11 Número de publicación: Int. Cl.: soldadura por rodillos o aplastamiento de chapas unidas entre sí.

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1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: Int. Cl.: B23K 31/12 ( ) 12 TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3 86 Número de solicitud europea: Fecha de presentación : Número de publicación de la solicitud: Fecha de publicación de la solicitud: Título: Procedimiento y dispositivo de medición para la comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por rodillos o aplastamiento de chapas unidas entre sí. 30 Prioridad: DE Titular/es: ThyssenKrupp Steel AG. Kaiser-Wilhelm-Strasse Duisburg, DE 45 Fecha de publicación de la mención BOPI: Inventor/es: Bosch, Frank y Schwanke, Günter 45 Fecha de la publicación del folleto de la patente: Agente: Carpintero López, Francisco ES T3 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 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. Pº de la Castellana, Madrid

2 1 ES T3 2 DESCRIPCIÓN Procedimiento y dispositivo de medición para la comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por rodillos o aplastamiento de chapas unidas entre sí. Para juzgar la calidad de un cordón de soldadura por rodillos o aplastamiento en chapas unidas entre sí, o bien en cintas, en la práctica es habitual punzonar una pieza de chapa con el cordón de soldadura, y someter a esta pieza de chapa a una prueba de flexión. Este procedimiento de comprobación tiene una serie de desventajas: no es no destructivo. Sólo se comprueba una parte del cordón de soldadura. La comprobación dura mucho tiempo y es muy costosa. En cambio, desde hace mucho tiempo hay procesos para el control de proceso y de calidad en línea en cordones de tope soldados por láser de chapas (documento EP B1). En este procedimiento conocido se mide en al menos dos posiciones por detrás de la zona de soldadura, al mismo tiempo, y a ambos lados de la línea de unión la temperatura por medio de un pirómetro. Los valores de medición de los pirómetros individuales se relacionan entre sí. Las composiciones significativas, como la conformación de la sumas, de diferencias o de cocientes están disponibles como rutinas estándar para la evaluación y la interpretación de errores. Si este estado de la técnica conocido documentalmente también ha encontrado su aplicación en la práctica es algo dudoso, ya que en la soldadura a tope por rayo láser, debido a la concentración de la entrada de calor sobre una región extremadamente estrecha, la dilatación de las zonas influidas por el calor con valores medibles por medio del pirómetro debería ser muy pequeña. Por esta razón, las relaciones en la soldadura a tope por láser tampoco son comparables con las de la soldadura eléctrica por resistencia, en particular la soldadura de cordón por rodillos o aplastado. D. R. Attorre y col. demuestran en Determining resistance weld interface heat distribution by termal imaging - (WELDING REVIEW INTERNA- TIONAL, marzo de 1997, páginas ), que se ve como el estado de la técnica más próximo, que por medio de tomas de imágenes de radiación térmica en tiempo real se puede seguir la evolución y la distribución térmica, entre otros, en un cordón de soldadura por rodillos. Mediante la posibilidad unida a ello de ajustar los parámetros de soldadura respecto a una distribución de calor óptima en la zona de soldadura, se da un procedimiento con cuya ayuda se puede llevar a cabo una comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por rodillos. Para ello se determina la temperatura a lo largo del borde de la chapa a una distancia de aprox. 2 mm desde el centro del electro de soldadura, para crear en la dirección de soldadura un perfil de la distribución de temperatura. Sin embargo, según Attorre y col. únicamente está previsto un pirómetro, debido a lo cual, ciertamente, se pueden determinar rápidamente las informaciones necesarias para el empleo práctico para el control de un dispositivo de soldadura, si bien, para un registro óptimo de la calidad, no se pueden determinar completamente y/o sólo de manera costosa. La invención se basa en el objetivo de desarrollar un procedimiento de comprobación para la calidad de los cordones de soldadura por rodillos y un dispositivo de medición adecuado para ello, que haga posible una comprobación rápida, no destructiva y completa del cordón de soldadura por rodillos. Este objetivo se consigue respecto al procedimiento con un procedimiento para la comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por rodillos de chapas o cintas unidas entre sí, en el que a) con un primer pirómetro se registra la temperatura de una región de medición mantenida en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentra sobre el cordón de soldadura, que está caracterizado porque b) al mismo tiempo, con un segundo y un tercer pirómetro se registran las temperaturas de regiones de medición mantenidas en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentran directamente una junto a la otra y a ambos lados del cordón de soldadura en el exterior de su zona de fusión, que están dispuestas en las zonas influidas por el calor de soldadura, c) y se evalúan los valores de medición de la temperatura de los pirómetros individuales, respectivamente, por medio de la comparación con valores teóricos correspondientes y considerando patrones de evolución característicos de la temperatura para cordones de soldadura cualitativamente perfectos, y adicionalmente los del segundo y el tercer pirómetro se evalúan por medio de la comparación de sus evoluciones, diferenciándose los errores según diferentes tipos. En el procedimiento conforme a la invención, únicamente a través de la observación de las temperaturas en tres regiones que se encuentran en una posición definida respecto al lugar de soldadura, y en concreto en la región que se encuentra en el cordón de soldadura y justo al lado de la región de soldadura y en la regiones que se encuentran a ambos lados del cordón de soldadura en las zonas que tienen influencia del calor, e igualmente cerca del lugar de soldadura, si bien fuera de la zona de fusión, se hace posible comprobar de un modo rápido, completo y no destructivo el cordón de soldadura. Por medio de un software adecuado que está programado en parte a partir de valores empíricos y en parte a partir de experimentos de operación y en parte a partir de observaciones del flujo de calor para diferentes errores, se puede incluso emitir un juicio sobre el tipo del error, tanto si se trata de un error de ajuste mecánico como si se trata de un error condicionado por la máquina de soldadura. Por medio del reconocimiento independiente del lugar de patrones de evolución de la temperatura se pueden reconocer en línea, sobre todo, los errores condicionados por la máquina se soldar. Por regla general, en la soldadura se producen de modo esporádico diferentes errores. En caso de que se produzca una acumulación de un tipo determinado de error, entonces esto significa, por regla general, que hay un fallo de la máquina de soldadura. Los experimentos de operación han mostrado que para los cordones de soldadura no cualitativamente perfectos también es característico cuando las evoluciones de los valores medidos de temperatura del se-

3 3 ES T3 4 gundo y del tercer pirómetro no se cortan. Debido a ello, según una configuración de la invención está previsto que el segundo y el tercer pirómetro estén posicionados y ajustados respecto al cordón de soldadura de tal manera que en el caso de cordones de soldadura cualitativamente perfectos, las evoluciones de los valores medidos de temperatura tengan un punto de corte. Según otra configuración de la invención está previsto que en la evaluación a partir de los valores de temperatura y de medición del segundo y del tercer pirómetro se conforme un valor medio. Esta configuración es ventajosa en el caso de cintas pasantes en las que el extremo de la cinta de una de las cintas está soldado al comienzo de la cinta de la siguiente cinta. Las experiencias con este tipo de cintas han mostrado, en concreto, que la zona de influencia del calor en la parte del extremo de la cinta en la dirección de soldadura es mayor, mientras que en la parte del comienzo de la cinta se hace más estrecha. Por medio de la conformación del valor medio se compensan estas diferencias, lo cual representa una ventaja para la evaluación. Para la evaluación representa una ventaja, además, que las regiones de medición del pirómetro no sean demasiado grandes. Los valores adecuados del diámetro medio están entre 3 y 5 mm. En particular, para la conformación del valor medio de los valores medidos de temperatura del segundo y del tercer pirómetro es ventajoso cuando sus regiones de medición sean igual de grandes. Un dispositivo de medición para la comprobación en línea de la calidad de los cordones de soldadura por rodillos de chapas o cintas unidas entre sí, que está indicado para a realización del procedimiento mencionado anteriormente, está caracterizado porque un soporte para un rodillo de soldadura de una máquina de soldadura de cordón por rodillos presenta tres pirómetros, de los que uno de ellos se puede ajustar en el cordón que se ha de soldar, y los otros dos se pueden ajustar en las zonas de influencia del calor contiguas al cordón de soldadura, y que pueden entregar sus valores de medición de la temperatura a un dispositivo de evaluación e indicación. Para iniciar y finalizar el proceso de medición, según una configuración de la invención está previsto que el dispositivo de evaluación e indicación genere dependiendo del valor medido de la temperatura del pirómetro para el cordón de soldadura una señal de comienzo/parada. A continuación se explica la invención con más detalle a partir de un dibujo que representa un ejemplo de realización con diferentes dibujos. En concreto, se muestra: Figura 1 una máquina de soldadura de cordón por rodillos en la fabricación de un cordón de soldadura que une dos cintas entre sí, en una representación en perspectiva, Figura 2 una sección de una cinta con tres pirómetros ajustados en una representación esquemática y en perspectiva, Figura 3 una sección de una cinta con cordón de soldadura y tres pirómetros ajustados en una vista en planta desde arriba, Figura 4 un diagrama con la evolución temporal de la temperatura en el cordón de soldadura y en las dos zonas de influencia térmica contiguas, con un ajuste de la máquina sin errores, y con un cordón de soldadura sin errores, Figura 5 la evolución temporal de la temperatura del cordón de soldadura y de las zonas de influencia de la temperatura con un ajuste de la máquina sin errores, Figura 6-8 tres diagramas para una evolución temporal de la temperatura del cordón de soldadura y de las dos zonas contiguas de influencia del calor para un ajuste de la máquina con errores y/o para un cordón de soldadura con errores. El dispositivo de soldadura representado en la Figura 1 para soldadura de costura por rodillos lleva en un brazo 1 superior un rodillo de soldadura 2, con el que se fabrica un cordón de soldadura 3 como unión entre dos cintas 4, 5 que se solapan entre sí. El brazo 1 lleva además tres pirómetros Py1, Py2, Py3, que pueden ser ajustados con sus ópticas al cordón de soldadura 3, y a las dos zonas de influencia térmica 6, 7 visibles que se encuentran junto a la región que ha de ser sometida a la fusión del cordón de soldadura. Los valores medidos de temperatura de estos tres pirómetros Py1, Py2, Py3 son entregados a un dispositivo de evaluación e indicación 8. El software de este dispositivo de evaluación e indicación 8, que está programado tomando como base valores empíricos para ajustes sin errores y con errores del dispositivo de soldadura y de cordones de soldadura, evalúa los valores medidos de temperatura y lleva la evaluación al indicador. En la programación descrita, también se muestran tipos de errores. En la Figura 2 está representado de modo esquemático cómo los pirómetros Py1-Py3 individuales se ajustan con sus ópticas al cordón de soldadura 3 y a las dos zonas contiguas de influencia térmica 6, 7. El ajuste preciso se puede llevar a cabo por medio de un láser asignado a cada uno de los pirómetros Py1- Py3. El pirómetro Py2 está ajustado de modo central en el cordón de soldadura 3 y cubre con su región de medición, fundamentalmente, la región que se ha de fundir del cordón de soldadura 3 lo más cerca posible al punto de contacto del rodillo de soldadura 2, mientras que los otros dos pirómetros Py1, Py3 cubren con sus regiones de medición las zonas contiguas de influencia térmica 6, 7. Es importante que la relación espacial entre las regiones de medición de los pirómetros individuales Py1-Py3 y el rodillo de soldadura 2 se mantengan durante el proceso de medición. En un ajuste realizado una vez antes de la medición, se mantiene esta relación ya que los pirómetros Py1-Py3 son llevados por el brazo 1 del rodillo de soldadura 2. En la Figura 3 está representado, de modo muy exagerado, que en el caso de una cinta pasante, la zona de influencia térmica 7 opuesta al extremo de la banda de la parte de la salida, contigua al cordón de soldadura 3 o bien a la región fundida, se hace más ancha en la dirección de soldadura, mientras que se hace más estrecha la zona de influencia térmica 6 opuesta al comienzo de la cinta en la parte de la entrada. Esto se explica porque en la máquina de soldadura, por medio de la limitación de las chapas que se han de soldar, la región de solape en la dirección de soldadura aumenta linealmente de modo continuo, y con ello influye en la entrada de calor. Para ello, en el diagrama de la Figura 4 está representada la evolución temporal de la temperatura para un cordón de soldadura sin errores y para un ajuste de la máquina sin errores. Tal y como se puede reconocer, aumenta la temperatura para el pirómetro Py3, y se reduce para el pirómetro Py1. El valor medio es fundamentalmente el mismo, y se encuentra en el in- 3

4 5 ES T tervalo de tolerancia que va, por ejemplo, de 600 a 700ºC. Las dos evoluciones de los valores medidos de temperatura se cortan. Con ello se cumplen dos criterios fundamentales para un cordón de soldadura sin errores. También la temperatura medida por el pirómetro 2 del centro del cordón tiene una evolución continua, y en concreto, es fundamentalmente constante. Con ello se cumple otro criterio para un cordón sin errores. Incluso un aumento de la temperatura ligero y continuo no sería crítico, ya que éste se debería a que durante la soldadura aumenta la temperatura del rodillo de soldadura. El diagrama de la Figura 5 muestra una evolución que se encuentra en el intervalo de tolerancia de las temperaturas medidas por los pirómetros 1 y 3, ante todo con una temperatura central que se encuentra en el intervalo de tolerancia y también un punto de corte de las evoluciones de temperatura, si bien éstos, comparados con los del diagrama de la Fig. 4, son muy inestables, lo que apunta a un cordón de soldadura con errores, si bien todavía no es algo inequívoco. Sin embargo, si que es inequívoco para un error la evolución errática de la temperatura medida por el pirómetro Py2 hacia el final del cordón de soldadura. Esto se debe a un error de la máquina, y en concreto a un rodillo de soldadura suelto. Esto lleva a un cordón con errores, que se rompe en el experimento de flexión. En el diagrama de la Figura 6, tanto la temperatura para el cordón de soldadura 3 como el valor medio de la temperatura para las zonas de influencia térmica 6, 7 contiguas al cordón de soldadura 3 se encuentran por debajo de los umbrales de 800 o bien 600ºC. Éstos son señales de un cordón de soldadura que no es correcto. El hecho de pasar por debajo del umbral de 600ºC es una señal de un riesgo de rotura en aumento del cordón de soldadura. La evolución temporal de la temperatura tanto en el cordón de soldadura como en las zonas de influencia térmica contiguas en el diagrama de la Figura 7 se desvía completamente de las evoluciones prefijadas del valor teórico. Estas evoluciones son típicas de un solape insuficiente o de un entrecruzamiento de las chapas que han de ser unidas entre sí. En un experimento de flexión de una probeta de este tipo se originaría una rotura. En el diagrama de la Figura 8, las evoluciones temporales de la temperatura tanto para el cordón de soldadura como para las zonas de influencia térmica contiguas se encuentran por encima de la tolerancia, y oscilan muy intensamente. Con oscilaciones de temperatura de esta intensidad no se puede conseguir ningún cordón de soldadura perfecto. La corriente de soldadura que se encuentra por encima de la tolerancia con picos es característica de aglomeraciones y adherencias de material del rodillo de soldadura. En este caso, un remedio es el cambio del rodillo de soldadura

5 7 ES T3 8 REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para la comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por rodillos (3) de chapas (4, 5) unidas entre sí, en el que a) con un primer pirómetro (Py2) se registra la temperatura de una región de medición mantenida en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentra sobre el cordón de soldadura, caracterizado porque b) al mismo tiempo, con un segundo y un tercer pirómetro (Py1, Py3) se registran las temperaturas de regiones de medición mantenidas en una relación geométrica fija respecto al lugar de soldadura que se desplaza y que se encuentran directamente una junto a la otra y a ambos lados del cordón de soldadura (3) en el exterior de su zona de fusión, que están dispuestas en las zonas (6, 7) influidas por el calor de soldadura, c) y se evalúan los valores de medición de la temperatura de los pirómetros individuales, respectivamente, por medio de la comparación con valores teóricos correspondientes y considerando patrones de evolución característicos de la temperatura para cordones de soldadura cualitativamente perfectos, y adicionalmente los del segundo y el tercer pirómetro se evalúan por medio de la comparación de sus evoluciones, diferenciándose los errores según diferentes tipos. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo y el tercer pirómetro están posicionados y ajustados respecto al cordón de soldadura de tal manera que en el caso de cordones de soldadura sin errores, las evoluciones de los valores medidos de temperatura tienen un punto de corte. 3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque en la evaluación a partir de los valores medidos de temperatura del segundo y tercer pirómetro (Py1, Py3) se conforma un valor medio. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las regiones de medición tienen un diámetro medio de 3 a 5 mm. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las regiones de medición del segundo y tercer pirómetro (Py2, Py3) son igual de grandes. 6. Dispositivo de medición para la comprobación en línea de la calidad de un cordón de soldadura por rodillos (3) de chapas (4, 5) que han de ser unidas entre sí para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque un soporte (1) para un rodillo de soldadura (2) de una máquina de soldadura de cordón por rodillos presenta tres pirómetros (Py1, Py2, Py3), de los que uno de ellos (Py2) se puede ajustar al cordón (3) que se ha de soldar, y los otros dos se pueden ajustar a las zonas de influencia térmica (6, 7) contiguas al cordón de soldadura (3), y que entregan a un dispositivo de evaluación e indicación (8) sus valores medidos de temperatura que son registrados de las regiones de medición que se encuentran directamente una junto a otra y a ambos lados del cordón de soldadura, fuera de su zona de fusión. 7. Dispositivo de medición según la reivindicación 6, caracterizado porque el dispositivo de evaluación e indicación (8), dependiendo del valor medido de temperatura del pirómetro (Py2) genera para el cordón de soldadura (3) una señal de comienzo/parada para la evaluación del valor medido

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