, circonio, magnesio y otros compuestos tales como fluoruro de calcio. El fundente está formulado especialmente para ser compatible con un tipo dado de alambre de electrodo, de manera que la combinación de fundente y alambre ofrece las propiedades mecánicas deseadas. Todos los fundentes reaccionan con el baño de fusión de la soldadura para producir la composición química del metal de soldadura y las propiedades mecánicas. Es práctica común hacer referencia a los fundentes como "activos", si añaden manganeso y silicio a la soldadura, estando la cantidad añadida de manganeso y silicio influida por el voltaje del arco y el nivel de la corriente de soldadura.

Para encontrar la productividad más alta posible con una soldadura por arco en atmósfera inerte, con competitividad aumentada como resultado, se procura conseguir una velocidad aumentada en la soldadura y el régimen de deposición más alto posible, es decir, los consumibles de soldadura fundidos o el material de unión realmente

creado, por hora y electrodo.

Una solución para ello conocida en la técnica es usar múltiples electrodos, situados secuencialmente en la dirección de la costura de soldadura. Se utilizan usualmente 2 ó 3 electrodos, no obstante, se conoce el uso de hasta 6 electrodos.

Se sabe que la adición de metal que funde sin un arco puede mejorar el régimen de deposición durante la soldadura. Por ejemplo, se pueden añadir polvo metálico o alambres metálicos durante la soldadura por arco.

El documento GB 1451 Adescribe una disposición para mejorar el régimen de deposición durante la soldadura por arco en atmósfera inerte de una pieza de trabajo 1. El principio general está ilustrado en la figura 1. Tres electrodos 3, 36, 4 de alambre alimentado continuamente, dispuestos en serie a lo largo de una costura de soldadura, se consumen en arcos mientras se mueven en una dirección de soldadura 2. Los electrodos 3, 36, 4 se conocen también como electrodos "calientes" o "de alambre caliente". Dos electrodos 32, 38 adicionales, consumidos sin formar arcos, se alimentan continuamente al baño fundido 12 de la soldadura en la zona del arco del electrodo intermedio 36. Dichos electrodos 32, 38 adicionales, conocidos también como "alambres fríos" o "electrodos de alambre frío", están en contacto continuo de cortocircuito con el baño de fusión 12 de la soldadura. Los dos electrodos 32, 38 consumidos en el baño fundido 12 de la soldadura, sin la formación de arcos, son fundidos mediante calentamiento por resistencia, así como mediante el calor generado por el electrodo intermedio 36. El proceso usa un fundente para generar gases protectores y escoria, y para añadir elementos de aleación al baño de fusión 12 de la soldadura. No se requiere un gas de protección adicional. Antes de soldar, se coloca una capa delgada de polvo fundente sobre la superficie de la pieza de trabajo. El arco se mueve a lo largo de una línea de unión en la dirección de soldadura 2 y, mientras así lo hace, se alimenta fundente a la zona de soldadura mediante una tolva de alimentación de fundente. Como el arco está completamente cubierto por la capa de fundente, la pérdida de calor es extremadamente baja. Esto produce un rendimiento térmico tan alto como del 6%, en comparación con el 25% para arco metálico manual. No se presenta luz visible del arco, la soldadura está virtualmente libre de salpicaduras y no hay necesidad de extracción de humos.

Incluso aunque las soluciones anteriormente mencionadas aumentan el régimen de deposición durante la soldadura, es deseable proporcionar una mejor manipulación de los electrodos fríos de este tipo.

Sumario de la invención

Un objeto de la invención es proporcionar un conjunto de electrodos que permite una velocidad mejorada de soldadura. Otro objeto de la invención es proporcionar un método con una velocidad mejorada de soldadura, junto

con una calidad satisfactoria de la soldadura. Otro objeto es proporcionar un aparato para llevar a cabo un método de este tipo.

Los objetos se consiguen por las características de la reivindicación independiente 1. Las otras reivindicaciones y la descripción describen realizaciones ventajosas de la invención.

Según un primer aspecto de la invención, se propone un cabezal soldador de soldadura por arco eléctrico, que comprende un dispositivo de contacto y una porción de alimentación, abarcando el dispositivo de contacto un conjunto de electrodos, comprendiendo el conjunto de electrodos, al menos, dos electrodos fundibles de alambre alimentado continuamente dispuestos en el dispositivo de contacto. Un tubo eléctricamente aislado está previsto para el aislamiento eléctrico de, al menos, uno de los electrodos, de manera que el electrodo, que es un electrodo frío, está eléctricamente aislado de otros electrodos en el conjunto de electrodos en el dispositivo de contacto.

El tubo eléctricamente aislante comprende porciones aisladas en unidades alimentadoras de alambre y de enderezado de alambre, así como tubos de guiado en el exterior de las unidades alimentadoras y de enderezado. El tubo puede estar compuesto por una serie de secciones eléctricamente aislantes, a lo largo del electrodo eléctricamente aislado, desde un depósito de alambre, tal como una bobina de alambre, hasta el dispositivo de contacto próximo a la pieza de trabajo a soldar. Preferiblemente, el cabezal de soldadura por arco eléctrico se emplea para soldadura por arco en atmósfera inerte. La soldadura por arco en atmósfera inerte se puede poner en funcionamiento como un proceso completamente mecanizado o automático, opcionalmente puede ser semiautomático. Los parámetros de soldadura típicos son la corriente, el voltaje del arco y la velocidad de desplazamiento que pueden afectar, todos ellos, a la forma del cordón, la profundidad de penetración y la composición química del metal depositado en la soldadura desde los electrodos.

De modo favorable, el cabezal soldador es compacto y permite una manipulación independiente de dicho al menos un electrodo eléctricamente aislado, en comparación con los otros electrodos en el conjunto de electrodos del cabezal soldador. Los electrodos pueden ser suministrados mediante unas bobinas de alambre montadas en la parte trasera, en la llamada disposición "de columna y brazo". Una disposición de columna y brazo es un manipulador de movimiento sobre carriles que lleva el cabezal soldador. La disposición de columna y brazo se usa para situar el cabezal soldador respecto a la acanaladura de soldadura. La disposición de columna y brazo podría estar diseñada también para llevar el equipo de soldadura, tal como las fuentes de energía, el equipo de manipulación de fundentes y los rollos de electrodo, como se conoce en la técnica de los sistemas de soldadura por arco. Preferiblemente, el electrodo eléctricamente aislado es un electrodo "de alambre frío" que se puede alimentar, a través de un dispositivo de contacto cargado por resorte, al interior de un tubo de cerámica. Dichos uno o más electrodos de alambre callente y el electrodo de alambre frío pueden tener alimentadores de alambre independientes, haciendo que sea una instalación no sinérgica, que ofrece una ventana de parámetros de soldadura mucho más amplia si se compara con una... [Seguir leyendo]

1. Un cabezal soldador (1) de soldadura por arco eléctrico, que comprende un dispositivo de contacto (16) y una o más unidades alimentadoras de alambre (13, 15), abarcando el dispositivo de contacto (16) un conjunto de electrodos (17), comprendiendo el conjunto de electrodos (17), al menos, dos electrodos fundibles (172, 174, 176) de alambre alimentado continuamente dispuestos en el dispositivo de contacto (16), caracterizado por que un tubo eléctricamente aislado (18) está previsto para el aislamiento eléctrico de, al menos, uno de los electrodos (174), de manera que el electrodo (174) está eléctricamente aislado de otros electrodos (172, 176) en el conjunto de electrodos (17), y por que dicho al menos un electrodo eléctricamente aislado (174) es un electrodo frío.

2. El cabezal soldador según la reivindicación 1, caracterizado por que el tubo eléctricamente aislado (18) comprende un conducto de alambre eléctricamente aislado (166) en el dispositivo de contacto (16).

3. El cabezal soldador según la reivindicación 2, caracterizado por que el conducto de alambre aislado (166) es un tubo de cerámica dispuesto en el dispositivo de contacto (16).

4. El cabezal soldador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado por que el tubo eléctricamente aislado (18) comprende una porción eléctricamente aislada (146) en una unidad (12, 14) de enderezado de alambre para enderezar uno o más de los electrodos (172, 174, 176).

5. El cabezal soldador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado por que una unidad individual de enderezado de alambre (12) está prevista para el electrodo eléctricamente aislado (174), separada de las unidades de enderezado de alambre (14) de otros electrodos (172, 176) del conjunto de electrodos (17).

6. El cabezal soldador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado por que el tubo eléctricamente aislado (18) comprende una porción eléctricamente aislada (156) en una unidad alimentadora de alambre (13, 15) para alimentar uno o más electrodos (172, 174, 176) hacia una pieza de trabajo (1).

7. El cabezal soldador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado por que una unidad individual alimentadora de alambre (13) está prevista para el electrodo eléctricamente aislado (174), separada de las unidades alimentadoras de alambre (15) de otros electrodos (172, 176) del conjunto de electrodos (17).

8. El cabezal soldador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado por que una unidad individual (132) de control de velocidad está prevista para el electrodo eléctricamente aislado (174), separada de la unidad (152) de control de velocidad de otros electrodos (172, 176) del conjunto de electrodos (17).

9. El cabezal soldador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado por que el electrodo (174) en el tubo eléctricamente aislado (18) está dispuesto en orden secuencial entre un electrodo delantero y uno trasero (172, 176) con respecto a una dirección de soldadura (2) sobre una pieza de trabajo (1).

1. Uso del cabezal soldador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el electrodo (174) en el tubo eléctricamente aislado (18) está dispuesto aguas arriba de los otros electrodos (172, 176) del conjunto de electrodos (17) con respecto a una dirección de soldadura (2) sobre una pieza de trabajo (1).

11. Uso del cabezal soldador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el electrodo (174) en el tubo eléctricamente aislado (18) está dispuesto aguas abajo de los otros electrodos (172, 176) del conjunto de electrodos (17) con respecto a una dirección de soldadura (2) sobre una pieza de trabajo (1).

12. El cabezal soldador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado por que una unidad alimentadora (15) y/o una unidad de enderezado (14) para los electrodos (172, 176) distintos del electrodo eléctricamente aislado (174) proporcionan un paso para guiar el electrodo eléctricamente aislado (174) a través de la unidad alimentadora (15).

13. Un conjunto de cabezales soldadores (2), que comprende, al menos, dos cabezales soldadores (1, 1b) de soldadura por arco eléctrico, de los que al menos uno es un cabezal soldador de soldadura por arco con electrodos según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. El conjunto de cabezales soldadores según la reivindicación 13, caracterizado por que el orden del electrodo eléctricamente aislado (174a, 174b) en cada conjunto de electrodos (17a, 17b) es el mismo para cada cabezal soldador (1a, 1b) con respecto a los otros electrodos (172a, 176a, 172b, 176b) en cada conjunto de electrodos (17a, 17b).

15. El conjunto de cabezales soldadores según la reivindicación 13 ó 14, caracterizado por que el orden del electrodo eléctricamente aislado (174a) en un conjunto de electrodos (17a) es el inverso con respecto al orden del electrodo eléctricamente aislado (174b) en otro conjunto de electrodos (17b).

16. El conjunto de cabezales soldadores según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado por que cada electrodo eléctricamente aislado (174a, 174b) está provisto de una unidad de enderezado de alambre (12) y/o de una unidad alimentadora de alambre (13) separadas de las unidades de enderezado de alambre (14) y/o de las

unidades alimentadoras (15) de los otros electrodos (172a, 176a, 172b, 176b) de los conjuntos de electrodos (17a, 17b).

17. Uso del conjunto de cabezales soldadores según la reivindicación 13, caracterizado por que un primer cabezal soldador (1a) está dispuesto en orden secuencial antes de un segundo cabezal soldador (1b) de manera que los conjuntos de electrodos (17a, 17b) de cada cabezal soldador (1a, 1b) están alineados con respecto a una dirección de soldadura (2) durante una operación de soldadura, en orden secuencial.

18. Uso del conjunto de cabezales soldadores según la reivindicación 13, caracterizado por que un primer cabezal soldador (1a) está dispuesto en orden secuencial antes de un segundo cabezal soldador (1b) de manera que los conjuntos de electrodos (17a, 17b) de cada cabezal soldador (1a, 1b) están alineados con respecto a una dirección de soldadura (2) durante una operación de soldadura.

19. Un dispositivo de contacto (16) de soldadura por arco eléctrico para un cabezal (1) de soldadura por arco eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 y/o un conjunto de cabezales soldadores (1, 1a, 1b) según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, que comprenden un cuerpo de dispositivo (161) y una porción eléctricamente aislada (166) para guiar, al menos, un electrodo (174; 174a, 174b) de modo eléctricamente aislado a través del dispositivo de contacto (16) y al menos un tubo (168a, 168b) para, al menos, otro electrodo (172, 176; 172a, 176a, 172b, 176b) que está en contacto eléctrico con el cuerpo de dispositivo (161).

2. El dispositivo de contacto de soldadura por arco eléctrico según la reivindicación 19 o 2, caracterizado por que la porción eléctricamente aislada (166) comprende un tubo eléctricamente aislante.

21. El dispositivo de contacto de soldadura por arco eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, caracterizado por que el cuerpo de dispositivo (161) está compuesto por una parte principal (161a) y una parte desmontable (161 b) que puede estar fijada a la parte principal (161a).

22. El dispositivo de contacto de soldadura por arco eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizado por que una punta (163) está dispuesta en un extremo del cuerpo de dispositivo (161), que tiene rebajes para recibir la porción eléctricamente aislante (166) para un electrodo eléctricamente aislante (174; 174a, 174b) y para otros electrodos (172, 176; 172a, 176a, 172b, 176b).

23. El dispositivo de contacto de soldadura por arco eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 23, caracterizado por que la porción eléctricamente aislante (166) está dispuesta en una posición simétrica entre los tubos (168a, 168b) para otros electrodos (172, 176; 172a, 176a, 172b, 176b).

24. El dispositivo de contacto de soldadura por arco eléctrico según la reivindicación 23, caracterizado por que la porción eléctricamente aislada (166) para guiar un electrodo (174; 174a, 174b) está dispuesta entre dos tubos (168a, 168b) de los electrodos (172, 176; 172a, 176a, 172b, 176b).

25. El dispositivo de contacto de soldadura por arco eléctrico según una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 24, caracterizado por que la porción eléctricamente aislante (166) está dispuesta en una posición excéntrica con relación a los tubos (168a, 168b) para otros electrodos (172, 176; 172a, 176a, 172b, 176b) en el cuerpo de dispositivo (161).

26. Un sistema de soldadura por arco eléctrico para generar un baño de fusión (12) de la soldadura en una pieza de trabajo (1), que comprende, al menos, un cabezal soldador (1) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 o, al menos, un conjunto de cabezales soldadores (2) según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16.