ES2205199T3

ES2205199T3 - Metodo de broncesoldadura por plasma.

Info

Publication number: ES2205199T3
Application number: ES97913593T
Authority: ES
Inventors: Johan Lindstrom
Original assignee: AGA AB
Current assignee: AGA AB
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 2004-05-01
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: SE9604147D0; SE9604147L; EP0944452B1; SE508596C2; WO1998021000A1; EP0944452A1; BR9713343A; DE69723998D1; CA2271740A1; US6198068B1

Abstract

SE DESCRIBE UN PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA BLANDA, CON EL USO DE UN DISPOSITIVO DE FORMACION DE PLASMA (1), QUE TIENE UN ELECTRODO NO CONSUMIBLE (2) Y COMPRENDE LOS SIGUIENTES PASOS OPERATIVOS. SE SUMINISTRA UN PRIMER GAS AL CITADO DISPOSITIVO FORMADOR DE PLASMA (1). SE FORMA UN FLUJO DE PLASMA CON DICHO PRIMER GAS, APLICANDO UNA TENSION ENTRE EL ELECTRODO (2) Y UN TERMINAL ELECTRICO (7). EL FLUJO DE PLASMA SE DIRIGE HACIA UNA PIEZA (7). SE PROPORCIONA MATERIAL DE SOLDADURA (10) QUE DEBE SER FUNDIDO POR DICHO FLUJO DE PLASMA. ADEMAS, SE PUEDE PROPORCIONAR UN SEGUNDO GAS PARA PROTEGER EL CITADO FLUJO DE PLASMA DE LA ATMOSFERA CIRCUNDANTE. AL MENOS UNO DE LOS CITADOS GASES PRIMERO Y SEGUNDO COMPRENDE UN COMPONENTE INERTE PRINCIPAL, QUE INCLUYE AL MENOS ARGON Y, EN CANTIDAD MENOR, UN COMPONENTE ACTIVO.

Description

Método de broncesoldadura por plasma.

Campo técnico de la invención y técnica anterior

La presente invención se refiere a un método de broncesoldadura con el uso de un dispositivo formador de plasma que tiene un electrodo no consumible según la parte precaracterizante de las reivindicaciones 1 y 4.

La fabricación de automóviles modernos requiere la producción de juntas de aspecto cosmético en áreas del automóvil en las que es importante el impacto visual. Tales áreas incluyen la unión del techo a los paneles laterales, de los paneles frontal y trasero a los paneles laterales, etc. Tales partes del automóvil están hechas de planchas de acero relativamente delgadas, que frecuentemente tienen una capa superficial delgada de cinc con el fin de proteger de la corrosión.

Se sabe cómo proporcionar tales juntas por medio de soldadura MIG. Sin embargo, debido a las elevadas temperaturas que existen durante el proceso de soldadura MIG, es difícil mantener la capa delgada de cinc. Las partículas de las salpicaduras, que tienen un elevado contenido de calor, pueden dañar la capa de cinc. Debido a las temperaturas elevadas, la capa de cinc en la cara posterior de la plancha de acero se puede vaporizar y de este modo desaparecer. Otra desventaja es que la costura de la soldadura MIG es relativamente dura y por lo tanto requiere una ruda molienda para proporcionar una junta lisa. La capa superficial también se daña frecuentemente por tal molienda ruda. También se sabe cómo ocultar tales juntas mediante un acabado plástico. Sin embargo, por razones de salud y de seguridad, y por el hecho de que los sistemas de pintura modernos para automóviles requieren temperaturas de curado de 180°C, no se prefieren tales cubiertas de plástico.

También se sabe cómo broncesoldar tales juntas usando una aleación enriquecida en cobre de alambre de aportación de latón. Realizadas correctamente, tales juntas broncesoldadas también ofrecen una mejora estructural.

La práctica de la broncesoldadura convencional en estas situaciones es usar técnicas de broncesoldadura por gas o GMA. La broncesoldadura por gas es comparativamente lenta, debido a la baja temperatura de la llama de gas. Como consecuencia de las velocidades lentas de broncesoldadura, la entrada de calor al área de la junta es elevada, con una tendencia distinta a la distorsión de la junta y del panel. Además, para activar el metal de la junta y lograr un mojado bueno del metal base, es necesario un flujo agresivo. Además, la broncesoldadura por gas provoca problemas debidos al residuo del flujo corrosivo y a la necesidad de su eliminación subsiguiente. En consecuencia, por razones de mayores velocidades de broncesoldadura y para evitar los flujos corrosivos, muchos fabricantes de automóviles han adoptado la broncesoldadura GMA. Este proceso, sin embargo, a la vez que ofrece las ventajas mencionadas anteriormente, provoca otros problemas. Estos incluyen una velocidad rápida de congelación, lo que tiende a provocar microporosidad, adhesión de las salpicaduras a los paneles de cinc con el daño localizado resultante a los paneles, y perlas de broncesoldadura en forma de joroba que requieren un desbarbado excesivo.

Sumario de la invención

El objeto de la presente invención es proporcionar un nuevo método de broncesoldadura mediante el cual se puede obtener una costura de broncesoldadura de aspecto cosmético. Además, el método de broncesoldadura debe permitir una velocidad elevada de la broncesoldadura.

Este objeto se obtiene por medio del método definido en la reivindicación 1. Suministrando un primer gas, que comprende un componerte principal inerte, que incluye al menos argón, y, en una cantidad minoritaria, un componente activo, es posible reducir el número de partículas de las salpicaduras en el área de la costura de la broncesoldadura. Además, la adición de un componente activo mejora el mojado, dando como resultado una costura de broncesoldadura que tiene una forma lisa y uniforme, y que muestra una baja microporosidad. En consecuencia, la costura de broncesoldadura producida requiere un mínimo de trabajo de acabado, y tal trabajo requerido se puede realizar por medio de métodos suaves, tales como molienda fina, pulimento, etc. Un buen mojado también permite una velocidad elevada de deposición y, de este modo, una productividad elevada. Además, debido a la temperatura relativamente baja, en comparación con la soldadura MIG, el proceso de broncesoldadura no afectará negativamente al material de la pieza de trabajo. Se mantendrá una capa superficial delgada.

El objeto también se obtiene por el método definido en la reivindicación 4. De manera correspondiente, suministrando un gas de protección, que comprende un componente principal inerte que incluye al menos argón, y, en una cantidad minoritaria, un componente activo, se pueden mejorar las propiedades de mojado y se puede reducir la cantidad de salpicadura.

Según una realización de la presente invención, dicho componente principal inerte incluye una mezcla gaseosa de argón y helio. Al añadir el helio, se mejora la transferencia de calor, dando como resultado una velocidad más elevada de la broncesoldadura. Preferiblemente, dicha mezcla gaseosa comprende 30 a 90% en volumen de helio, y 10 a 70% en volumen de argón. Según un ejemplo adicional, dicha mezcla gaseosa puede comprender 55 a 65% en volumen de helio, y 35 a 45% en volumen de argón.

Según una realización adicional de la presente invención, dicho componente activo incluye al menos un gas que tiene un efecto oxidante. Tal componente activo estabiliza el arco, que es una condición previa importante para una costura uniforme de broncesoldadura con un aspecto liso y cosmético. De ese modo, dicho componente activo puede incluir al menos uno de NO, CO_{2}, CO, O_{2}, N_{2}O, H_{2} y N_{2}. Además, la concentración de dicho componente activo puede ser como máximo 1% en volumen, preferiblemente 0,001% en volumen hasta 0,5% en volumen. En el caso de que el componente activo incluya NO, la concentración de NO puede ser 0,001% en volumen hasta 0,05% en volumen.

Según una realización adicional de la presente invención, dicho material para broncesoldadura comprende, como el componente principal, Cu y una cantidad minoritaria de Al, Si, Sn, o sus mezclas.

Según una realización adicional de la presente invención, la pieza de trabajo comprende al menos dos partes a unir juntas por el material procedente del electrodo. La pieza de trabajo puede comprender un sustrato metálico que tiene una capa superficial delgada de revestimiento, que comprende al menos uno de los elementos cinc y aluminio. Tal capa superficial de revestimiento puede comprender una capa de imprimación que contiene cinc o aluminio. Por medio del método de la invención, tal capa de imprimación no necesita ser eliminada antes de la broncesoldadura. También es posible mantener el desarrollo de humo y de humo denso en un bajo nivel, incluso si tal capa superficial no se ha eliminado. Además, el método de la invención reduce la acumulación de suciedad en el dispositivo formador de arco. Como alternativa, la capa superficial delgada puede ser una capa metálica que tiene un grosor menor que 30 \mum, en particular menor que 10 \mum. El método de la invención reduce la pérdida de cinc en la proximidad de la costura de la broncesoldadura. Debido al número bajo de partículas de las salpicaduras, se puede evitar el daño localizado a la capa superficial de las piezas de trabajo.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se explicará ahora con más detalle en relación con la descripción de diferentes realizaciones de la misma, y con referencia a los dibujos que se acompañan.

La Fig. 1 describe esquemáticamente un dispositivo según una primera realización para llevar a cabo el método de la presente invención.

La Fig. 2 describe esquemáticamente un dispositivo según una segunda realización para llevar a cabo el método de la presente invención.

La Fig. 3 describe esquemáticamente un dispositivo según, una tercera realización para llevar a cabo el método de la presente invención.

Descripción detallada de realizaciones diferentes de la presente invención

La Fig. 1 describe una primera realización de un dispositivo para broncesoldadura, que comprende un dispositivo 1 formador de plasma que tiene un electrodo 2 de volframio no consumible dispuesto concéntricamente en un primer canal 3 de boquilla para un gas de plasma. El primer canal 3 de boquilla se proporciona con una porción 4 de punta delantera constreñida, y está rodeado por un segundo canal 5 de boquilla para un gas de protección. El gas de plasma se suministra de una fuente en forma de un recipiente para gas (no descrito) al primer canal 3 de gas para formar un flujo gaseoso a su través. De manera similar, el gas de protección se suministra de una fuente en forma de un recipiente para gases (no descrito) al segundo canal 5 de gas para formar un flujo gaseoso a su través. El dispositivo 1 formador de plasma, o antorcha, descrito en la Fig. 1, se adapta para la realización de la broncesoldadura por arco de plasma. Se aplica un voltaje por medio de una fuente 6 de energía al dispositivo 1 formador de plasma, a través del electrodo 2 y de una pieza 7 de trabajo que comprende dos chapas metálicas a broncesoldar juntas. Debido al voltaje aplicado, aparece un arco entre el electrodo 2 y la pieza 7 de trabajo, formando un plasma del gas que fluye a través del primer canal 3 de boquilla. El flujo de plasma se dirige hacia las chapas 7 de la pieza de trabajo a broncesoldar juntas. Debido a la porción 4 de punta delantera constreñida, que deja un orificio relativamente pequeño del primer canal 3 de boquilla, el flujo de plasma está constreñido y es exprimido hacia fuera del primer canal 3 de boquilla. De este modo, el calor se concentra en un flujo de plasma relativamente estrecho. El gas de protección del segundo canal 5 de boquilla rodea al flujo de plasma y a un área 8 de trabajo alrededor de una costura 9 de broncesoldadura. El material 10 de broncesoldadura se suministra al área 8 de trabajo por medio de un alimentador de broncesoldadura, indicado esquemáticamente en 11. Como una alternativa, el material de broncesoldadura se puede aplicar a la pieza de trabajo con anterioridad.

La Fig. 2 describe una segunda realización de un dispositivo 1 formador de plasma según la presente invención. Se debe observar que los elementos que tienen una función correspondiente se han proporcionado con los mismos números de referencia en todas las realizaciones descritas. La segunda realización difiere de la primera en que el voltaje se aplica al dispositivo 1 formador de plasma sobre el electrodo 2 no consumible y la pared del primer canal 3 de boquilla. En consecuencia, se forma un arco entre el electrodo y la porción 4 de punta delantera.

Se debe observar que se puede dispensar con los segundos canales 5 de boquilla en los dispositivos formadores de plasma descritos en las Figs. 1 y 2. De ese modo, sólo se suministra el gas de plasma.

La Fig. 3 describe una tercera realización de un dispositivo 1 formador de plasma según la presente invención, y que tiene simplemente un canal 3 de boquilla. En esta realización, la porción 4 de punta delantera no está constreñida, dando como resultado un flujo de plasma menos concentrado y una concentración reducida del calor a transferir a la pieza 7 de trabajo. En esta realización, el gas suministrado al canal 3 de boquilla es tanto el gas de plasma como el gas de protección.

Se debe observar que el alimentador 11 de broncesoldadura se puede disponer como una parte del dispositivo 1 formador de plasma, y de este modo para alimentar el material 10 de broncesoldadura desde la periferia externa del dispositivo formador de plasma, a través del segundo canal 5 de boquilla o a través del primer canal 3 de boquilla.

El rendimiento del método según la presente invención se explicará ahora con referencia a los dispositivos de broncesoldadura descritos en las Figs. 1 a 3. Por medio de la fuente 6 de energía, se proporciona un voltaje de arco esencialmente constante que forma un arco entre el electrodo 2 y la pieza 7 de trabajo, o entre el electrodo 2 y la porción 4 de punta delantera. El arco produce un plasma del gas que fluye a través del canal 3 de boquilla hacia la pieza 7 de trabajo. El material 10 de broncesoldadura se alimenta en el flujo de plasma y se funde sucesivamente por el calor del plasma. El material de broncesoldadura fundido entonces se transfiere a la pieza 7 de trabajo, formando de ese modo la costura 9 de broncesoldadura que une las dos chapas de la pieza 7 de trabajo.

El material 10 de broncesoldadura está en forma de un alambre que comprende, como su principal componente, Cu, por ejemplo 80-99%, y una cantidad minoritaria de aluminio, silicio, estaño, o mezclas de estos elementos.

La pieza 7 de trabajo en los ejemplos descritos comprende dos chapas a broncesoldar juntas. Las chapas son chapas de sustrato metálico relativamente delgadas, por ejemplo chapas de acero que tienen un grosor menor que 4 mm, por ejemplo 1, 2 ó 3 mm. Las chapas del sustrato se pueden cubrir por una capa superficial de revestimiento delgada que tiene un grosor menor que 25 µm, y en particular menor que alrededor de 10 \mum. La capa superficial de revestimiento puede ser una capa superficial metálica delgada protectora, por ejemplo una capa de cinc, aluminio, o una mezcla de cinc y aluminio. Tales capas habituales de cinc pueden ser, por ejemplo, una o más de una capa galvanizada sumergida en caliente, cinc electrochapado y Galvaneal (acero galvanizado). La capa superficial de revestimiento también puede ser una capa de imprimación protectora que contiene cinc o aluminio. Tal capa de imprimación se usa frecuentemente para proteger las chapas de acero en la industria automovilística durante su transporte.

Los gases suministrados a través de los canales 3 y 5 de boquilla comprenden un componente principal inerte que incluye al menos argón, y, en una cantidad minoritaria, un componente activo. El componente principal inerte incluye una mezcla gaseosa que tiene 30 a 90% en volumen de helio y 10 a 70% en volumen de argón. Preferiblemente, la mezcla gaseosa comprende 55 a 65% en volumen de helio y 35 a 45% en volumen de argón. El componente activo incluye al menos un gas que tiene un efecto oxidante, por ejemplo al menos uno de NO, CO_{2}, CO, O_{2}, y N_{2}O. El componente activo puede incluir también al menos uno de H_{2}, y N_{2}. Además, se debe mencionar que el componente activo puede incluir mezclas de dos o más de estos componentes activos. La concentración del componente activo es como máximo alrededor de 1% en volumen. Preferiblemente, la concentración del componente activo es relativamente baja, por ejemplo de 0,001% en volumen a 0,5% en volumen. En el caso de que el componente activo comprenda NO, la concentración de NO puede ser de 0,001% en volumen hasta 0,05% en volumen. Se debe señalar que los gases definidos anteriormente se pueden usar como gas de protección así como gas de plasma. De este modo, el gas suministrado a través tanto de los canales 3 como 5 de boquilla pueden ser el mismo gas. También es posible usar gases diferentes, es decir, gases que tienen composiciones diferentes, como gas de plasma y gas de protección, respectivamente.

La presente invención no está limitada a las diferentes realizaciones descritas anteriormente, sino que se puede variar y modificar dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. El método de la invención se puede realizar junto con una amplia variedad de diferentes dispositivos de broncesoldadura, y ciertamente no sólo junto con el dispositivo de broncesoldadura descrito anteriormente. Además, el método de la invención es adecuado para broncesoldar juntos todos los materiales metálicos. Aunque se puede aplicar para unir chapas metálicas gruesas, la invención es particularmente ventajosa para chapas metálicas delgadas que son menos resistentes a temperaturas elevadas tales como las que existen durante la soldadura convencional MIG. El método según la presente invención es adecuado para ser llevado a cabo de una manera manual, semiautomática o automática.

Claims

1. Un método de broncesoldadura con el uso de un dispositivo (1) formador de plasma que tiene un electrodo (2) no consumible, que comprende las siguientes etapas de operación:

- suministrar un primer gas a dicho dispositivo (1) formador de plasma;

- formar un flujo de plasma de dicho primer gas aplicando un voltaje entre dicho electrodo (2) y un terminal (4, 7) eléctrico;

- dirigir dicho flujo de plasma hacia una pieza (7) de trabajo; y

- proporcionar un material (10) de broncesoldadura para ser fundido por dicho flujo de plasma,

caracterizado porque dicho primer gas comprende un componente principal inerte que incluye al menos argón, y, en una cantidad minoritaria, un componente activo.

2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado por suministrar un segundo gas para proteger dicho flujo de plasma de la atmósfera que lo rodea

3. Un método según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho segundo gas comprende un componente principal inerte que incluye al menos argón, y, en una cantidad minoritaria, un componente activo.

4. Un método de broncesoldadura con el uso de un dispositivo (1) formador de plasma que tiene un electrodo (2) no consumible, que comprende las siguientes etapas de operación:

- suministrar un primer gas a dicho dispositivo (1) formador de plasma;

- dirigir dicho flujo de plasma hacia una pieza (7) de trabajo;

- proporcionar material (10) de broncesoldadura para ser fundido por dicho flujo de plasma; y

- suministrar un segundo gas para proteger dicho flujo de plasma de la atmósfera que lo rodea,

caracterizado porque dicho segundo gas para protección comprende un componente principal inerte que incluye al menos argón, y, en una cantidad minoritaria, un componente activo.

5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho componente principal inerte incluye una mezcla gaseosa de argón y helio.

6. Un método según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha mezcla gaseosa comprende 30 a 90% en volumen de helio, y 10 a 70% en volumen de argón.

7. Un método según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha mezcla gaseosa comprende 55 a 65% en volumen de helio, y 35 a 45% en volumen de argón.

8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho componente activo incluye al menos un gas que tiene un efecto oxidante.

9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho componente activo incluye al menos uno de NO, CO_{2}, CO, O_{2}, N_{2}O, H_{2} y N_{2}.

10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la concentración de dicho componente activo es como máximo 1% en volumen, preferiblemente de 0,001% en volumen hasta 0,5% en volumen.

11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dicho componente activo incluye NO, y porque la concentración de NO es de 0,001% en volumen hasta 0,05% en volumen.

12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho material (10) de broncesoldadura comprende, como el componente principal, Cu y una cantidad minoritaria de Al, Si, Sn, o sus mezclas.

13. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pieza (7) de trabajo comprende al menos dos partes a ser unidas juntas por el material (10) de broncesoldadura.

14. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pieza (7) de trabajo comprende un sustrato metálico que tiene una capa superficial de revestimiento delgada que comprende al menos uno de los elementos cinc y aluminio.

15. Un método según la reivindicación 14, caracterizado porque la capa superficial delgada es una capa metálica que tiene un grosor menor que 25 \mum, en particular menor que 10 \mum.

16. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el terminal eléctrico está formado por dicha pieza (7) de trabajo.

17. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el terminal eléctrico está formado por una porción (4) de boquilla de dicho dispositivo (1) formador de plasma.

18. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho flujo de plasma está constreñido.