ES2901798T3 - Método y sistema de soldadura usando un haz de energía - Google Patents

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Abstract

Un método para establecer una unión de soldadura entre al menos una primera parte (101) y una segunda parte (102), que comprende la etapa de proyectar un haz de energía (2) sobre un área de interfaz (103) entre las partes, en donde el haz (2) se proyecta sobre el área de interfaz (103) con el objetivo de producir un punto primario (2A) en el área de interfaz (103), y en donde el haz se escanea repetidamente en dos dimensiones de conformidad con un patrón de escaneado con el objetivo de establecer un punto efectivo (21) en el objeto, teniendo el punto efectivo (21) una distribución bidimensional de energía, en donde el punto efectivo (21) se desplaza a lo largo de una pista (104) sobre el área de interfaz (103) con el objetivo de fundir progresivamente las porciones de acoplamiento de la primera parte (101) y de la segunda parte (102) con el objetivo de formar la unión de soldadura (105), y estando caracterizado por que: la distribución bidimensional de energía del punto efectivo (21) se adapta dinámicamente durante el desplazamiento del punto efectivo (21) a lo largo de la pista (104), en donde durante al menos una porción del desplazamiento del punto efectivo (21) a lo largo de la pista, dicha distribución bidimensional de energía es asimétrica - en relación con cualquier línea que se extienda a través del punto efectivo en paralelo con la pista, y/o - en relación con cualquier línea que se extienda a través del punto efectivo perpendicularmente a la pista, y en donde: la distribución bidimensional de energía del punto efectivo (21) se adapta dinámicamente de modo que sea diferente cuando el punto efectivo (21) está en un área adyacente a un rebaje, abertura, orificio pasante o saliente en una de las partes, que cuando está en un área alejada de dicho rebaje, abertura, orificio pasante o saliente, respectivamente, o la distribución bidimensional de energía se adapta dinámicamente en correspondencia con variaciones en el espesor y/o el material de al menos una de las dos partes en el área de interfaz (103), o la distribución bidimensional de energía se adapta dinámicamente de modo que sea diferente en una porción curvada de la pista (104) que en una porción recta de la pista.

Description

DESCRIPCIÓN
Método y sistema de soldadura usando un haz de energía
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método para establecer una unión de soldadura entre al menos una primera parte y una segunda parte.
Estado de la técnica
Es conocido en la técnica llevar a cabo una soldadura usando un haz de energía, habitualmente un haz láser, para establecer una unión entre partes, por ejemplo, con el objetivo de unir dos partes de un objeto o componente. Por ejemplo, la soldadura por láser se utiliza con frecuencia para unir partes para aplicaciones de vehículos automotores. La soldadura por láser habitualmente incluye desplazar un punto proyectado de un haz láser a lo largo de una interfaz entre dos partes, para fundir una porción de ambas partes, por lo que se forma una unión cuando el material fundido se solidifica. La calidad de la unión depende habitualmente de factores tales como la velocidad con la que el punto se desplaza en la dirección de la costura de soldadura, el tamaño y la forma del punto, la potencia del haz láser y la potencia o distribución de energía dentro del punto. Se han desarrollado sofisticados sistemas para controlar la calidad de la soldadura, incluidos sistemas basados en la adaptación de parámetros en tiempo real, por ejemplo, basados en la retroalimentación de sensores o cámaras.
Muchos documentos de patentes analizan diferentes aspectos de la soldadura por láser. Por ejemplo:
El documento DE-202014105648-U1 analiza la soldadura por láser que implica oscilación en dos dimensiones. El documento se refiere a la adaptación dinámica de parámetros, incluida la oscilación, dependiendo de la altura del espacio entre las piezas de trabajo a unir.
El documento DE-102014107716-B3 se refiere a cómo una oscilación preferentemente unidimensional del haz láser, superpuesta sobre el movimiento general a lo largo de la pista de soldadura, se adapta dinámicamente durante la soldadura en vista de las condiciones. El propósito parece ser reducir las caídas de soldadura. El método implica una monitorización en tiempo real.
El documento DE-102013110523-A1 divulga cómo se pueden superponer dos movimientos de escaneado, uno con una frecuencia más alta y otro con una frecuencia más baja. La frecuencia y la amplitud se pueden adaptar para influir en el comportamiento del baño de fusión. Estos dos movimientos de escaneado pueden superponerse al movimiento relativo general entre el dispositivo láser y la pieza de trabajo.
El documento DE-102014105941-A1 analiza la soldadura por láser con oscilación del haz láser en paralelo con y/o perpendicularmente a la soldadura, con adaptación dinámica durante la soldadura; se menciona la modificación de parámetros tales como amplitud y frecuencia. Se mencionan los escaneados 1D, 2D y 3D, incluido el escaneado galvanométrico en dos dimensiones. El documento analiza, entre otras cosas, una amplitud preferida de 0,2 a 3 veces el diámetro del enfoque, la oscilación en la potencia del haz o por el ajuste del colimador en la dirección axial del haz y la modulación 4D basada en la combinación de la oscilación espacial y temporal. Se alega que el método posibilita prevenir ciertos defectos en la soldadura controlando mejor diferentes aspectos del proceso, tales como el enfriamiento del baño de soldadura.
El documento WO-2014/190971-A1 divulga la soldadura blanda de un componente sándwich a un componente sólido y sugiere personalizar la distribución de energía dando forma al haz o modificando la potencia del haz y/o la velocidad del movimiento oscilante del haz láser.
El documento DE-102013107228-B3 sugiere una adaptación estática pero también dinámica de la distribución de energía, por lo que la adaptación dinámica puede tener lugar sobre la base, por ejemplo, de la oscilación del haz láser. También se analiza la adaptación de la potencia del haz en sincronización con la oscilación.
El documento WO-2016/118555-A1 explica cómo se pueden formar varios tipos de uniones mediante soldadura por haz de energía, incluidas las uniones solapadas y las uniones de filete. Se indica que a menudo se prefieren las uniones de filete, pero tienen el inconveniente de que requieren una alta precisión de posición. El documento WO-2016/118555-A1 analiza cómo se puede aumentar la anchura de la unión de filete haciendo oscilar el haz láser mientras el haz láser se mueve a lo largo de la interfaz, es decir, parece sugerir hacer oscilar el haz láser en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal de la unión, es decir, perpendicularmente a la dirección general en la que viaja el haz láser para formar la unión; a lo largo de este documento esta dirección se denominará "dirección longitudinal" o la dirección de la "pista". Se explica que la mayor anchura de la unión (en comparación con la anchura de la unión que se formaría si el haz láser se desplazara en la dirección longitudinal sin ninguna oscilación superpuesta) compensa las tolerancias. La oscilación no es necesariamente solo en la dirección transversal (es decir, la dirección perpendicular a la dirección longitudinal): por ejemplo, el documento WO-2016/118555-A1 sugiere hacer oscilar el haz láser en, por ejemplo, dos direcciones, por ejemplo, siguiendo un patrón de "la figura 8", durante el movimiento del cabezal láser en la dirección longitudinal (denominado "lateralmente a lo largo de la interfaz!' en el documento WO-2016/118555-A1). Se explica cómo la anchura de la unión de filete depende de la amplitud de la oscilación del haz láser. El documento WO-2016/118555-A1 explica que el método puede emplear diferentes amplitudes de oscilación a lo largo de diferentes porciones de la interfaz, y que otros parámetros tales como la velocidad de soldadura, la energía o el nivel de potencia proporcionados al láser, el pulso o no pulso, el tipo de figura o patrón de oscilación, la frecuencia de la figura de oscilación y el enfoque o desenfoque se pueden configurar antes o durante el proceso de soldadura.
El documento DE-102012008940-A1 (base del preámbulo de la reivindicación 1) divulga otro ejemplo de soldadura por láser con oscilación del haz, que comprende la etapa de proyectar un haz láser sobre un área de interfaz entre dos partes, mientras que el haz láser se proyecta sobre un área de interfaz con el objetivo de producir un punto primario en el área de interfaz, en donde el haz se escanea repetidamente en dos dimensiones de conformidad con un patrón de escaneado.
Descripción de la invención
Mientras que el documento WO-2016/118555-A1 divulga una herramienta posiblemente útil para mejorar las soldaduras de filete y/o para simplificar el equipo necesario para la soldadura con filete, incluida la compensación de las tolerancias, se ha descubierto que no hace pleno uso de las posibilidades ofrecidas por los sistemas de escaneado láser disponibles actualmente.
Un método para establecer una unión de soldadura entre al menos una primera parte y una segunda parte (generalmente, dos partes metálicas, tales como dos partes de un componente de un vehículo; en algunas realizaciones, se unen más de dos partes, por ejemplo, la unión de soldadura puede establecerse entre tres o más partes dispuestas una frente a otra en correspondencia con un área de interfaz), de acuerdo con la presente invención se define en la reivindicación 1, que comprende la etapa de proyectar un haz de energía sobre un área de interfaz entre las partes (es decir, sobre un área donde las partes se encuentran; el área de interfaz generalmente comprende una porción de la superficie de la primera parte y una porción de la superficie de la segunda parte). El haz se proyecta sobre el área de interfaz con el objetivo de producir un punto primario en el área de interfaz, y el haz se escanea repetidamente en dos dimensiones de conformidad con un patrón de escaneado con el objetivo de establecer un punto efectivo en el objeto, teniendo el punto efectivo una distribución bidimensional de energía. El punto efectivo se desplaza a lo largo de una pista sobre el área de interfaz con el objetivo de fundir progresivamente las porciones de acoplamiento de la primera parte y de la segunda parte con el objetivo de formar la unión de soldadura, es decir, con el objetivo de permitir que se forme una costura de soldadura enfriando el material fundido. El escaneado bidimensional posibilita diseñar de forma cuidadosa y exacta la distribución bidimensional de energía, lo que posibilita adaptarla a condiciones específicas, tanto estática como dinámicamente. La distribución bidimensional de energía del punto efectivo se adapta dinámicamente durante el desplazamiento del punto efectivo a lo largo de la pista.
De acuerdo con la presente invención, durante al menos una porción del desplazamiento del punto efectivo a lo largo de la pista (tal como durante más del 50 %, 75 %, 90 % o más, incluido el 100%, del desplazamiento), la distribución bidimensional de energía es asimétrica
- en relación con cualquier línea (es decir, en relación con todas las líneas, es decir, en relación con cada línea) que se extienda a través del punto efectivo en paralelo con la pista, y/o
- en relación con cualquier línea (es decir, en relación con todas las líneas) que se extienda a través del punto efectivo perpendicularmente a la pista.
Es decir, la distribución bidimensional de energía, es decir, la distribución de energía aplicada al área de interfaz por el haz láser durante un escaneo del patrón de escaneado, carece de simetría de reflexión en relación con al menos una de: i) todas las líneas que se extiendan a través del área de interfaz en paralelo con la pista; y ii) todas las líneas que se extiendan a través del área de interfaz perpendicularmente a la pista.
Tradicionalmente, los sistemas de la técnica anterior que involucran escaneado bidimensional se basan en patrones reflexionalmente simétricos, tales como la figura "8" mencionada en el documento WO-2016/118555-A1 o tal vez patrones circulares, y con una aplicación de potencia que proporciona un patrón simétrico, generalmente reflexionalmente simétrico en relación tanto con la pista como con una línea perpendicular a la pista. Este parece ser el caso en el documento WO-2016/118555-A1, donde el fin de la oscilación del haz láser es proporcionar una mayor anchura de la costura de soldadura, para compensar las tolerancias. Optar por un patrón simétrico a menudo puede concebirse como la solución más apropiada, ya que la asimetría se asocia frecuentemente con defectos, por ejemplo, en el campo de la óptica, causados por defectos en lentes o espejos.
Sin embargo, se ha descubierto que a menudo puede preferirse un patrón asimétrico, por ejemplo, para permitir una curva de calentamiento-enfriamiento apropiada con el objetivo de mejorar la calidad de la unión, o para soldar partes que difieren en términos de, por ejemplo, espesor y/o material (diferentes materiales pueden presentar diferentes puntos de fusión), o para adaptar el punto efectivo a una porción doblada del área de interfaz y/o a una porción curvada de la pista.
En algunas realizaciones de la invención, durante al menos una porción del desplazamiento del punto efectivo a lo largo de la pista (tal como durante más del 50 %, 75 %, 90 % o más, incluido el 100%, de dicho desplazamiento), la distribución bidimensional de energía es asimétrica en relación con cualquier línea (es decir, en relación con todas las líneas) que se extienda a través del punto efectivo en el área de interfaz (es decir, la distribución bidimensional de energía carece totalmente de simetría de reflexión durante esa porción del desplazamiento).
En algunas realizaciones de la invención, durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que la densidad de energía promedio en el punto efectivo es sustancialmente mayor en un lado de la pista que en el otro lado de la pista. En algunas realizaciones de la invención, durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que un nivel máximo de potencia en un lado de la pista es sustancialmente mayor que un nivel máximo de potencia en el otro lado de la pista. En estas realizaciones, la distribución bidimensional de energía en el punto efectivo carece de simetría reflectiva al menos en relación con la pista. Cuando se hace referencia a los "lados" de la pista, la pista se refiere a la línea virtual seguida por el centro del punto efectivo sobre el área de interfaz, es decir, no a la "pista" que se calienta realmente y cuya anchura corresponde sustancialmente a la anchura del punto efectivo. Cuando el punto efectivo no tiene un "centro" claro, la pista se refiere a la línea seguida por la porción central del borde anterior del punto efectivo.
En el presente contexto, el término "sustancialmente" implica una diferencia que es intencional, es decir, que no se debe, por ejemplo, a imperfecciones menores. Habitualmente, "sustancialmente mayor" significa más del 20 % mayor, preferentemente más del 50 % mayor, tal como más del 100 % mayor. Lo mismo se aplica a las realizaciones descritas a continuación, mutatis mutandis.
El uso de diferentes niveles de potencia o densidades de energía en diferentes lados de la pista puede ser apropiado para, por ejemplo, soldar partes de diferentes materiales que tienen diferentes puntos de fusión, o partes que tienen diferentes espesores, y también, a veces, cuando se sigue una pista curvada o doblada, por lo que la velocidad del punto efectivo es mayor en la porción radial exterior del punto efectivo que en la porción radial interior del mismo.
En algunas realizaciones de la invención, durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que la densidad de energía promedio en el punto efectivo es sustancialmente mayor en una mitad anterior del punto efectivo que en una mitad posterior del punto efectivo. En algunas realizaciones de la invención, durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que un nivel máximo de potencia en una mitad anterior del punto efectivo es sustancialmente mayor que un nivel máximo de potencia que en una mitad posterior del punto efectivo. En estas realizaciones, el punto efectivo puede presentar una "porción anterior caliente", destinada a elevar rápidamente la temperatura y prepararse para la fusión a medida que el punto efectivo avanza a lo largo de la pista, y una porción posterior más fría cuyo fin es, básica o principalmente, asegurar una curva de enfriamiento adecuada, con el objetivo de mejorar la calidad de la soldadura. La expresión "mitad anterior" y "mitad posterior" se refiere a las mitades respectivas de la extensión máxima del punto efectivo a lo largo del eje paralelo a la pista.
En algunas realizaciones de la invención, durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que la densidad de energía promedio en el punto efectivo es sustancialmente mayor en una mitad posterior del punto efectivo que en una mitad anterior del punto efectivo. En algunas realizaciones de la invención, durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que un nivel máximo de potencia en una mitad posterior del punto efectivo es sustancialmente mayor que un nivel máximo de potencia que en una mitad anterior del punto efectivo. Estas realizaciones pueden ser apropiadas, por ejemplo, para proporcionar una cierta fase de precalentamiento antes del inicio de la fusión.
Como se ha indicado anteriormente, la distribución bidimensional de energía del punto efectivo se adapta dinámicamente durante el desplazamiento del punto efectivo a lo largo de la pista. De este modo, se puede lograr la adaptación del punto efectivo al área o región del área de interfaz que se está calentando actualmente. La expresión adaptación dinámica pretende indicar el hecho de que la adaptación puede tener lugar dinámicamente durante el desplazamiento del punto efectivo. Se pueden utilizar diferentes medios para lograr este tipo de adaptación dinámica, algunos de los cuales se mencionan a continuación. Por ejemplo, en algunas realizaciones de la invención, el sistema de escaneado se puede operar para lograr la adaptación dinámica (por ejemplo, adaptando el funcionamiento de espejos galvánicos u otros medios de escaneado, con el objetivo de modificar el patrón de escaneado y/o la velocidad del punto primario a lo largo del patrón de escaneado o a lo largo de uno o más segmentos o porciones del mismo), y/o se puede adaptar la potencia del haz y/o el tamaño del punto primario. El control de bucle abierto o de bucle cerrado se puede utilizar para controlar la adaptación dinámica. La adaptación dinámica puede afectar la forma en que la energía se distribuye dentro de un área dada del punto efectivo y/o la forma real del punto láser efectivo y, por tanto, la forma del área que se está calentando en cualquier momento dado (sin tener en cuenta el hecho de que el punto primario se está moviendo y solo está considerando el punto efectivo). Por ejemplo, la longitud y/o la anchura del punto efectivo se pueden adaptar dinámicamente durante el proceso. La adaptación dinámica, es decir, la adaptación durante el movimiento del punto efectivo a lo largo de la pista, puede ser útil para, por ejemplo, adaptar el calentamiento a las condiciones variables a lo largo de la pista, por ejemplo, a las variaciones en el espesor de las partes en el área de interfaz, a la variación en el espaciamiento entre las partes, o a las variaciones en la configuración de las partes, tal como la presencia de rebajes, orificios pasantes, salientes, deformaciones, porciones de superficie curvadas o dobladas, o variaciones en la forma de la pista; por ejemplo, la distribución bidimensional de energía se puede seleccionar preferentemente para que sea diferente en una porción curvada de la pista que en una porción recta de la pista.
De conformidad con la presente invención,
- la distribución bidimensional de energía se adapta dinámicamente de modo que sea diferente cuando el punto efectivo está en un área adyacente a un rebaje, abertura, orificio pasante o saliente en una de las partes, que cuando está en un área alejada de dicho rebaje, abertura, orificio pasante o saliente, respectivamente (por tanto, el calentamiento se puede adaptar a la presencia del rebaje, abertura, orificio pasante o saliente, proporcionando una calidad mejorada de la soldadura); o
- la distribución bidimensional de energía se adapta dinámicamente en correspondencia con variaciones en el espesor y/o material de al menos una de las dos partes en el área de interfaz; o
- la distribución bidimensional de energía se adapta dinámicamente de modo que sea diferente en una porción curvada de la pista que en una porción recta de la pista. Esto puede ayudar a compensar las velocidades variables de desplazamiento entre diferentes partes del punto efectivo en la curva y a alinear correctamente la forma del punto efectivo y su distribución bidimensional de energía con la pista, en concreto, con la tangente a la curva.
En algunas realizaciones de la invención, al menos uno de
- la potencia del haz de energía,
- el patrón de escaneado y
- una velocidad con la que el punto primario se mueve a lo largo de al menos una porción del patrón de escaneado,
está adaptado en respuesta a al menos un cambio de ángulo entre el haz de energía y una porción del área de interfaz que se calienta por el punto efectivo.
En algunas realizaciones de la invención, el método comprende además la adición de material. Es decir, el método puede implicar opcionalmente la adición de material para establecer la unión, por ejemplo, mediante revestimiento láser.
En algunas realizaciones de la invención, el haz de energía es un haz láser. A menudo se prefiere un haz láser debido a problemas tales como el coste, la fiabilidad y la disponibilidad de sistemas de escaneado apropiados. En algunas realizaciones de la invención, la potencia del haz láser es superior a 1 kW, tal como superior a 3 kW, superior a 4 kW, superior a 5 kW o superior a 6 kW, al menos durante parte del proceso.
En muchas realizaciones de la invención, el haz de energía es un haz de radiación electromagnética, por ejemplo, un haz láser. El punto efectivo puede crearse y adaptarse utilizando, por ejemplo, técnicas como las descritas en los documentos WO-2014/037281-A2 o WO-2015/135715-A1, que se incorporan en el presente documento como referencia. Mientras que las descripciones de estas publicaciones se centran principalmente en el endurecimiento por láser de muñones de cigüeñales, se ha descubierto que los principios divulgados en ellas con respecto al escaneado del haz láser se pueden aplicar también a la soldadura de partes tales como partes metálicas, lo que permite realizar mejoras en términos de flexibilidad, control y velocidad. También permite mejorar la calidad de la unión de soldadura, al permitir distribuciones de energía cuidadosamente personalizadas, incluidas opciones tales como una parte anterior caliente seguida de una parte posterior más fría, etc.
El desplazamiento del punto efectivo en relación con el área de interfaz se lleva a cabo de conformidad con una pista que puede comprender porciones rectas y/o curvadas, y/o porciones en uno o más planos. Es decir, el punto real/primario, es decir, el punto que produce el haz en un momento dado, se escanea de conformidad con un patrón de escaneado para crear el punto efectivo, y este punto efectivo se puede desplazar de conformidad con la pista. Por tanto, se combinan o superponen dos tipos de movimiento: el movimiento del punto primario de conformidad con el patrón de escaneado y el movimiento del punto efectivo de conformidad con la pista, que en algunas realizaciones de la invención puede ser una simple línea recta.
El término "distribución bidimensional de energía" se refiere a la forma en que la energía aplicada por el haz de energía se distribuye sobre el punto efectivo, por ejemplo, durante un barrido del haz a lo largo del patrón de escaneado. Cuando el punto efectivo se proyecta sobre una porción o área no plana, tal como una porción o área curvada tal como una porción o área con dobleces, el término "distribución bidimensional de energía" se refiere a cómo se distribuye la energía a lo largo y a través de la superficie del objeto, es decir, a la distribución de energía a lo largo y a través del punto efectivo proyectada sobre la superficie del objeto.
La presente invención permite un calentamiento relativamente rápido de una porción sustancial del área de interfaz debido al hecho de que el punto efectivo puede tener un tamaño sustancial, tal como, por ejemplo, más de 4, 10, 15, 20 o 25 veces el tamaño (área) del punto primario. Por tanto, calentar una determinada región del área de interfaz hasta un grado deseado en términos de temperatura y duración se puede lograr más rápidamente que si el calentamiento se lleva a cabo simplemente desplazando el punto primario sobre toda el área, por ejemplo, siguiendo un patrón sinusoidal o serpenteante, o una línea recta. El uso de un punto efectivo que tenga un área relativamente grande permite una alta productividad, al mismo tiempo que permite que la porción o porciones relevantes del área de interfaz se calienten durante una cantidad de tiempo relativamente sustancial, permitiendo así, por ejemplo, un calentamiento menos agresivo sin comprometer la productividad. Al mismo tiempo, y quizás aún más importante, proporciona flexibilidad y capacidad de adaptación del punto efectivo a las condiciones específicas, por ejemplo, a la forma de la pista y a la forma, dimensiones y materiales de las partes a soldar.
El punto primario puede tener un área sustancialmente más pequeña que la del punto efectivo. Por ejemplo, en algunas realizaciones de la invención, el punto primario tiene un tamaño de menos de 4 mm2, tal como menos de 3 mm2, al menos durante parte del proceso. El tamaño del punto primario se puede modificar durante el proceso, con el objetivo de optimizar la forma en que se trata térmicamente cada porción específica del área de interfaz, en términos de calidad y productividad.
Por otro lado, el uso de un punto efectivo creado escaneando el punto primario repetidamente en dos dimensiones de conformidad con un patrón de escaneado posibilita establecer un punto efectivo que tiene una distribución bidimensional de energía seleccionada, que es sustancialmente independiente de la óptica específica (lentes, espejos, etc.) que se están utilizando, y que se pueden personalizar y adaptar para proporcionar un calentamiento mejorado u optimizado del área de interfaz, desde diferentes puntos de vista, incluyendo la velocidad con la que se completa la soldadura (por ejemplo, en términos de cm por minuto o en términos de unidades terminadas por hora) y la calidad. Por ejemplo, el calor se puede distribuir de modo que una porción anterior del punto efectivo tenga una densidad de energía mayor que una porción posterior, aumentando así la velocidad con la que se inicia la fusión, mientras que la porción posterior puede servir para mantener el calentamiento durante un tiempo suficiente para proporcionar una curva de enfriamiento adecuada, optimizando así la velocidad con la que se puede desplazar el punto efectivo en relación con el área de interfaz, sin renunciar a la calidad de la costura de soldadura. También, la distribución bidimensional de energía se puede adaptar en relación con los lados del punto efectivo, dependiendo de las características de las partes a soldar entre sí, incluidos aspectos como el espesor, el material, la forma, etc. También, el punto efectivo se puede adaptar de conformidad con la forma tridimensional de las partes, por ejemplo, para adaptar el calentamiento a la configuración de las partes en el área de interfaz. La forma del punto efectivo y/o la distribución bidimensional de energía se pueden adaptar siempre que sea necesario, adaptando así el proceso a la porción específica del objeto que se va a calentar en cada momento dado. En algunas realizaciones de la invención, la distribución bidimensional de energía se puede variar en función del lugar de irradiación respectivo en la parte, teniendo en cuenta, por ejemplo, la capacidad de eliminación de calor de una región circundante. En algunas realizaciones de la invención, la distribución bidimensional de energía se puede variar teniendo en cuenta las características deseadas de la soldadura en diferentes secciones de la unión.
Adicionalmente, utilizando el punto efectivo, creado por el escaneado del punto primario en dos dimensiones, aumenta la flexibilidad en términos de, por ejemplo, adaptación de un sistema a los diferentes objetos a producir. Por ejemplo, la necesidad de reemplazar o adaptar las ópticas involucradas puede reducirse o eliminarse. La adaptación se puede llevar a cabo con mayor frecuencia, al menos en parte, simplemente adaptando el software que controla el escaneado del punto primario y, de este modo, la distribución bidimensional de energía del punto efectivo.
La expresión "patrón de escaneado" no implica que el punto primario deba seguir siempre uno y el mismo patrón de escaneado al crear el punto efectivo, sino que simplemente pretende distinguir el movimiento del punto primario que se utiliza para crear el punto efectivo del movimiento en la dirección longitudinal, a lo largo de la pista, de acuerdo con el cual el punto efectivo se desplaza o se escanea en relación con el área de interfaz.
En muchas realizaciones de la invención, la velocidad o velocidad media o promedio con la que se desplaza el punto primario de conformidad con el patrón de escaneado es sustancialmente mayor que la velocidad con la que se desplaza el punto efectivo a lo largo de la pista. Una alta velocidad del punto primario a lo largo del patrón de escaneado reduce las fluctuaciones de temperatura dentro del punto efectivo durante cada barrido del punto primario a lo largo del patrón de escaneado.
Evidentemente, la presente invención no excluye la posibilidad de llevar a cabo parte del proceso de soldadura operando con el punto primario de forma convencional. En algunas realizaciones de la invención, durante el proceso, el patrón de escaneado se puede modificar para reducir el tamaño del punto efectivo hasta que termine correspondiendo al punto primario, y viceversa.
Es decir, no es necesario utilizar el punto efectivo para llevar a cabo la soldadura de toda la unión. Sin embargo, al menos parte de la soldadura se lleva a cabo utilizando el punto efectivo descrito anteriormente.
En algunas realizaciones de la invención, la adaptación de la distribución bidimensional de energía del punto efectivo se lleva a cabo adaptando la potencia del haz, tal como encendiendo y apagando selectivamente el haz. Esto incluye la interrupción del haz en su origen, así como otras opciones tales como la interrupción del haz por interferencia con la trayectoria del haz, por ejemplo, con un obturador y combinaciones de los mismos. Por ejemplo, cuando se utiliza un láser tal como un láser de fibra, el haz láser se puede activar y desactivar muy rápidamente, lo que posibilita obtener una distribución de energía deseada encendiendo y apagando el haz láser mientras se sigue el patrón de escaneado. Por tanto, se puede lograr una distribución bidimensional de energía deseada encendiendo el haz láser durante ciertas porciones, líneas o partes de líneas del patrón de escaneado. Por ejemplo, se puede adoptar un abordaje pixelado, de acuerdo con el cual la distribución bidimensional de energía está determinada por el estado de encendido/apagado del láser durante las diferentes porciones o segmentos del patrón de escaneado.
En algunas realizaciones de la invención, la adaptación de la distribución bidimensional de energía del punto efectivo se lleva a cabo adaptando el patrón de escaneado.
En algunas realizaciones de la invención, la adaptación de la distribución bidimensional de energía del punto efectivo se lleva a cabo adaptando la velocidad con la que el punto primario se mueve a lo largo de al menos una porción del patrón de escaneado.
Es decir, la distribución bidimensional de energía se puede adaptar adaptando, por ejemplo, la potencia del haz -por ejemplo, conmutando entre diferentes estados de potencia, tal como entre encendido y apagado- y/o adaptando el patrón de escaneado -por ejemplo, agregando u omitiendo segmentos, o modificando la orientación de los segmentos, o cambiando completamente un patrón por otro- y/o adaptando la velocidad con la que se mueve el haz a lo largo del patrón de escaneado, tal como a lo largo de uno o más segmentos del mismo. La elección entre diferentes medios para adaptar la distribución bidimensional de energía se puede realizar basándose en circunstancias tales como la capacidad del equipo para cambiar rápidamente entre los estados de potencia del haz y en la capacidad del escáner para modificar el patrón a seguir y/o la velocidad con la que el punto primario se mueve a lo largo del patrón de escaneado.
En algunas realizaciones de la invención, el enfoque del haz se adapta dinámicamente durante el desplazamiento del punto primario a lo largo del patrón de escaneado y/o durante el desplazamiento del punto efectivo a lo largo de la pista. Por ejemplo, cuando se utiliza un haz láser, el enfoque láser a lo largo del eje óptico se puede modificar dinámicamente durante el proceso, por ejemplo, con el objetivo de variar o mantener el tamaño del punto de láser primario mientras se desplaza a lo largo del patrón de escaneado y/o mientras el punto de láser efectivo se desplaza en relación con el área de interfaz. Por ejemplo, el enfoque óptico se puede adaptar para mantener constante el tamaño del punto primario mientras el punto primario se mueve sobre el área de interfaz (por ejemplo, para compensar las distancias variables entre la fuente láser o el escáner y la posición del punto de láser primario en el área de interfaz).
En algunas realizaciones de la invención, el tamaño del punto primario se adapta dinámicamente durante el desplazamiento del punto primario a lo largo del patrón de escaneado y/o durante el desplazamiento del punto efectivo en relación con el área de interfaz, con el objetivo de modificar la distribución bidimensional de energía y/o el tamaño del punto efectivo.
En algunas realizaciones de la invención, la velocidad media o promedio del punto primario a lo largo del patrón de escaneado es sustancialmente mayor que la velocidad media o promedio con la que se desplaza el punto efectivo a lo largo de la pista. Por ejemplo, la velocidad promedio del punto primario a lo largo del primer patrón de escaneado puede ser preferentemente al menos diez veces mayor, más preferentemente al menos 100 veces mayor, que la velocidad promedio con la que se desplaza el punto efectivo a lo largo de la pista. Una alta velocidad del punto primario reduce las fluctuaciones de temperatura dentro del punto efectivo durante un barrido del punto primario a lo largo del patrón de escaneado.
En algunas realizaciones de la invención, el haz se escanea de acuerdo con dicho patrón de escaneado de modo que dicho patrón de escaneado sea repetido por el haz con una frecuencia de más de 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 o 300 Hz (es decir, repeticiones del patrón de escaneado por segundo). Una alta tasa de repetición puede ser apropiada para reducir o prevenir fluctuaciones de temperatura no deseadas en las áreas que están siendo calentadas por el punto efectivo, entre cada ciclo de escaneado, es decir, entre cada barrido del haz a lo largo del patrón de escaneado. En algunas realizaciones de la invención, el patrón de escaneado permanece constante, y en otras realizaciones de la invención, el patrón de escaneado se modifica entre algunos o todos los barridos del haz a lo largo del patrón de escaneado.
En algunas realizaciones de la invención, el tamaño (es decir, el área) del punto efectivo, tal como el tamaño promedio del punto efectivo durante el proceso o el tamaño del punto efectivo durante al menos un momento del proceso, tal como el tamaño máximo del punto efectivo durante el proceso, es más de 4, 10, 15, 20 o 25 veces el tamaño del punto primario. Por ejemplo, en algunas realizaciones de la invención, un punto primario que tiene un tamaño del orden de 3 mm2 se puede utilizar para crear un punto efectivo con un tamaño de más de 10 mm2, tal como más de 50 o 100 mm2 o más. El tamaño del punto efectivo se puede modificar dinámicamente durante el proceso, pero a menudo se puede preferir un tamaño promedio grande para mejorar la productividad, y un tamaño máximo grande puede ser útil para mejorar la productividad durante al menos parte del proceso.
El método se puede llevar a cabo bajo el control de medios de control electrónicos, tales como un ordenador.
En algunas realizaciones de la invención, el patrón de escaneado es un patrón de escaneado poligonal que comprende una pluralidad de líneas. Por ejemplo, el primer patrón de escaneado puede ser un polígono tal como un triángulo, un cuadrado o un rectángulo, un pentágono, un hexágono, un heptágono, un octógono, etc. El polígono no necesita ser un polígono perfecto, por ejemplo, las líneas que forman el polígono pueden, en algunas realizaciones, ser más o menos curvadas y los bordes del polígono donde se encuentran las líneas pueden ser redondeados, etc. En otras realizaciones, el patrón de escaneado puede comprender líneas curvadas, por ejemplo, puede tener la forma de un "8" o similar.
En algunas realizaciones de la invención, el patrón de escaneado comprende una pluralidad de líneas, tal como una pluralidad de líneas rectas o curvadas, que en algunas realizaciones de la invención están dispuestas sustancialmente paralelas entre sí. En algunas realizaciones de la invención, hay dos, tres, cuatro o más de estas líneas. En algunas realizaciones de la invención, se pueden utilizar patrones de escaneado como los descritos en los documentos WO-2014/037281-A2 o WO-2015/135715-A1.
En algunas realizaciones de la invención, la distribución bidimensional de energía del punto efectivo se adapta dinámicamente durante el desplazamiento del punto efectivo en relación con el área de interfaz, en respuesta a al menos un cambio de ángulo entre el haz de energía y una porción de la superficie del objeto que se calienta por el punto efectivo, por ejemplo, adaptando la distribución bidimensional de energía, incluida la forma y el tamaño del punto efectivo, así como la distribución bidimensional de energía dentro del punto efectivo, a la curvatura y/o dobleces de la superficie, y/o a variaciones en el ángulo en el que se orienta la superficie en relación con el escáner.
En algunas realizaciones de la invención, al menos uno de la potencia del haz de energía, el patrón de escaneado y la velocidad con la que el punto primario se mueve a lo largo de al menos una porción del patrón de escaneado, está/están adaptado(s) en respuesta a al menos un cambio de ángulo entre el haz de energía y una porción del área de interfaz que se calienta por el punto efectivo.
Breve descripción de los dibujos
Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman parte integral de la descripción e ilustran realizaciones de la invención, que no deberían interpretarse como una restricción del alcance de la invención, sino tan solo como ejemplos de cómo puede llevarse a cabo la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:
La figura 1 es una vista en perspectiva esquemática de un sistema, que no está cubierto por la presente invención. Las figuras 2-6 son vistas en perspectiva esquemáticas del sistema de la figura 1, que opera de acuerdo con diferentes realizaciones de la invención.
La figura 7 es una vista superior esquemática que ilustra el método de la invención aplicado a la soldadura a lo largo de una pista parcialmente curvada.
Las figuras 8A-8B ilustran esquemáticamente la distribución bidimensional de energía de conformidad con dos métodos de la técnica anterior.
Las figuras 8C-8H ilustran esquemáticamente la distribución bidimensional de energía de conformidad con diferentes realizaciones de la invención.
La figura 9 ilustra una realización de la invención que incluye medios para desplazar el escáner en relación con el área de interfaz.
Las figuras 10A y 10B ilustran esquemáticamente dos fases de soldadura a lo largo de una pista en un área de interfaz con curvas o dobleces.
Descripción de las formas de llevar a cabo la invención
La figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema que puede utilizarse en el método de acuerdo con la presente invención. El sistema comprende un equipo láser 1 para producir un haz láser 2 y un escáner 3 que incluye dos espejos o similar para el escaneado bidimensional del haz láser 2 en el plano horizontal (X-Y). El equipo para producir un haz láser puede, ser un equipo adecuado para producir haces láser con un contenido de potencia relativamente alto, tal como 1 kW o más. Un ejemplo de un dispositivo adecuado es el sistema láser de iterbio modelo YLS-6000-CT, de IPG Photonics, con una potencia nominal de 6 kW. El sistema puede incluir medios 5 para adaptar dinámicamente el tamaño del punto primario (por ejemplo, con el objetivo de modificar la distribución bidimensional de energía y/o el tamaño del punto láser efectivo 21) y/o el enfoque del haz láser a lo largo del eje óptico. Esto posibilita controlar (tal como variar o mantener) el tamaño del punto láser primario mientras se desplaza a lo largo del patrón de escaneado y/o mientras el punto láser efectivo 21 se desplaza en relación con el área de interfaz. Por ejemplo, el enfoque óptico se puede adaptar para mantener constante el tamaño del punto primario mientras el punto primario se mueve sobre la superficie del área de interfaz (por ejemplo, para compensar las distancias variables entre el escáner y la posición del punto láser primario en el área de interfaz). Por ejemplo, los medios para adaptar dinámicamente el enfoque del haz láser comprenden una unidad de enfoque vario-SCAN®, disponible en SCANLAB AG (www.scanlab.de).
El sistema comprende además medios (no mostrados en la figura 1) para sujetar o soportar dos partes metálicas 101 y 102 a soldar entre sí. El haz láser 2 se proyecta sobre un área de interfaz 103 donde las dos partes 101 y 102 se acoplan, es decir, donde las superficies de las mismas se enfrentan entre sí de modo que las dos partes puedan soldarse entre sí. Esto se logra produciendo un punto efectivo 21 mediante escaneado bidimensional del punto real o primario del haz, como se ha descrito anteriormente. Este punto efectivo 21 se barre a lo largo de una pista 104, ilustrada esquemáticamente por una flecha en la figura 1, con el objetivo de fundir las porciones de acoplamiento de las dos partes, como se ha descrito anteriormente. Por solidificación, se produce la costura de soldadura o unión 105. Es decir, el haz láser (y el punto láser primario que el haz proyecta sobre el área de interfaz) se escanea repetidamente a una velocidad relativamente alta siguiendo un patrón de escaneado (ilustrado esquemáticamente como un conjunto de líneas que se extienden en paralelo al eje Y en la figura 1, aunque se puede utilizar cualquier otro patrón de escaneado adecuado), creando así un punto láser efectivo 21, ilustrado como un cuadrado en la figura 1. Esto se logra utilizando el escáner 3. Este punto láser efectivo 21 se desplaza de acuerdo con la pista 104, por ejemplo, como se muestra en la figura 1, en paralelo al eje X del sistema.
El desplazamiento del punto láser efectivo 21 a lo largo de la pista también se puede lograr mediante el escáner 3 y/o mediante el desplazamiento del escáner o equipo asociado, por ejemplo, a lo largo de rieles (no mostrados en la figura 1), tales como rieles que se extienden en paralelo al eje X. También puede lograrse, por ejemplo, desplazando las partes 101 y 102 en relación con la posición del escáner.
La distribución bidimensional de energía se puede adaptar a las condiciones específicas de la tarea a realizar, tal y como se ha explicado anteriormente. También, el punto láser efectivo y su distribución bidimensional de energía se pueden adaptar dinámicamente durante el desplazamiento del punto láser efectivo a lo largo de la pista.
La figura 2 ilustra esquemáticamente cómo se puede utilizar el método de la invención para establecer una unión de soldadura entre dos partes de diferentes espesores. En este caso, la distribución bidimensional de energía se puede configurar para proporcionar más energía a la parte más gruesa (donde la capacidad de evacuación de calor puede ser mayor) que a la parte más delgada. Lo mismo se aplica, mutatis mutandis, cuando se van a unir partes de materiales con diferentes puntos de fusión.
La figura 3 ilustra esquemáticamente cómo se puede utilizar el método para establecer una unión de filete entre dos partes (en este caso, dos partes con diferentes espesores t1 y t2). El hardware del sistema puede ser el mismo que el utilizado para las realizaciones de las figuras 1 y 2, pero la distribución bidimensional de energía se puede configurar para que sea óptima para las condiciones específicas que se muestran en la figura 3.
La figura 4 ilustra esquemáticamente cómo, por ejemplo, se puede utilizar el mismo sistema para establecer una unión en T. La distribución bidimensional de energía se puede seleccionar para que sea óptima para la disposición ilustrada, teniendo también en cuenta el ángulo a entre las dos partes 101 y 102.
La figura 5 ilustra esquemáticamente cómo se puede utilizar el método para unir dos partes 101 y 102, una de las cuales presenta una abertura 102A en el área de interfaz. En un caso de este tipo, la distribución bidimensional de energía se adapta preferentemente con el objetivo de que sea diferente cuando el punto efectivo está adyacente a la abertura, que cuando está alejado de la abertura.
La figura 6 ilustra esquemáticamente la soldadura de dos partes 101 y 102, una de las cuales comprende dos secciones 101A y 101B de un primer material, y una sección adicional 101C de un segundo material, donde las secciones 101A y 101C son planas y la sección 101B presenta una sección trasversal cilíndrica. Aquí, se puede preferir la adaptación dinámica de la distribución bidimensional de energía con el objetivo de adaptar el calentamiento a las variaciones en el espesor, la forma y el material de la parte 101 a lo largo de la pista.
La figura 7 ilustra esquemáticamente cómo dos partes 101 y 102 que tienen porciones de acoplamiento curvadas se sueldan entre sí a lo largo de una pista 104 que incluye una sección curvada. Durante el movimiento del punto efectivo 21 a lo largo de la sección curvada de la pista, la velocidad en la porción radialmente interior 21A del punto efectivo es menor que la velocidad de la porción radialmente exterior 21B. La distribución bidimensional de energía se puede adaptar dinámicamente para compensar esta diferencia de velocidad. También, la adaptación de la distribución bidimensional de energía puede servir para alinear correctamente el punto efectivo con la dirección de la pista -es decir, básicamente, con la tangente a la pista curvada- en cada punto a lo largo de la pista.
La figura 8A ilustra la distribución bidimensional de energía 21 de conformidad con un método de la técnica anterior para unir dos partes 101 y 102 mediante soldadura. Aquí, un haz simplemente proyecta un punto en el área de interfaz 103, y este punto se mueve a lo largo de la pista 104, fundiendo las superficies de acoplamiento de las dos partes.
La figura 8B ilustra esquemáticamente una disposición en línea con lo analizado en el documento WO-2016/118555-A1, donde un punto efectivo se establece haciendo oscilar el haz en al menos una o dos dimensiones, superponiéndose esta oscilación al movimiento básico a lo largo del pista; por tanto, este punto efectivo es más ancho que el punto que se muestra en la figura 8A, es decir, la energía se distribuye sobre una porción más ancha del área de interfaz, proporcionando así una costura de soldadura más ancha.
Las figuras 8C y 8D ilustran esquemáticamente cómo, de conformidad con las realizaciones de la invención, la distribución bidimensional de energía es asimétrica al menos en relación con todas las líneas paralelas a la pista 104. Aquí, la potencia promedio y la potencia máxima son sustancialmente mayores en un lado de la pista que en el otro. En este caso, se aplica más potencia o energía a la primera parte 101 que a la segunda parte 102. Esto puede ser apropiado si, por ejemplo, la primera parte 101 es más gruesa en el área de interfaz que la segunda parte 102, o de un material con un punto de fusión mayor.
La figura 8E ilustra una distribución bidimensional de energía con menos potencia en la parte anterior y más potencia en la parte posterior. Esto puede ser apropiado para precalentar las partes antes de alcanzar el punto de fusión.
La figura 8F ilustra una disposición alternativa, en la que se proporciona un nivel máximo de potencia en la parte anterior, que ayuda a alcanzar rápidamente la temperatura de fusión, después de lo cual la parte posterior puede servir para proporcionar una curva de enfriamiento apropiada.
Las figuras 8G y 8H ilustran otras posibles disposiciones, con distribuciones bidimensional de energíaes que son asimétricas en relación con todas las líneas posibles que se extiendan a través del punto efectivo en el área de interfaz, es decir, distribuciones bidimensional de energíaes que carecen de simetría de reflexión.
Por tanto, es evidente que por medio de la presente invención, los parámetros del proceso de soldadura se pueden ajustar con precisión a las condiciones específicas (por ejemplo, la forma, dimensiones y materiales de las partes a soldar) configurando adecuadamente y adaptando dinámicamente la distribución bidimensional de energía.
La figura 9 ilustra esquemáticamente cómo un cabezal de soldadura 200 incluye un escáner 3 dispuesto para ser desplazado en relación con el área de interfaz 104 entre dos partes 101 y 102, para soldarlas entre sí. El cabezal de soldadura 200 está conectado a accionadores 300 a través de enlaces 301. En este caso, el desplazamiento se basa en el concepto de manipulador paralelo. Sin embargo, se puede utilizar cualquier otro medio adecuado de desplazamiento del cabezal de soldadura, tal como un brazo robótico, etc. En algunas realizaciones de la invención, son las partes que se van a unir las que se desplazan con relación al cabezal de soldadura. También, se puede utilizar una combinación de estos dos abordajes. En la figura 9, las partes 101 y 102 están soportadas por medios de soporte 4 ilustrados esquemáticamente.
Las figuras 10A y 10B ilustran esquemáticamente cómo tiene lugar la soldadura a lo largo de un área de interfaz que presenta curvas o dobleces, que a menudo puede ser el caso de los componentes metálicos de vehículos. La flecha ilustra esquemáticamente cómo el haz de energía 2 y el punto efectivo se mueven en relación con el área de interfaz, siguiendo la pista como se ha explicado anteriormente, por ejemplo, mediante el desplazamiento del escáner 3 en relación con el área de interfaz 103, desplazando el área de interfaz en relación con el escáner 3 o una combinación de los mismos. Cuando el punto efectivo llega a una porción doblada del área de interfaz, hay un cambio en el ángulo de incidencia entre el haz de energía 2 y el área de interfaz. Para mantener las características del calentamiento que se está produciendo, se puede desear adaptar la distribución bidimensional de energía del punto efectivo. Las figuras 10A y 10b ilustran esquemáticamente cómo se puede lograr esto, por ejemplo, modificando el patrón de escaneado, por ejemplo, reduciendo la extensión del patrón de escaneado, con el objetivo de aumentar la densidad de potencia en el área barrida por el haz, perpendicular al haz. Las figuras 10A y 10B ilustran esquemáticamente cómo se modifica el patrón de escaneado reduciendo la extensión del área barrida por el haz de energía, es decir, reduciendo del barrido 2' comparativamente amplio de la figura 10A al barrido 2" más estrecho de la figura 10B. Y no solo esto: la distribución de la energía dentro del punto efectivo puede seleccionarse apropiadamente y adaptarse a la curvatura de la superficie dentro de diferentes porciones del punto efectivo, de modo que el calentamiento se lleve a cabo de manera óptima. Este es solo un ejemplo de cómo se puede adaptar la distribución bidimensional de energía para adecuarse a las variaciones en la superficie que se está calentando y de cómo se pueden utilizar las enseñanzas de la invención para el establecimiento de uniones de soldadura entre partes con superficies más o menos complejas, adaptando la distribución bidimensional de energía dentro del punto efectivo y/o dentro del área barrida por el haz de energía en un plano perpendicular al haz, adaptando por ejemplo el patrón de escaneado, la potencia del haz de energía durante diferentes segmentos del patrón de escaneado, y/o la velocidad del punto primario a lo largo de diferentes segmentos del patrón de escaneado. Todo esto se puede lograr mediante software y sin necesidad de una óptica compleja y adaptable.
En el presente texto, el término "comprende" y sus derivados (tales como "que comprende/comprendiendo", etc.) no deberían entenderse en un sentido excluyente, es decir, no deberían interpretarse estos términos como que excluyen la posibilidad de que lo descrito y definido pueda incluir elementos, etapas, etc. adicionales.
Por otro lado, la presente invención, obviamente, no se limita a la realización o realizaciones específicas descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que cualquier experto en la materia pueda considerar (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un método para establecer una unión de soldadura entre al menos una primera parte (101) y una segunda parte (102), que comprende la etapa de proyectar un haz de energía (2) sobre un área de interfaz (103) entre las partes,
en donde el haz (2) se proyecta sobre el área de interfaz (103) con el objetivo de producir un punto primario (2A) en el área de interfaz (103), y en donde el haz se escanea repetidamente en dos dimensiones de conformidad con un patrón de escaneado con el objetivo de establecer un punto efectivo (21) en el objeto, teniendo el punto efectivo (21) una distribución bidimensional de energía, en donde el punto efectivo (21) se desplaza a lo largo de una pista (104) sobre el área de interfaz (103) con el objetivo de fundir progresivamente las porciones de acoplamiento de la primera parte (101) y de la segunda parte (102) con el objetivo de formar la unión de soldadura (105),
y estando caracterizado por que:
la distribución bidimensional de energía del punto efectivo (21) se adapta dinámicamente durante el desplazamiento del punto efectivo (21) a lo largo de la pista (104), en donde
durante al menos una porción del desplazamiento del punto efectivo (21) a lo largo de la pista, dicha distribución bidimensional de energía es asimétrica
- en relación con cualquier línea que se extienda a través del punto efectivo en paralelo con la pista, y/o - en relación con cualquier línea que se extienda a través del punto efectivo perpendicularmente a la pista,
y en donde:
la distribución bidimensional de energía del punto efectivo (21) se adapta dinámicamente de modo que sea diferente cuando el punto efectivo (21) está en un área adyacente a un rebaje, abertura, orificio pasante o saliente en una de las partes, que cuando está en un área alejada de dicho rebaje, abertura, orificio pasante o saliente, respectivamente, o
la distribución bidimensional de energía se adapta dinámicamente en correspondencia con variaciones en el espesor y/o el material de al menos una de las dos partes en el área de interfaz (103), o
la distribución bidimensional de energía se adapta dinámicamente de modo que sea diferente en una porción curvada de la pista (104) que en una porción recta de la pista.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde durante al menos una porción del desplazamiento del punto efectivo (21) a lo largo de la pista, dicha distribución bidimensional de energía es asimétrica en relación con cualquier línea que se extienda a través del punto efectivo en el área de interfaz.
3. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que la densidad de energía promedio en el punto efectivo es sustancialmente mayor en un lado de la pista (104) que en el otro lado de la pista (104).
4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que un nivel máximo de potencia en un lado de la pista (104) es sustancialmente mayor que un nivel máximo de potencia en el otro lado de la pista (104).
5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que la densidad de energía promedio en el punto efectivo es sustancialmente mayor en una mitad anterior del punto efectivo que en una mitad posterior del punto efectivo.
6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que un nivel máximo de potencia en una mitad anterior del punto efectivo es sustancialmente mayor que un nivel máximo de potencia en una mitad posterior del punto efectivo.
7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que la densidad de energía promedio en el punto efectivo es sustancialmente mayor en una mitad posterior del punto efectivo que en una mitad anterior del punto efectivo.
8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde durante dicha porción del desplazamiento, la distribución bidimensional de energía es tal que un nivel máximo de potencia en una mitad posterior del punto efectivo es sustancialmente mayor que un nivel máximo de potencia en una mitad anterior del punto efectivo.
9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos uno de
- la potencia del haz de energía,
- el patrón de escaneado y
- una velocidad con la que el punto primario se mueve a lo largo de al menos una porción del patrón de escaneado, se adapta en respuesta a al menos un cambio de ángulo entre el haz de energía (2) y una porción del área de interfaz (103) que es calentada por el punto efectivo (21).
10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el método comprende además la adición de material.
11. El método de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, en donde el haz de energía (2) es un haz láser.
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