procedimiento para soldar una estructura metalica, especialmente

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
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ES 2 095 072
kInt. Cl. : B23K 1/20
11 N.◦ de publicación:
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ESPAÑA
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TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA
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kNúmero de solicitud europea: 93919185.4
kFecha de presentación : 26.08.93
kNúmero de publicación de la solicitud: 0 660 768
kFecha de publicación de la solicitud: 05.07.95
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54 Tı́tulo: Procedimiento para soldar una estructura metálica, especialmente regiones parciales de un
cuerpo en nido de abeja.
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73 Titular/es: Emitec Gesellschaft für
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72 Inventor/es: Wieres, Ludwig
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74 Agente: Suarez Dı́az, Jesús
30 Prioridad: 18.09.92 DE 42 31 338
Emissionstechnologie mbH
Hauptstrasse 150
53797 Lohmar, DE
45 Fecha de la publicación de la mención BOPI:
01.02.97
45 Fecha de la publicación del folleto de patente:
ES 2 095 072 T3
01.02.97
Aviso:
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En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletı́n 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 fascı́culos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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DESCRIPCION
La presente invención se refiere a un procedimiento para soldar regiones parciales de una
estructura metálica, especialmente un cuerpo
metálico en nido de abeja. Un campo de aplicación especial es la soldadura de los lados interiores de un tubo de encamisado para un cuerpo
metálico en nido de abeja que se utiliza, por ejemplo, como cuerpo de soporte para material catalı́ticamente activo destinado a emplearse en la
depuración de los gases de escape de vehı́culos
automóviles. Son posibles también otras aplicaciones en estructuras de chapa comparablemente
finas, como, por ejemplo, en intercambiadores de
calor.
Se conoce ya por la patente EP-B-0 049 489 un
procedimiento para soldar estructuras metálicas
en el que se aplica una adhesivo sensible a la
presión y a continuación se carga éste con polvo
de soldadura. Este adhesivo sensible a la presión
sigue siendo adherente incluso después del secado
y deberá evaporarse a la temperatura de soldadura sin dejar ningún residuo. Con ayuda de
este adhesivo se puede aplicar una delgada capa
con prácticamente el espesor de una partı́cula, de
modo que a través del tamaño de los granos de
material de soldadura empleados se puede dosificar con bastante exactitud la cantidad del material de soldadura que ha de aplicarse. Esta patente no contiene ninguna manifestación adicional
sobre el comportamiento del adhesivo sensible a
la presión a una temperatura elevada, tal como
la que podrı́a presentarse durante un tratamiento
térmico de la estructura.
Por el documento DE-A-38 18 512 se conocen diferentes procedimientos de soldadura con
sus distintas ventajas e inconvenientes. Este documento ofrece una visión general de los procedimientos de soldadura conocidos hasta entonces
para cuerpos en nido de abeja y estructuras similares. Sin embargo, no se ofrece aquı́ tampoco ninguna exposición de las propiedades de
los adhesivos o aglutinantes empleados a temperatura elevada.
Se conoce también por la patente US 4.795.615
el recurso de realizar en un cuerpo metálico en
nido de abeja, que presenta un tubo de encamisado, la unión de la estructura de nido de abeja
propiamente dicha con el tubo de encamisado en
una región de forma de tira que discurres aproximadamente en dirección periférica, por ejemplo
mediante la intercalación de una lámina de material de soldadura. Sin embargo, la intercalación
de una lámina de material de soldadura no es adecuada para todos los casos de utilización, puesto
que una lámina de material de soldadura es, por
ejemplo, desplazada o deformada cuando una estructura de nido de abeja se introduce en un tubo
de encamisado.
En el caso de componentes más complejos, por
ejemplo cuerpos de soporte de catalizadores o intercambiadores de calor, son necesarios frecuentemente varios pasos de fabricación antes de que
el cuerpo deseado quede completamente ensamblado y soldado. Se explicarán los problemas que
surgen haciendo referencia a un cuerpo metálico
nido de abeja con tubo de encamisado:
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Para poder fabricar y elaborar las finas estructuras de las chapas empleadas para un cuerpo en
nido de abeja, es ventajoso que las chapas estén
revestidas con un aceite de laminación que puede
contener materiales minerales, materiales grasos
y materiales auxiliares. Sin embargo, este aceite
de laminación tiene que ser eliminado al menos
en parte antes de la soldadura de la estructura
fabricada con las chapas, lo que puede llevarse a
cabo mediante un tratamiento térmico. No obstante, es especialmente práctico que este tratamiento térmico pueda realizarse ya en el cuerpo
en nido de abeja con tubo de encamisado fabricado completamente en su forma definitiva, es decir que las estructuras de chapa provistas todavı́a
de una capa de aceite han de insertarse primero
en un tubo de encamisado adecuado. Dado que
las regiones a soldar entre el tubo de encamisado
y la estructura de nido de abeja no pueden ya
ser provistas más tarde de material de soldadura,
las regiones parciales deseadas tienen que estar ya
soldadas en este momento en el interior del tubo
de encamisado. Cuando esto deba realizarse de
manera en sı́ conocida por medio de un material pegajoso y polvo de soldadura, es necesario
entonces que el polvo de soldadura permanezca
adherido también durante y después de un tratamiento térmico en las regiones deseadas. Se
presentan problemas similares también en otras
estructuras de nido de abeja en las que se tienen
que soldar determinadas partes ya antes del ensamble de las mismas, pero otras partes solamente
han de soldarse más tarde.
Por tanto, el cometido de la presente invención
consiste en indicar un procedimiento de soldadura que haga posible la soldadura deliberada
y térmicamente estable de regiones parciales de
una estructura metálica, sin que el material de
soldadura aplicado se desprenda durante un tratamiento térmico posterior o durante otras etapas
de manipulación.
Este problema se resuelve por medio de un
procedimiento para soldar una estructura metálica, en el que se aplica un material pegajoso sobre
la estructura o regiones parciales de la misma y
a continuación se aplica polvo de soldadura que
permanece adherido al material pegajoso, y en el
que el material pegajoso conserva su capacidad
de adherencia hasta temperaturas de al menos
180◦C, preferiblemente más de 200◦ C, y después
de la aplicación del polvo de soldadura, pero antes del proceso de soldadura, se realiza un desengrasado térmico de partes de la estructura no
soldadas o aún no soldadas, sin que se desprenda
el polvo de soldadura en ese momento o durante
etapas de manipulación subsiguientes.
Mientras que, hasta ahora, no era prácticamente posible soldar estructuras relativamente
complejas en dos o más etapas de trabajo ni tampoco realizar, después de una primera soldadura,
etapas de trabajo complejas con un tratamiento
térmico, la presente invención crea esta posibilidad. De este modo, pueden obtenerse sucesivamente uniones soldadas de diferente naturaleza,
de elevada calidad, en una estructura metálica
mediante técnicas de soldadura diferentes con materiales de soldadura distintos. En particular,
es posible seguir desengrasando térmicamente es-
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tructuras provistas de un aceite de laminación
después del ensamble de un cuerpo en nido de
abeja, aun cuando esté aplicado ya material de
soldadura en otras regiones. Esto no era posible hasta ahora, por lo cual tenı́an que aceptarse
considerables inconvenientes debido al empleo de
chapas ya desengrasadas en la construcción de las
estructuras.
La invención se puede utilizar de manera especialmente ventajosa para la unión del tubo de
encamisado de un cuerpo de soporte de catalizador con el cuerpo restante en nido de abeja.
A este fin, al menos una región que discurre en
forma de tira aproximadamente a lo largo de la
periferia interior del tubo de encamisado es provista, en el lado interior de éste, de un material
pegajoso y, seguidamente, de polvo de soldadura.
La aplicación del material pegajoso puede efectuarse, por ejemplo, con un rodillo de fieltro, un
trozo de goma de poros abiertos o un dispositivo
a manera de esponja, con lo que este proceso se
puede automatizar también fácilmente. En aplicaciones tı́picas, estas regiones de forma de tira
tienen una anchura de aproximadamente 15 mm
a 25 mm, preferiblemente alrededor de 20 mm.
Ha demostrado ser favorable para la durabilidad y la superación de problemas de dilatación
el que en el caso de cuerpos en nido de abeja o
tubos de encamisado con una longitud axial de
más de 90 mm se suelden al menos tres regiones
en forma de tiras, mientras que deberán soldarse
una o dos de estas regiones en el caso de tubos de
encamisado más cortos.
Dado que, por un lado, las estructuras de nido
de abeja insertadas en un tubo de encamisado
de esta clase son en algunos casos de aplicación
algo más cortas que el propio tubo de encamisado, mientras, que por otro lado, una unión entre el tubo de encamisado y la estructura de nido
de abeja no deberá realizarse ineludiblemente de
forma directa en los lados frontales, es ventajoso
que las regiones en forma de tiras se dispongan a
cierta distancia de los lados frontales del tubo de
encamisado.
En caso de que el material pegajoso consista
en una solución, este material se seca antes del
tratamiento térmico propiamente dicho para eliminar componentes fácilmente volátiles. Esto
evita en un calentamiento rápido posterior la formación de burbujas y, por tanto, el desprendimiento de polvo de soldadura.
Como material pegajoso adecuado se ha acreditado, por ejemplo, el polivinilmetiléter. Este
puede ser elaborado de una forma no contaminante del medio ambiente en una solución acuosa
aproximadamente al 2-6%, preferiblemente una
solución aproximadamente al 4%.
Al menos para el caso de aplicación descrito
de los cuerpos de soporte de catalizadores son
adecuados especialmente polvos de soldadura con
tamaños de grano de aproximadamente 50 µ a
140 µ, preferiblemente alrededor de 63 µ a 125 µ.
Para la soldadura de la propia estructura fina de
nido de abeja se necesitan en general materiales
de soldadura con una proporción considerable de
granos aún más pequeños, empobreciéndose con
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el tiempo tales mezclas de polvo de soldadura en
granos pequeños de material de soldadura. Precisamente la composición restante de tamaños de
grano es especialmente adecuada para la soldadura interior de tubos de encamisado, con lo que
el proceso de fabricación completo resulta muy
rentable.
Después de la aplicación del polvo de soldadura, se pueden enchufar o insertar de otra manera capas de chapa estructuradas en el tubo de
encamisado, y a continuación se puede llevar a
cabo el tratamiento térmico.
Por lo que se refiere a la aplicación del polvo
de soldadura, ésta puede llevarse a cabo preferiblemente en un lecho fluidizado, en el cual se
sumergen las partes de la estructura que han de
soldarse. También pueden emplearse el insuflado
de polvo de soldadura o procedimientos comparables.
Se puede mantener de esta manera la dosificación deseada muy pequeña y muy precisa de
polvo de soldadura en las regiones deseadas, obteniéndose, por ejemplo, para un material de soldadura a base de nı́quel, en una capa con preferiblemente el espesor de una partı́cula, un peso
de aplicación de aproximadamente 0,03 g a 0,04
g por centı́metro cuadrado.
Se explicará con más detalle el procedimiento
conforme a la invención con referencia a las figuras 1 y 2 y con ayuda de un ejemplo de ejecución, al que, sin embargo, no queda limitada la
invención. Muestran:
la figura 1, una vista en perspectiva esquemática y parcialmente recortada de un cuerpo de
soporte de catalizador, y
la figura 2, una sección transversal a través de
un tubo de encamisado soldado de un cuerpo de
esta naturaleza.
La figura 1 muestra un cuerpo de soporte
de catalizador 1 con un tubo de encamisado 2
cuyo lado interior 3 se suelda en una región 5
de anchura b con el procedimiento según la invención. Después de la soldadura se puede insertar el cuerpo en nido de abeja propiamente dicho 4, constituido por una multitud de capas de
chapa estructuradas. Como ilustra la figura 2, el
tubo de encamisado 2 es provisto, durante la soldadura, de un material pegajoso 6 sobre el cual
permanece adherida una capa de polvo de soldadura 7. Después de ensamblar el cuerpo en nido
de abeja 1, éste puede ser tratado térmicamente
sin pérdida del polvo de soldadura ya aplicado,
pudiendo ser, por ejemplo, desengrasado a temperaturas de 180◦C o superiores, con lo que puede
llevarse a cabo una soldadura subsiguiente, por
ejemplo, de los lados frontales de la estructura en
nido de abeja 4 según otro procedimiento de soldadura y/o con otro material de soldadura. Gracias al empleo de chapas estructuradas aún no desengrasadas o especialmente engrasadas, se puede
simplificar y acelerar en su conjunto el proceso
de fabricación y se pueden emplear materiales de
soldadura y procedimientos de soldadura diferentes para los distintos problemas de unión que se
planteen.
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REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para soldar una estructura
metálica (2, 4), en el que se aplica un material
pegajoso (6) sobre la estructura (2, 4) o regiones parciales (5) de la misma y a continuación se
aplica un polvo de soldadura (7) que permanece
adherido al material pegajoso (6), caracterizado
porque el material pegajoso (6) conserva su capacidad de adherencia hasta temperaturas de al
menos 180◦C, preferiblemente más de 200◦C, y
porque después de la aplicación del polvo de soldadura (7), pero antes del proceso de soldadura
propiamente dicho, se lleva a cabo un desengrasado térmico de partes (4) de la estructura no
soldadas o no soldadas todavı́a, sin que el polvo
de soldadura (7) se desprenda en ese momento o
durante etapas de manipulación subsiguientes.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la estructura metálica (2,
4) es parte de un cuerpo metálico en nido de abeja
(1), especialmente un cuerpo de soporte de catalizador o un intercambiador de calor.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque la estructura metálica
(2, 4) es el tubo de encamisado (2) de un cuerpo
en nido de abeja (1) que contiene una multitud
de capas de chapa (4) estructuradas al menos en
parte.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque se aplican sobre el lado
interior (3) del tubo de encamisado (2) el material pegajoso (6) y el polvo de soldadura (7) en
al menos una región (5) de forma de tira que discurre aproximadamente a lo largo de la periferia
interior.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque la aplicación del material
pegajosos (6) se realiza por medio de un rodillo
de fieltro, un trozo de goma de poros abiertos o
un dispositivo a manera de esponja.
6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque cada región (5) de forma
de tira tiene una anchura (b) de 15 a 25 mm,
preferiblemente alrededor de 20 mm.
7. Procedimiento según la reivindicación 4, 5
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de encamisado (2) con una longitud axial (l) de
más de 90 mm se sueldan al menos tres regiones
(5) de forma de tiras.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 4, 5, 6 ó 7, caracterizado porque la región o las regiones (5) de forma de tiras se
disponen a cierta distancia de los lados frontales
del tubo de encamisado (2).
9. Procedimiento según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque antes del tratamiento térmico se seca el
material pegajoso (6) para eliminar componentes
fácilmente volátiles.
10. Procedimiento según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el material pegajosos (6) es polivinilmetiléter.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque el polivinilmetiléter se elabora en una solución acuosa al 2-6%, de preferencia aproximadamente al 4%.
12. Procedimiento según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el polvo de soldadura (7) contiene granos
con una tamaño de grano de aproximadamente 50
a 130 µ, preferiblemente alrededor de 63 a 125 µ.
13. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 10, caracterizado porque,
después de la aplicación del polvo de soldadura
(7), se enchufan capas de chapa estructuradas (4)
en el tubo de encamisado (2) y se realiza seguidamente el tratamiento térmico.
14. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la aplicación del polvo de soldadura se efectúa
en un lecho fluidizado en el que se sumerge la estructura (2) al menos en parte.
15. Procedimiento según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado
porque el polvo de soldadura (7) se aplica en una
capa delgada con preferiblemente el espesor de
una partı́cula, por ejemplo en un peso de aproximadamente 0,03 a 0,04 g/cm2 en el caso de un
material de soldadura a base de nı́quel.
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NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva
del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD
2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicación
del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del
7-10-1992, no producirán ningún efecto en España
en la medida en que confieran protección a productos quı́micos y farmacéuticos como tales.
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Esta información no prejuzga que la patente esté o
no incluı́da en la mencionada reserva.
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