ES2244725T3 - Metodo de soldadura por friccion agitacion de un borde con una placa. - Google Patents
Metodo de soldadura por friccion agitacion de un borde con una placa.Info
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Abstract
Un método de soldadura de fricción agitación para soldar unos miembros primero y segundo a lo largo de una línea de soldadura continua que presenta un cambio brusco de dirección, que comprende las operaciones de: poner en contacto los miembros por la línea de soldadura; insertar una herramienta (200) de soldadura de fricción agitación en la línea de soldadura, y mientras gira dicha herramienta moverla para efectuar la soldadura de fricción agitación a lo largo de una primera parte de dicha línea de soldadura, con el eje central de la herramienta inclinado a lo largo de la dirección de movimiento de dicha herramienta; cuando la herramienta (200) alcanza la posición (P5) de dicho cambio de dirección de la línea de soldadura, retirar la herramienta (200) de los miembros; cambiar la dirección de inclinación de la herramienta (200) con relación a los miembros mediante el giro de un dispositivo de soporte de la herramienta, o por giro de dichos miembros; reinsertar la herramienta (200) dentro delos miembros en la posición en la que la herramienta fue retirada, y mientras gira moverla para efectuar la soldadura de fricción agitación a lo largo de una segunda parte de la línea de soldadura, que tiene una dirección diferente a dicha primera dirección.
Description
Método de soldadura por fricción agitación de un
borde con una placa.
La presente invención se refiere a un método de
soldadura de fricción agitación para la unión de miembros, que
resulta particularmente adecuado para unir miembros de aleación de
aluminio para formar dispositivos de transporte tales como vagones
de ferrocarril, equipo industrial, equipo relacionado con
actividades científicas, aparatos eléctricos, y otros.
La soldadura de fricción agitación es un método
ejecutado mediante la inserción de un árbol giratorio (denominado
herramienta giratoria) en la parte de junta entre los miembros que
han de ser soldados, y el movimiento de dicha herramienta giratoria
a lo largo de la línea de la junta, con lo que se calienta, se
ablanda, se plastifica, y se suelda en fase sólida la parte de la
junta. La herramienta giratoria comprende una porción de diámetro
grande y otra de diámetro pequeño. Durante la soldadura, la porción
de diámetro pequeño es insertada en el miembro o miembros que han de
ser soldados, y la superficie extrema de la porción de diámetro
grande entra en contacto con el miembro o miembros. Una rosca de
tornillo está formada en la porción de diámetro pequeño. La
superficie extrema de la porción de diámetro grande que queda frente
a la porción de diámetro pequeño está inclinada y es cóncava. El eje
central de la herramienta de giro es inclinado a lo largo de la
dirección de movimiento de la herramienta giratoria. Es decir, que
el eje de dicha herramienta es inclinado hacia atrás con respecto a
su dirección de movimiento.
De acuerdo con otro ejemplo, unos salientes que
sobresalen hacia el lado desde el que la herramienta giratoria es
insertada son formados para los dos miembros que se han de soldar, y
la soldadura de fricción agitación es ejecutada mediante la
inserción de una porción de diámetro pequeño del árbol giratorio en
la porción en contacto, y la inserción de la porción de diámetro
grande de la herramienta giratoria en los salientes. El material de
metal que constituye los salientes es utilizado como material de
origen para rellenar el hueco formado entre los dos miembros en
contacto. Los salientes pueden ser formados sólo en uno de los dos
miembros que han de ser soldados. Dicho método es utilizado para
soldar miembros extruídos, y la soldadura de fricción agitación es
ejecutada en la porción en la que la dirección de extrusión de un
miembro es ortogonal con respecto a la del otro miembro.
Además, cuando se ejecuta la soldadura de
fricción agitación para formar la carrocería de un vagón de
ferrocarril, que cuenta con ventanas dispuestas en él, un cierto
número de herramientas giratorias están dispuestas en un cuerpo
desplazable para el procedimiento de soldadura. Dicho cuerpo
desplazable es detenido justamente antes de la parte de ventanilla,
y todas las herramientas giratorias son retraídas de los miembros
soldados antes de reinsertar dichas herramientas, que no tienen la
parte de ventanilla a lo largo de su camino. Entonces, el movimiento
del cuerpo desplazable es reiniciado, y se continúa la soldadura
mediante fricción agitación.
Los métodos de la técnica anterior mencionados se
describen en la Traducción Japonesa Publicada de la solicitud de
patente PCT núm. 508073/97 (EP 0752926 B1), y en la Publicación de
Patente Japonesa abierta núm. 2000-343248 (EP
1057576 A2).
Los documentos
JP-A-2000/135577, y
JP-A-2000/317654, que se considera
representan el estado más relevante de la técnica, ilustran
procedimientos en los que hay cambios en la dirección de la línea de
soldadura de fricción agitación. En el documento
JP-A-2000/135577, el eje de la
herramienta giratoria está inclinado hacia atrás con respecto a la
línea de soldadura, y se menciona que la dirección de inclinación
debe ser cambiada cuando cambia la dirección de la línea de
soldadura.
Las paredes laterales de la carrocería de un
vagón de ferrocarril están dotadas de entradas para que el personal
de servicio, etc., entre y salga del tren. Dado que se aplica una
gran carga a la entrada, un miembro de cerco grueso es soldado sobre
los paneles que constituyen las paredes laterales de la carrocería.
El miembro de cerco comprende miembros extruídos. Los paneles y el
miembro de cerco de la carrocería del coche son unidos mediante
soldadura de fricción agitación. La herramienta giratoria utilizada
para dicha soldadura de fricción agitación es movida a lo largo del
miembro de cerco.
En general, el miembro de cerco está formado por
curvatura de un miembro extruído en forma de U. Las esquinas
curvadas lo están en forma de arcos.
Seguidamente se explicará cómo formar el miembro
de cerco, por soldadura de tres miembros extruídos, el bloque
izquierdo, el bloque derecho, y el bloque superior. Los bloques son
sustancialmente ortogonales entre sí. En el caso presente, la unión
entre el bloque izquierdo y el bloque superior, y la junta entre el
bloque superior y el bloque derecho, están sustancialmente en ángulo
recto. La entrada a través de la cual se entra y sale del tren, está
en general equipada con dicho miembro de cerco.
Cuando se suelda con fricción agitación el
miembro de cerco a la placa de la carrocería del coche que rodea
dicho miembro de cerco, la dirección de la herramienta giratoria (es
decir, la dirección de movimiento de dicha herramienta) debe ser
variada 90 grados en la junta (esquina en ángulo recto). Esto se
debe a que la herramienta giratoria debe ser inclinada a lo largo de
la dirección de movimiento. La dirección de la herramienta giratoria
es variada ya sea por cambio de la posición de dicha herramienta, o
por cambio de la posición de los miembros que se han de soldar.
Al variar la dirección de la herramienta
giratoria, el movimiento de dicha herramienta debe ser detenido, Por
tanto, dicho movimiento se detiene pero el giro de la herramienta
continúa con ésta insertada en la junta de los miembros que se han
de soldar. Esto produce defectos en la junta de la soldadura de
fricción agitación.
El mismo problema se produce aunque el ángulo de
movimiento de la herramienta varíe más o menos de 90 grados. La
dirección de movimiento del árbol giratorio no es variada justamente
cuando se suelda un miembro de cerco a la abertura de entrada de la
carrocería, sino también cuando se forman varios miembros utilizados
en el campo de la construcción, en el campo de los aparatos
industriales, o en otros campos.
Un sensor óptico es utilizado para detectar la
parte en contacto, para la inserción de la herramienta giratoria en
ella y para guiar el movimiento de dicha herramienta, pero cuando la
dirección de movimiento (la dirección de la línea de la junta) varía
mucho (es decir, 90 grados), el sensor óptico falla al detectar
dicha parte de contacto cuando se aproxima a la zona de esquina.
Además, dado que la carrocería del coche y su
miembro de cerco de la entrada están formados de miembros extruídos,
y que la dirección de extrusión es ortogonal entre los miembros, el
saliente que sirve como material de origen para rellenar el hueco
existente en la parte de contacto puede ser proporcionado solamente
a uno de los miembros que se han de soldar, Por tanto, es probable
que se produzca un defecto en la junta.
El primer objeto de la presente invención es
proporcionar un método de soldadura de fricción agitación, capaz de
permitir una buena soldadura cuando el ángulo de la línea de la
junta varíe notablemente.
La presente invención proporciona un método de
soldadura de fricción agitación como se expone en la reivindicación
1.
La fig. 1 es una vista explicatoria que muestra
el funcionamiento de una realización de la presente invención;
La fig. 2 es una tabla de flujo de acciones que
muestra la realización de la presente invención;
La fig. 3 es una vista frontal que muestra la
entrada formada en la estructura lateral de una realización de la
presente invención;
La fig. 4 es una vista de un corte transversal
tomado por la línea IV-IV de la fig. 3;
La fig. 5 es una vista de un corte transversal
vertical tomado por la línea V-V de la fig. 3;
La fig. 6 es una vista en perspectiva que muestra
la carrocería de un coche de ferrocarril; y
La fig. 7 es una vista en perspectiva del
dispositivo de soldadura de fricción agitación.
Seguidamente se explicará la realización
preferida de la presente invención con referencia a las figs. 1 a 7.
En la fig. 1 (A), el ángulo de la línea de la junta de los miembros
que se han de soldar es variada ortogonalmente. En la fig. 1 (B),
la línea de la junta ortogonal es extendida linealmente para
explicación.
La carrocería 100 de un coche de ferrocarril
comprende unas estructuras laterales 101 que constituyen la paredes
laterales de dicho coche, una estructura de techo 102 que constituye
su techo, un bastidor inferior 103 que forma el suelo, y una
estructura 104 que constituye los extremos longitudinales de aquél.
Las estructuras laterales 101, la estructura de techo 102, y el
bastidor inferior 104, son formados por soldadura entre sí de los
miembros extruídos plurales 10, 20. La dirección longitudinal
(dirección extruída) de cada miembro extruído 10, 20 está dispuesta
a lo largo de la dirección longitudinal de la carrocería 100 del
coche. Cada miembro extruído 10, 20 es un miembro hueco hecho de
aleación de aluminio.
Cada estructura lateral 101 tiene varias ventanas
130 y entradas 110, 140 a través de las cuales las personas entran
en el vagón y salen de él. La entrada 110 es principalmente para
personal del servicio, tal como el maquinista, y su anchura es
relativamente pequeña. La entrada 140 es principalmente para
pasajeros, y su anchura es relativamente grande. El cerco de la
abertura de las entradas 110 y 140 está dotado de unos miembros 120
y 141 de cerco, respectivamente, que van soldados a ellas.
La dirección de extrusión de los miembros
extruídos 10, 20 que constituyen la estructura lateral 101 es la
dirección longitudinal de la carrocería del coche, o la dirección
longitudinal de la estructura lateral 101. Dado que el miembro de
cerco 120 (141) está también extruído, las direcciones de extrusión
de los bloques izquierdo y derecho del miembro de cerco 120 (141)
son ortogonales con respecto a la dirección de extrusión de los
miembros 10 y 20. Los miembros extruídos 10 y 20 son miembros
huecos.
Cada miembro hueco 10 (20) consiste en dos placas
frontales 11 (21) y 12 (22) sustancialmente paralelas, y unas placas
plurales de conexión 13 (23) y 14 (24) que conectan dichas dos
placas frontales.
La placa de conexión 14 (24) situada en el
extremo de la dirección en anchura del miembro hueco 10 (20) es
ortogonal a las placas frontales 11 y 12 (21 y 22). En la superficie
exterior de la conexión entre la placa de conexión 14 y la placa
frontal 11 (12) hay formada un parte rebajada sobre la que se solapa
la placa frontal 21 (22) del miembro hueco 20. En el extremo de las
placas frontales 11 y 12 hay unos bloques sobresalientes 15 que
sostienen las placas frontales 21 y 22. Dichos bloques
sobresalientes 15 se extienden desde la placa de conexión 14. Dichos
bloques sobresalientes 15 se extienden desde la placa de conexión
14. Los bloques sobresalientes 15 están conectados a las partes
rebajadas. Los extremos de dichas placas frontales 21 y 22 del
miembro hueco 20 están superpuestos sobre las partes rebajadas y los
bloques sobresaliente 15 del miembro hueco 10.
En el extremo de cada placa frontal 11 y 12 (21 y
22) hay formado un saliente 17 (27) que sobresale hacia el lado
exterior (la dirección exterior del grosor) de los miembros huecos
10 y 20. La superficie extrema de las placas frontales 11, 21 y el
saliente 17 (dicho de otro modo, el borde de la parte rebajada
próxima a las placas frontales 11 y 12) está cerca del centro del
grosor de la placa de conexión 14, La superficie extrema de la placa
frontal 11 (12) y el saliente 17 del miembro hueco 19 está en
contacto contra la superficie extrema de la placa frontal 21 (22) y
el saliente 27 del miembro hueco 20.
La superficie exterior de la placa frontal 11
(12) está nivelada con la superficie exterior de la placa frontal 21
(22), y la altura sobresaliente de los salientes 17 y 27 es la
misma. La anchura de los dos salientes 17 y 27 es la misma. Dicha
anchura es mayor que el diámetro de la porción de diámetro mayor 201
de la herramienta giratoria 200.
Primero, el miembro 10 y el miembro 20 son
soldados entre sí, como se muestra en la fig. 5, y los dos miembros
huecos 10 y 20 son montados sobre una base 310 y se fijan a ella
antes de la soldadura. Una herramienta giratoria 200 comprende una
porción 220 de diámetro pequeño formada en la punta de un porción
210 de diámetro grande. La porción 220 de diámetro pequeño está
dotada de rosca de tornillo. La superficie extrema de la porción 210
de diámetro grande que queda frente a la porción de diámetro pequeño
220 es cónica, con su lado central y axial cóncavo.
Al soldar los miembros, la herramienta giratoria
200 es insertada en la parte en contacto. El extremo inferior de la
porción 210 de diámetro grande es insertada en los salientes 17 y 27
que están situados encima de las placas frontales 11 y 21. La
porción 220 de diámetro pequeño es insertada en la parte en contacto
entre las placas frontales 11 y 21. El extremo inferior de la
porción 220 de diámetro pequeño se inserta algo en el bloque
sobresaliente 15. La herramienta giratoria 200 es girada y movida a
lo largo de la línea de junta de la parte en contacto. El eje
central de dicha herramienta giratoria 200 es inclinada a lo largo
de la dirección de movimiento. La porción 220 de diámetro pequeño
precede a la porción 210 de diámetro grande. El metal que constituye
los salientes 17 y 27 es utilizado como material de origen para
llenar el hueco formado en dicha parte de contacto. No hay hueco
mostrado en la parte de contacto de la fig. 5.
Completada la soldadura de fricción agitación de
la superficie superior de la fig. 5, los lados superior e inferior
de los miembros huecos 10 y 20 son invertidos, y la soldadura de
fricción agitación del lado opuesto es ejecutada de manera
similar.
Después de soldar todos los miembros huecos 10,
20 que constituyen la estructura lateral 101, las áreas innecesarias
en torno a las ventanillas 130 y las entradas 110 y 140 son
recortadas, con el lado interior de la carrocería del coche mirando
hacia arriba. De acuerdo con este procedimiento de corte, la zona
extrema en torno a las ventanillas 130 o la abertura de las entradas
110 y 140 de la placa frontal 21 (11) que queda frente al exterior
de la carrocería del coche es hecha sobresalir hacia el lado de la
abertura más que la parte extrema de la placa frontal 22 (12) que
queda frente al interior de la carrocería del coche, o la parte
extrema de las placas de conexión 23, 24 (13, 14).
Seguidamente, los miembros de cerco 120 y 141 son
soldados mediante fricción agitación sobre la estructura lateral 110
formada como antes se ha expuesto. En la fig. 3, el miembro de cerco
120 es formado mediante soldadura entre sí de tres miembros
extruídos lineales 120L, 120C, y 120R, para crear una estructura en
forma de U. La línea de junta entre los bloques 120L y 120R, y la
placa 11 (21) es ortogonal a la línea de junta entre el bloque
central 120C y la placa 11 (21).
El miembro de cerco 120 comprende un bloque 121
que termina en los extremos de los miembros huecos 10 y 20, un
saliente 123 que sobresale hacia fuera desde la superficie exterior
de la placa frontal 21 (11) que mira hacia el exterior de la
carrocería, un bloque sobresaliente 125 que se superpone a la
superficie interior de la placa frontal 21 (11), y un bloque
sobresaliente 127 que se superpone a la superficie exterior 22 (12)
de la placa frontal que mira hacia el interior de la carrocería. La
superficie extrema exterior del bloque 121, excluido el saliente
123, está situada sustancialmente sobre el mismo plano que la
superficie exterior de la placa frontal 21 (11). El bloque
sobresaliente 125 del lado exterior está rebajado desde el exterior
de la carrocería. El extremo de la placa frontal 21 (11) topa contra
el miembro de cerco 120. El bloque sobresaliente 127 que mira hacia
el interior de la carrocería se solapa al lado exterior de la placa
frontal 22 (12) que mira hacia el interior de dicha carrocería, y en
él es efectuada una soldadura de rincón o en ángulo recto. Dicha
soldadura de rincón es efectuada en un momento apropiado, antes o
después de la soldadura de fricción agitación.
Dado que el extremo de las placas frontales 21 y
11 que topa contra el miembro de cerco 120 está en el extremo de la
dirección de extrusión, no hay salientes 17 y 27 formados hacia las
placas frontales 11 y 21. Dado que el miembro hueco 10 que entra en
contacto con el bloque central 120C del miembro de cerco 120 en
forma de U tiene su extremo en la dirección de la anchura recortado,
no hay salientes 17 y 27 en el miembro hueco 10.
La fig. 4 muestra el estado justamente antes de
efectuar la soldadura mediante fricción agitación en los miembros,
pero no muestra hueco en la parte en contacto. El miembro de cerco
120 y la estructura lateral 110 son fijadas sobre la base 320. En la
fig. 6, los miembros huecos 10 y 20 son situados entre el miembro de
cerco 120 y la estructura de extremo 104, aunque ésta puede ser
reemplazada por una simple placa.
La parte en contacto entre la placa extrema 21
(11) y el miembro de cerco 120 es soldada con fricción agitación
desde arriba. La porción 220 de diámetro pequeño de la herramienta
giratoria 200 es insertada en la parte en contacto. La punta de la
porción 220 de diámetro pequeño es insertada algo en el bloque
sobresaliente 125. Una parte de la porción 210 de diámetro grande es
insertada en el saliente 123. La porción de diámetro grande es
insertada de modo que existe un hueco entre el extremo inferior de
la parte 210 de diámetro grande y la superficie superior de la placa
frontal 21 (11). Dado que la herramienta giratoria 200 es insertada
con la porción 210 de diámetro grande inclinada hacia atrás a lo
largo de la dirección de movimiento, el hueco es formado entre el
extremo más inferior de la porción 210 de diámetro grande inclinada,
y la superficie superior de la placa frontal 21 (11).
En la parte en contacto del miembro de cerco 120,
hay formado un saliente 123 que proporciona el material de origen
para rellenar el hueco existente en dicha parte en contacto con
respecto al miembro de cerco 120, pero no hay salientes 17 o 27
sobre los miembros huecos 10 y 20. Por tanto, sólo uno de los
miembros en contacto tiene el saliente. En tal estado es posible la
soldadura mediante fricción agitación, aunque es preferible que
ambos miembros en contacto estén dotados de dichos salientes. Por
tanto, después de situar el miembro de cerco 120 junto a la
estructura lateral 101, se efectúa la soldadura de rincón de las
placas frontales 11 y 21 de los miembros huecos 10 y 20, a lo largo
del miembro de cerco 120. La altura y anchura de la soldadura de
rincón debe corresponder preferiblemente a la del saliente 124, pero
aunque sea más pequeña que dicho saliente 123, la soldadura de
rincón es aún efectiva. Al efectuar la soldadura de fricción
agitación, la parte extrema de la porción 210 de diámetro grande de
la herramienta giratoria 200 debe ser insertada en el material de
metal que constituye la soldadura de rincón, como es el caso con los
salientes 123. La soldadura de rincón 123W se muestra sólo en la
fig. 4.
La soldadura de rincón debe ser adherida a las
placas frontales 11 y 21 con una resistencia suficientemente grande
como para mantener dicha soldadura sin que se disperse cuando se
efectúe la soldadura de fricción agitación. No hay necesidad de
soldar las placas frontales 11 y 21 al miembro de cerco 120
firmemente. Es preferible que las placas frontales 11 y 21 hagan
contacto con el bloque sobresaliente 125 al soldarse, por no es
necesario cuando se efectúe la soldadura de rincón. Cuando no se
forma soldadura de rincón existe un hueco entre la porción 210 de
diámetro grande de la herramienta giratoria 200, y la placa frontal
21 (11) puede no entrar en contacto con el bloque sobresaliente 125,
lo que causa defectos en la soldadura. No obstante, si se
proporciona soldadura de rincón a la junta, el metal de la soldadura
existe entre la porción 210 de diámetro grande y la placa frontal 21
(11), con lo que se presiona de manera efectiva la placa frontal 21
(11) hacia el bloque sobresaliente 125. Se logra así una buena
soldadura. Además, la soldadura de rincón puede ser efectuada
fácilmente.
Cuando se proporciona a la junta una soldadura de
rincón, la detección de la parte en contacto con el uso del sensor
óptico resulta difícil. Además, cuando la dirección de la línea de
la junta cambia mucho, por ejemplo, cuando la línea de la junta está
curvada, con un radio de curvatura pequeño, o cuando dicha línea de
la junta está curvada ortogonalmente, se hace difícil detectar la
línea de junta con el uso del sensor óptico, En tales casos es
preferible efectuar un control numérico para guiar la herramienta
giratoria.
En la fig. 3, la herramienta giratoria 200 se
inserta en la parte en contacto sobre el extremo inferior del bloque
izquierdo 120L del miembro de cerco 120, y desde allí se inicia la
soldadura de fricción agitación. La herramienta giratoria 200 se
mueve a través del bloque izquierdo 120L, el bloque central 129C, el
bloque derecho 120R, y termina soldando en el extremo inferior del
bloque derecho 120R.
Después de insertar la herramienta giratoria 200
en la zona que se ha de soldar, dicha herramienta es girada y movida
a lo largo de la línea de la junta. La dirección de movimiento se
indica con la flecha X. El eje central de la herramienta giratoria
200 está en el centro de la parte en contacto entre el miembro de
cerco 120 y la placa frontal 21 (11).
En la fig. 7, la estructura lateral 101 está
montada sobre una base 320. Un cuerpo desplazable 410 de un
dispositivo 400 de soldadura mediante fricción agitación se mueve
por encima de la base 320. Dicho cuerpo desplazable 410 es conducido
a lo largo de unos carriles 350 dispuestos a ambos lados de la base
320. El dispositivo 430 de soldadura mediante fricción agitación
está montado en una viga de puente del cuerpo desplazable 410. Dicho
dispositivo 430 comprende a su vez un cuerpo móvil 431 que discurre
a lo largo de la viga de puente 411, un cuerpo de elevación 433 que
se mueve verticalmente en el cuerpo desplazable 431, un dispositivo
giratorio 435 que gira en el cuerpo de elevación 433, y otro
dispositivo giratorio 437 que está inclinado con respecto al
dispositivo giratorio 435 y que hace girar la herramienta giratoria
200. Mediante el movimiento del cuerpo desplazable 410 y del cuerpo
móvil 431, la herramienta giratoria 200 puede moverse en las
direcciones X e Y. El dispositivo giratorio 435 permite cambiar la
dirección de inclinación de la herramienta giratoria 200 a lo largo
de la línea de la junta. El cuerpo de elevación 433 mueve la
herramienta giratoria 200 en la dirección vertical. La posición
(altura, etc) de los cuerpos de los cuerpos desplazables 410 y móvil
431, del dispositivo giratorio 435, y de la herramienta giratoria
200, es controlada numéricamente.
De acuerdo con las figs. 1 y 2, la herramienta
giratoria 200 es girada a insertada en la posición predeterminada de
los miembros 10 y 120L que se han de soldar entre sí, y dicha
herramienta es movida en la dirección X, con lo que se inicia la
soldadura mediante fricción agitación. Cuando la herramienta 200 se
mueve a lo largo del bloque izquierdo 120L y alcanza una posición
predeterminada P3 (a una distancia predeterminada de la porción de
esquina) justamente antes de la esquina entre el bloque central
120C, la herramienta 200 comienza a elevarse. La velocidad de
elevación es lenta. El movimiento de la herramienta giratoria 200
continúa. Por tanto, la profundidad de la inserción de la
herramienta giratoria 200 gradualmente se hace más superficial. La
distancia predeterminada se establece, por ejemplo, en 50 mm. La
distancia de elevación de la herramienta giratoria durante esa
distancia predeterminada se establece, por ejemplo, en 0,5 mm. La
posición predeterminada es calculada desde la distancia de
desplazamiento del cuerpo desplazable 320. La altura (posición)
"0" de la herramienta giratoria de acuerdo con la fig. 1 se
refiere a la altura (posición) de la superficie superior del miembro
120 que se ha de soldar (operaciones S10, S30).
Al comenzar la soldadura de fricción agitación,
la punta de la herramienta giratoria 200 no girada es introducida en
la posición predeterminada sobre la estructura lateral 101, lo que
instruye a la unidad de control del punto inicial. Dicho punto
inicial se establece, por ejemplo, en el centro de la longitud del
bloque central 120C y situado en su borde superior. El punto inicial
es marcado previamente. De acuerdo con otro ejemplo, el punto
inicial es marcado en el borde superior del centro de la anchura de
la abertura de entrada 120. El tamaño, etc. del miembro de cerco 120
es introducido en la unidad de control. Cuando se inicia la
soldadura mediante fricción agitación, la unidad de control acciona
los cuerpos desplazables 420 y 431, el dispositivo giratorio 435, y
la herramienta giratoria 200, basado todo ello en un control
numérico.
Luego, cuando la herramienta giratoria 200
alcanza una parte esquina P5 entre el bloque izquierdo 120T y el
bloque central 120C, el movimiento de la herramienta giratoria se
detiene, mientras que el giro continúa, y dicha herramienta
giratoria 200 es movida hacia arriba y es retraída (extraída) de los
miembros que se están soldando. La herramienta giratoria 200 es
extraída en estado inclinado. Al extraer dicha herramienta 200 se
forma un orificio que tiene sustancialmente el mismo tamaño que la
porción 220 de diámetro pequeño de la citada herramienta
(operaciones S50, S70).
Seguidamente, el dispositivo giratorio 435 es
accionado para girar la herramienta giratoria 200 horizontalmente,
con lo que se inclina dicha herramienta con relación a la línea de
junta existente por delante (la línea de la junta a lo largo del
bloque central 120C). Dicho en otros términos, la dirección de
inclinación de la herramienta giratoria 200 es cambiada 90 grados
con respecto a la dirección original de inclinación. La herramienta
giratoria 200 es inclinada, y se establece el extremo inferior de la
porción 220 de diámetro pequeño como centro de inclinación. Por
tanto, la posición del extremo inferior de la porción 220 de
diámetro pequeño de la herramienta giratoria 200, después del cambio
de la dirección de inclinación, es sustancialmente igual a la
posición del extremo inferior de la porción 220 cuando la
herramienta fue retraída (extraída) de los miembros que se están
soldando).
Seguidamente, la herramienta giratoria 200 es
descendida mientras está girando, y es insertada en la posición
predeterminada. Cuando la herramienta giratoria es descendida, la
porción 220 de diámetro pequeño penetra en el orificio que fue
creado cuando la herramienta fue extraída fuera de los miembros. Por
tanto, el orificio creado por la retirada de la herramienta es
soldado con fricción agitación y desaparece. La profundidad de la
inserción de la herramienta giratoria 200 es mayor que la
profundidad de dicha herramienta antes de que ésta fuese extraída.
Es decir, que la profundidad de la inserción de dicha herramienta
giratoria 200 es la misma que la profundidad de la inserción en la
posición P3, antes de comenzar el ascenso de dicha herramienta. En
la fig. 1, la posición en la que la herramienta giratoria 200 es
elevada, y la posición en la que es descendida, es variada, pero lo
es sólo como explicación (operación S110).
Después de la inserción de la herramienta
giratoria 200 la profundidad predeterminada, dicha herramienta es
movida a lo largo del bloque central 120C (operación S130).
La misma operación es efectuada en la posición
P3, delante de la esquina P5 entre el bloque central 120C y el
bloque derecho 120R, y en la esquina P5 de ellos. Cuando la
herramienta alcanza el extremo inferior del bloque derecho 120R,
dicha herramienta giratoria 200 es extraída y termina la soldadura
de fricción agitación. El orificio formado en el extremo de la línea
de la junta es rellenado con soldadura o medio similar. La junta no
soldada desde el extremo de la soldadura de fricción agitación hasta
el extremo del miembro, es soldada con el uso de medios de soldadura
normal. Además, la junta que no es soldada en el bloque izquierdo
120L, antes del punto inicial de la soldadura de fricción agitación,
es soldada con el uso de medios de soldadura normales.
De acuerdo con la presente invención, dado que la
herramienta giratoria 200 es extraída fuera de los miembros que se
están soldando en la parte de esquina P5, para cambiar la dirección
de inclinación de la herramienta, la temperatura de dichos miembros
no aumentará excesivamente, aunque se consuma algún tiempo al
cambiar la dirección de dicha herramienta. Por tanto, se logra una
buena soldadura de fricción agitación. Si la herramienta está aún
insertada en los miembros soldados cuando se cambia su dirección, el
giro de dicha herramienta giratoria 200 produce un excesivo calor
por fricción, lo que causa defectos en la soldadura.
En la posición P3, la profundidad de inserción de
la herramienta giratoria 200 comienza a ser reducida gradualmente
mientras dicha herramienta se mueve hacia la esquina, y en la
posición P5 de la esquina, el movimiento de la herramienta es
detenido y ésta es extraída fuera de dichos miembros. En la
reinserción, la herramienta es insertada a más profundidad de la que
tenía al ser detenido su movimiento (antes de la retirada de la
herramienta), y es iniciado el movimiento (se inicia la soldadura de
fricción agitación). Si la profundidad de la inserción antes de la
retirada de la herramienta, y la profundidad de la reinserción son
iguales, pueden producirse defectos en la soldadura de fricción
agitación, cuyos defectos tienden a producirse cerca de la punta de
la porción 220 de diámetro pequeño de la herramienta giratoria 200.
No obstante, y como antes se ha dicho, si la soldadura de fricción
agitación es reiniciada con la herramienta insertada más
profundamente que cuando fue extraída, la producción de un defecto
puede ser evitado de modo efectivo.
De acuerdo con la realización antes mencionada,
la profundidad de la herramienta es reducida gradualmente antes de
ser extraída, y es reinsertada a una profundidad mayor que la que
tenía al ser extraída, pero lo que sigue sugiere otro ejemplo. La
soldadura es ejecutada a una profundidad fija, hasta que la
herramienta alcanza la parte de esquina P5, y la reinserción de
dicha herramienta es ejecutada a una profundidad algo mayor que la
fijada (por ejemplo, 0,5 mm), y después de reiniciar el movimiento
de dicha herramienta, la profundidad de ella es reducida
gradualmente hasta que alcanza la profundidad de inserción fijada
(la profundidad en la parte de esquina P5), y la profundidad de
dicha inserción de la herramienta es fijada después. Por ejemplo,
después de un movimiento de 50 mm, la herramienta alcanza la
profundidad de inserción fijada.
La soldadura del miembro de cerco 141 y de la
estructura lateral 101 se ejecutan como antes se ha dicho. La
soldadura de rincón se ejecuta también como antes se ha dicho. No
obstante, dado que la esquina del miembro de cerco 141 está curvada,
la herramienta giratoria 200 no es retraída, sino que es movida a lo
largo de la línea de junta en forma curvada, con lo que se continúa
efectuando la soldadura de fricción agitación. Finalmente, el
saliente 123 formado en el lado exterior de la carrocería o el
saliente de la soldadura 123W de rincón, son recortados con un
aparato rectificador o similar, lo que crea una superficie coplanar
como la superficie exterior de las placas frontales 11 y 21.
En la realización antes mencionada, la dirección
de movimiento de la herramienta giratoria es cambiada 90 grados,
pero aunque el ángulo sea superior o inferior a 90 grados, la
herramienta giratoria puede aún se retirada de los miembros soldados
para cambiar la dirección de inclinación de dicha herramienta y
lograr así una buena soldadura de fricción agitación. La presente
invención puede ser aplicada para soldar una línea de junta que
cambie mucho de dirección y de linealidad.
En la realización anterior, la herramienta
giratoria 200 es girada para cambiar su dirección, aunque en su
lugar, los miembros que se están soldando pueden ser girados después
de la retirada de dicha herramienta, con objeto de cambiar la
dirección relativa de aquélla. Dicho movimiento de los miembros
soldados corresponde al cambio de la dirección de movimiento de la
herramienta giratoria 200.
De acuerdo con la presente invención, aún en el
caso de que el ángulo de la línea de junta cambie mucho, se efectúa
una soldadura de fricción agitación satisfactoria.
Además, aunque el saliente que proporciona el
material de origen para rellenar el hueco formado en la zona de la
junta sea proporcionado sólo por uno de los miembros a soldar, la
soldadura de rincón es efectuada en la zona de la junta, de modo que
se logra una soldadura de fricción agitación satisfactoria.
Claims (7)
1. Un método de soldadura de fricción agitación
para soldar unos miembros primero y segundo a lo largo de una línea
de soldadura continua que presenta un cambio brusco de dirección,
que comprende las operaciones de:
- poner en contacto los miembros por la línea de
soldadura;
- insertar una herramienta (200) de soldadura de
fricción agitación en la línea de soldadura, y mientras gira dicha
herramienta moverla para efectuar la soldadura de fricción agitación
a lo largo de una primera parte de dicha línea de soldadura, con el
eje central de la herramienta inclinado a lo largo de la dirección
de movimiento de dicha herramienta;
- cuando la herramienta (200) alcanza la posición
(P5) de dicho cambio de dirección de la línea de soldadura, retirar
la herramienta (200) de los miembros;
- cambiar la dirección de inclinación de la
herramienta (200) con relación a los miembros mediante el giro de un
dispositivo de soporte de la herramienta, o por giro de dichos
miembros;
- reinsertar la herramienta (200) dentro de los
miembros en la posición en la que la herramienta fue retirada, y
mientras gira moverla para efectuar la soldadura de fricción
agitación a lo largo de una segunda parte de la línea de soldadura,
que tiene una dirección diferente a dicha primera dirección.
2. Un método de soldadura de fricción agitación
de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el ángulo de
inclinación de dicha herramienta giratoria es cambiado con dicha
posición de retirada establecida como referencia.
3. Un método de soldadura de fricción agitación
de acuerdo con la reivindicación 1, en el ángulo de inclinación de
dicha herramienta giratoria es cambiado con la punta de la citada
herramienta establecida como referencia.
4. Un método de soldadura de fricción agitación
de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, o 3, en el que la
profundidad de inserción de dicha herramienta giratoria (200) en el
momento de la reinserción es mayor que la profundidad de inserción
de dicha herramienta giratoria antes de ser retraída de dicha
posición de retirada.
5. Un método de soldadura de fricción agitación
de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además:
- reducir gradualmente la profundidad de
inserción de dicha herramienta giratoria (200) antes de retirar
ésta; y
- al efectuar la reinserción, insertar la
herramienta giratoria a una profundidad igual a la de inserción de
dicha herramienta antes de la reducción gradual de la
profundidad.
6. Un método de soldadura de fricción agitación
de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además:
- al efectuar la reinserción, insertar la
herramienta giratoria a una profundidad mayor que la de inserción de
dicha herramienta antes de ser retirada; y
- reducir gradualmente la profundidad de
inserción después de iniciar el movimiento de dicha herramienta
giratoria.
7. Un método de soldadura de fricción agitación
de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la retirada de dicha
herramienta giratoria es efectuada después de detener el movimiento
de ella.
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