gas de proteccion multiuso, multi-transferencia y multi

19
OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
11 Número de publicación: 2 215 245
51 Int. Cl. : B23K 35/38
7
B23K 9/16
ESPAÑA
12
TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA
T3
86 Número de solicitud europea: 97951565 .7
86 Fecha de presentación: 05.12.1997
87 Número de publicación de la solicitud: 0958098
87 Fecha de publicación de la solicitud: 24.11.1999
54 Título: Gas de protección multiuso, multi-transferencia y multi-posición para soldadura por arco.
73 Titular/es: AIR PRODUCTS AND CHEMICALS, Inc.
7201 Hamilton Boulevard
Allentown, Pennsylvania 18195-1501, US
45 Fecha de publicación de la mención BOPI:
01.10.2004
72 Inventor/es: Demers, Claude, Raymond y
LeHouillier, Guy
45 Fecha de la publicación del folleto de la patente:
74 Agente: Elzaburu Márquez, Alberto
ES 2 215 245 T3
01.10.2004
Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de
la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea
de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se
considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del
Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
ES 2 215 245 T3
DESCRIPCIÓN
Gas de protección multiuso, multi-transferencia y multi-posición para soldadura por arco.
5
Antecedentes de la invención
Esta invención se refiere a la soldadura por arco metálico con gas, soldadura por arco con núcleo de fundente y
soldadura por arco con núcleo de material compuesto, y en particular a una mezcla de gases de protección para utilizar
en estos procedimientos.
10
Es bien conocido en la técnica de soldadura que en la soldadura por arco metálico protegido, soldadura por arco
metálico con gas, soldadura por arco con núcleo de fundente y soldadura por arco con núcleo de material compuesto,
el gas de protección puede afectar al procedimiento y a la calidad de la soldadura resultante.
15
En estos procedimientos es práctica generalizada emplear un gas de protección que tiene argón como su principal
ingrediente, el cual es un gas inerte. Mezclados con el argón hay diversas mezclas de otros gases seleccionados del
grupo que consiste en oxígeno, dióxido de carbono y helio. Una descripción detallada de gases de protección se puede
encontrar en la publicación ANSI/AWS, capítulo 5, pp. 10-94, publicada por The American Welding Society bajo el
título “Recommended Practices for Shielding Gases For Welding and Plasma Arc Cutting”.
20
Los procedimientos fundamentales de soldadura, en particular la soldadura por arco metálico con gas (GMAW, por
sus iniciales en inglés, gas metal arc welding) y soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW, por sus iniciales
en inglés, flux cored arc welding) se explican con detalle en el volumen 2, de la octava edición del Welding Handbook,
capítulos 4 y 5 respectivamente, publicado por The American Welding Society.
25
Según el Welding Handbook, existen diversas mezclas de gases de protección que se han empleado en los procedimientos de soldadura, que combinan básicamente transferencia de metal de un electrodo consumible, siendo éste un
electrodo de varilla o alambre continuo, a un charco de soldadura para crear una junta entre metales base preparados
para ser unidos.
30
35
40
45
50
55
60
El procedimiento de soldadura por arco metálico con gas (GMAW), es un procedimiento de soldadura por arco
que utiliza el establecimiento de un arco entre un electrodo metálico de carga continua y el charco de soldadura. El
procedimiento se utiliza con protección proporcionada por una mezcla de gases, sin la aplicación de presión. Las
mezclas de gases de protección están constituidas básicamente por argón con uno o más componentes, tales como
oxígeno, dióxido de carbono, helio o hidrógeno.
El procedimiento de soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW) implica un arco entre un electrodo metálico de carga continua y el charco de soldadura. El procedimiento se utiliza con protección de un fundente contenido
dentro del electrodo tubular, con o sin protección adicional proveniente de un gas externamente suministrado y sin
aplicación de presión. En el caso de soldadura por arco con núcleo de fundente que utiliza gases de protección externos, los gases de protección son básicamente argón con uno o más componentes seleccionados del grupo que consiste
en helio, oxígeno y dióxido de carbono.
La soldadura por arco con núcleo de material compuesto (CCAW, por sus iniciales en inglés, composite cored arc
welding) se utiliza para describir un procedimiento de soldadura por arco en el que, un alambre tubular que tiene un
centro lleno de polvo metálico se utiliza como el material de electrodo. Este procedimiento también se basa en el uso
de gases de protección, para proteger el arco y el charco de soldadura.
Los diversos proveedores de gases industriales y fabricantes de suministros para soldadura, ofrecen numerosas
mezclas de gases de protección.
En particular, Air Products and Chemicals, Inc. ha comercializado una mezcla de gases denominada Astec HP, para
alta deposición de metal y alta velocidad de avance del arco, en el procedimiento de soldadura por arco metálico con
gas, en posición horizontal o plana. La composición ofrecida por esta compañía contiene 65% en volumen de argón,
25% en volumen de helio y 10% en volumen de dióxido de carbono. En particular, esta mezcla de gases de protección
dificulta el control del material fundido, mientras se suelda en otras posiciones distintas a la posición horizontal o
plana. Además, con esta mezcla no se efectúa fácilmente una fina transferencia por arco de corto circuito.
La patente de EE.UU. 4.871.898 describe un procedimiento de soldadura por arco metálico con gas que emplea
una mezcla de gases de protección que consiste esencialmente en 2 a 12% en volumen de dióxido de carbono, 20 a
45% en volumen de helio y el resto argón. No se menciona el empleo de dicha mezcla de gases de protección, en
relación con otros procedimientos de soldadura por arco.
Breve sumario de la invención
65
Se ha descubierto que una mezcla de gases que consiste en 62-74% en volumen de argón, 17-23% en volumen
de helio y 9-16% en volumen de dióxido de carbono, pueden satisfacer la necesidad largamente sentida de tener una
única mezcla de gases de protección que se pueda utilizar con soldadura por arco metálico con gas, soldadura por arco
2
ES 2 215 245 T3
con núcleo de fundente y soldadura por arco con núcleo de material compuesto, en cualquier modo de transferencia de
metal y en cualquier posición de soldar. En una realización preferida el gas de protección consiste en 68% en volumen
de argón, 20% en volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono.
5
10
15
20
25
Por tanto, un aspecto de la presente invención es una mezcla de gases de protección para soldadura por arco que
consiste en 62-74% en volumen de argón, 17-23% en volumen de helio y 9-16% en volumen de dióxido de carbono.
En otro aspecto, la presente invención es un procedimiento de soldadura por arco metálico con gas en el que, se
mantiene un arco entre un electrodo metálico de carga continua y un charco de soldadura con protección del arco
generado entre el metal de carga y el charco de soldadura, con una mezcla de gases de 68% en volumen de argón, 20%
en volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono.
En otro aspecto más, la presente invención es un procedimiento de soldadura por arco con núcleo de fundente en
el que, se mantiene un arco entre un electrodo de metal de carga continua, que consiste esencialmente en un metal que
contiene materiales fundentes y un charco de soldadura con protección del arco, con una mezcla de gases que consiste
en 68% en volumen de argón, 20% en volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono.
En todavía otro aspecto más, la presente invención es un procedimiento de soldadura por arco con núcleo de
material compuesto en el que, se mantiene un arco entre un electrodo metálico de carga continua y un charco de
soldadura con protección del arco, con una mezcla de gases que consiste en 68% en volumen de argón, 20% en
volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono.
La presente invención también se refiere a un procedimiento de soldadura por arco metálico con gas, en el que
el metal se transfiere de un electrodo por transferencia por corto circuito, transferencia globular, transferencia por
pulverización, transferencia por pulverización pulsada, transferencia por pulverización con alta densidad de corriente,
transferencia por pulverización rotacional con alta densidad de corriente, o transferencia por pulverización no rotacional con alta densidad de corriente y en el que el gas de protección que consiste en 68% en volumen de argón, 20%
en volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono, se utiliza para proteger el arco generado durante el
procedimiento.
30
Descripción detallada de la invención
35
40
Como es bien conocido en la técnica, es convencional para usuarios de diversos procedimientos de soldadura, tales
como soldadura por arco metálico con gas (GMAW), soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW) y soldadura
por arco con núcleo de material compuesto (CCAW) requerir y tener a disposición, diferentes mezclas de gases para
la protección requerida y así poder utilizar estos procedimientos para producir soldaduras aceptables.
La presente invención se centra alrededor de los esfuerzos realizados por crear una mezcla de gases de protección
y uso de la mezcla de gases de protección, en diversos procedimientos que presentan características de deposición de
metal del tipo de carga rápida, rápido seguimiento y rápida congelación durante el procedimiento de soldadura. Las
mezclas de gases de dióxido de carbono, oxígeno y argón eran conocidas por presentar características de carga rápida
y rápido seguimiento. Sin embargo, estas mezclas de gases no fueron tan eficaces en aplicaciones de soldadura de tipo
de rápida congelación. Además, para procedimientos de soldadura por arco con núcleo de fundente, el porcentaje de
argón estaba, para todos los propósitos prácticos, limitado a 75%.
45
50
55
Por tanto, se hizo necesario crear una mezcla de gases de protección que tenga las tres características antes mencionadas cuando se utiliza en soldadura por arco metálico con gas, tanto para aceros con bajo contenido de carbono como
para aceros dulces, la cual también será aplicable para soldadura por arco con alambre de núcleo de fundente y soldadura por arco con núcleo de material compuesto y que cumpla las normas de aplicación de los diversos organismos
gubernamentales.
Diversos ensayos han llevado al descubrimiento de una mezcla de gases de protección que tiene una composición
nominal de 68% en volumen de argón, 20% en volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono y que
proporciona excelentes resultados en las tres características antes mencionadas, cuando se utiliza el gas de protección
para procedimientos de soldadura por arco metálico con gas, soldadura por arco con núcleo de fundente y soldadura
por arco con núcleo de material compuesto.
60
La presente invención abarca mezclas de gases de protección en las que la composición consiste en 62-74% en volumen de argón, 17-23% en volumen de helio y 9-16% en volumen de dióxido de carbono. Los diversos componentes
se pueden ajustar para adaptarlos a las diferentes condiciones de soldadura según fuese necesario para las aplicaciones de soldadura por arco metálico con gas, por alambre con núcleo de fundente y por arco con núcleo de material
compuesto.
65
En un primer intento se utilizó con resultados satisfactorios una mezcla que consistió en 67% de argón, 20% de
helio y 13% de dióxido de carbono. Después de una serie inicial de ensayos, la composición preferida se ajustó hasta
contener 68% en volumen de argón, 20% en volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono.
La mezcla de 68% en volumen de argón, 20% en volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono, se
3
ES 2 215 245 T3
sometió a ensayo utilizando diversos procedimientos y diversas condiciones de soldadura. Los resultados se especifican
en la Tabla 1 a continuación.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
4
ES 2 215 245 T3
(1) GMAW = soldadura por arco metálico con gas, CCAW = soldadura por arco con núcleo de material compuesto,
FCAW = soldadura por arco con núcleo de fundente.
MB* = Muy bien, MS** = Muy suave
5
(2) Distinta de transferencia de corto circuito, transferencia por pulverización y transferencia por pulverización
pulsada.
(3) Primer paso hacia abajo, segundo y tercer paso hacia arriba.
10
(4) Placa de acero dulce galvanizada
(5) Placa de acero dulce galvanizada a metal pintado
15
(6) Placa de acero dulce galvanizada a metal cubierto de óxido
(7) Galga 16
20
25
De la tabla anterior es evidente que la composición preferida de acuerdo con la presente invención, logra una
única mezcla de gases para procedimientos de soldadura altamente eficaces, a saber, soldadura por arco metálico con
gas, soldadura por arco con núcleo de material compuesto y soldadura por arco con núcleo de fundente. Este gas de
protección de acuerdo con la presente invención, proporciona transferencia del metal mediante las diversas técnicas de
transferencia de metal y permite al usuario soldaduras en múltiples posiciones y procedimientos. Además, la mezcla de
gases de protección logra mayor penetración en transferencias por corto circuito y por pulverización axial. Asimismo,
las mezclas de gases de protección de acuerdo con la presente invención, disminuyen la falta de fusión cuando se
utiliza en soldadura metálica con gas inerte (MIG, por sus iniciales en inglés, metal inert gas).
Además, en los ensayos recogidos en la Tabla 1 se encontró que todas las muestras fueron muy atractivas para el
operario, proporcionándole fácil manejo y realización.
30
35
40
Una serie adicional de ensayos fue realizada por posibles usuarios del gas y de los procedimientos de protección.
Se soldaron veintiséis muestras; 16 utilizando la composición preferida en la soldadura por arco metálico con gas, 6
utilizando la composición preferida en la soldadura por arco con núcleo de fundente y 4 utilizando la composición preferida en la soldadura por arco con núcleo de material compuesto. Los usuarios valoraron la apariencia de la soldadura,
humectación de la soldadura, penetración de la soldadura, interés del operario, facilidad de manejo y facilidad de realización al utilizar la composición preferida en los procedimientos enumerados. En todas las 26 muestras, los resultados
de la evaluación por expertos soldadores llevaron a la conclusión que esta única composición preferida de acuerdo con
la invención fue tan buena o mejor, cuando se utilizó en tres procedimientos distintos, que las varias mezclas de gases
de protección requeridas previamente. Por tanto, se ha logrado el objetivo de la invención de proporcionar una única
composición de gas de protección que se pueda utilizar en GMAW, FACW o CCAW.
La composición preferida de acuerdo con la presente invención, reduce el número de gases de protección o mezclas
de gases requeridas por el usuario disminuyendo, por tanto, el número de cilindros que un usuario final necesita tener
en almacén, al mismo tiempo que aumenta la capacidad de rendimiento del usuario.
45
Para el fabricante de la mezcla de gases de protección hay similares disminuciones en el número de cilindros
requeridos con el correspondiente aumento de la eficacia de plantas trasvasadoras de los fabricantes.
50
Las composiciones y la composición preferida de acuerdo con la presente invención, son también respetuosas del
medio ambiente puesto que, disminuyen la cantidad de dióxido de carbono emitido a la atmósfera, en comparación
con conocidas mezclas de gases utilizadas en estos procedimientos.
Habiendo por tanto descrito la invención, lo que se desea asegurar mediante la patente de invención se expone en
las reivindicaciones anexas.
55
60
65
5
ES 2 215 245 T3
REIVINDICACIONES
5
10
15
1. Una mezcla de gases de protección para procedimientos de soldadura por arco metálico con gas, en la que el
metal se transfiere de un electrodo por transferencia por corto circuito, transferencia globular, transferencia por pulverización, transferencia por pulverización pulsada, transferencia por pulverización con alta densidad de corriente,
transferencia por pulverización rotacional con alta densidad de corriente, o transferencia por pulverización no rotacional con alta densidad de corriente y que consiste en 62 a 74% en volumen de argón, 17 a 23% en volumen de helio y
9 a 16% en volumen de dióxido de carbono.
2. Una mezcla de gases de protección de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho argón está presente en
una cantidad de 68% en volumen.
3. Una mezcla de gases de protección de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho dióxido de carbono está
presente en una cantidad de 12% en volumen.
4. Una mezcla de gases de protección de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho helio está presente en
una cantidad de 20% en volumen.
20
5. Un procedimiento de soldadura por arco metálico con gas, en el que se mantiene un arco entre un electrodo
metálico de carga continua y el charco de soldadura, comprendiendo la mejora:
proteger dicho arco con una mezcla de gases de protección que consiste en 68% en volumen de argón, 20% en
volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono.
25
6. Un procedimiento de soldadura por arco con núcleo de fundente, en el que se mantiene un arco entre un electrodo
metálico de carga continua que consiste esencialmente en un metal que contiene materiales fundentes y el charco de
soldadura, comprendiendo la mejora:
30
proteger dicho arco con una mezcla de gases que consiste en 68% en volumen de argón, 20% en volumen de helio
y 12% en volumen de dióxido de carbono.
35
7. Un procedimiento de soldadura por arco metálico con gas, en la que el metal se transfiere de un electrodo por
transferencia por corto circuito, transferencia globular, transferencia por pulverización, transferencia por pulverización
pulsada, transferencia por pulverización con alta densidad de corriente, transferencia por pulverización rotacional con
alta densidad de corriente o transferencia por pulverización no rotacional con alta densidad de corriente, comprendiendo la mejora, utilizar un gas de protección que consiste en 68% en volumen de argón, 20% en volumen de helio y 12%
en volumen de dióxido de carbono.
40
45
8. Un procedimiento de soldadura por arco con núcleo de material compuesto, en el que se mantiene un arco entre
un electrodo de soldadura y un metal base, comprendiendo la mejora proteger dicho arco con una mezcla de gases que
consiste en 68% en volumen de argón, 20% en volumen de helio y 12% en volumen de dióxido de carbono.
9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicho electrodo se suministra como un alambre
continuo.
50
55
60
65
6