IT9083342A1 - Procedimento di saldatura per travi metalliche e travi metalliche cosi' ottenute - Google Patents

Description

"PROCEDIMENTO DI SALDATURA PER TRAVI METALLICHE E TRAVI METALLICHE COSI' OTTENUTE"

RIASSUNTO

Procedimento di saldatura per travi metalliche, particolarmente per travi i cui elementi costitutivi devono essere ancorati essendo in reciproco posizionamento sostanzialmente ortogonale, detta saldatura venendo eseguita con l'applicazione di una testa di lavoro (19,119) a raggio laser (18), detta saldatura a raggio laser (18) venendo eseguita su elementi (15,16) di trave (10,11,12,13,14) preventivamente lavorati per presentare superfici di accoppiamento (20-21;24-25) sostanzialmente prismatiche, l’angolo (a) di detta prismaticità essendo tale che l'asse del raggio laser (18) giaccia sul piano (Π) contenente detto accoppiamento (20-21;24-25).

Travi metalliche idonee ad essere saldate in continuo mediante raggio laser (18) ed adottanti il procedimento di cui sopra, presentando elementi costitutivi (15,16) con parti di accoppiamento conformate prismatiche (20-21;24-25), detta prismaticità (a) essendo una funzione dei mezzi di saldatura laser (18,19,119) intervenenti nella saldatura.

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un procedimento di saldatura per travi metalliche.

Più in particolare, è oggetto del trovato un procedimento idoneo a concretizzare la saldatura continua delle parti componenti le travi metalliche per applicazione di un raggio laser.

Il procedimento del trovato viene vantaggiosamente applicato nell'unione di travi presentanti elementi disposti ortogonalmente l'un l'altro.

Sono altresì oggetto del trovato travi metalliche ottenute con il procedimento sopra esposto.

Il procedimento del trovato può essere anche applicato nella giunzione di elementi metallici diversi dalle travi.

TECNICA NOTA

Sono noti nello stato della tecnica procedimenti per la saldatura di travi metalliche, in particolare di travi aventi rilevanti dimensioni nel senso della lunghezza.

Quando si parla di travi metalliche, si intendono tutte quelle travi aventi conformazione ad I, quindi con un’anima e due piattabande, oppure a T, ad L, a C, a Z, dette travi appartenendo alla categoria generale delle travi con profilo aperto.

Sono qui comprese anche altre configurazioni di travi, quali ad esempio le cosiddette travi cassonate ovvero le travi aventi profilo chiuso.

Le travi sopra menzionate presentano due o più elementi tra loro ortogonali che devono essere l'un l'altro saldati per costruire la trave definitiva. Le saldature devono essere effettuate sia in posizioni laterali ed in corrispondenza ad un bordo esterno della/e piattabanda/e, come nel caso di travi ad L, a C, a Z, sia in posizioni centrali ed intermedie della/e piattabanda/e nel caso di travi ad I o a T.

Generalmente, le saldature sono del tipo ad arco sommerso, quindi con apporto di materiale, e vengono eseguite su apposite attrezzature.

Tali attrezzature presentano una o più teste saldanti comandate da idoneo meccanismo per spostarsi lungo la linea di giunzione.

A tale scopo, le teste saldanti vengono montate su carrelli spostabili su binari paralleli alle giunzioni da eseguire, ma può anche essere previsto che i pezzi da saldare vengano essi stessi movimentati per transitare in corrispondenza alle teste saldanti.

Sono pure noti sistemi di saldatura con raggio laser, senza apporto di materiale, particolarmente laser ad anidride carbonica (C02) o a neodimio in granato di alluminio e ittrio (YAG).

Il raggio laser, come noto, viene focalizzato mediante lenti o specchi su superfici minime, sulle quali vengono quindi realizzate elevate densità di potenza che portano praticamente tutti i materiali alla fusione.

Grazie alla suddetta concentrazione della potenza emessa dal raggio si possono ottenere giunzioni di elementi ad alta velocità in presenza di deformazioni irrilevanti sugli elementi stessi, contrariamente a quanto invece si verifica con gli altri sistemi di saldatura.

Il raggio laser, per essere focalizzato, presenta una conformazione terminale conica e viene protetto da una testa di lavoro, generalmente a conformazione prismatica, che ne concretizza l'applicazione sui pezzi da saldare.

Vengono impiegati anche dei gas inerti di protezione che evitano l'ossidazione della zona fusa e migliorano la trasmissione di energia ai pezzi da giuntare.

Il raggio laser, pur presentando i vantaggi suddetti, ha trovato applicazione a tuttoggi solo nella giunzione di testa di elementi metallici o nell'esecuzione di giunzioni sui bordi esterni di collegamenti ortogonali del tipo ad L, a C, a Z o simili.

Nella saldatura con raggio laser gli elementi da giuntare devono essere preventivamente lavorati con un certo grado di precisione; le altre tecniche di saldatura consentono, per le loro intrinseche caratteristiche, un relativo recupero in opera di eventuali imprecisioni presenti nei pezzi da giuntare.

I limiti applicativi del raggio laser sono dovuti alla conformazione terminale conica del raggio stesso e alla presenza della coordinata testa prismatica di lavoro che non consente una corretta localizzazione del raggio su giunzioni ortogonali interne, quali quelle da effettuarsi su travi metalliche ad I o a T.

DESCRIZIONE DEL TROVATO

La proponente ha studiato, sperimentato e realizzato un procedimento di saldatura con raggio laser idoneo a risolvere i problemi della tecnica nota.

Formano altresì oggetto del trovato travi metalliche ottenute con detto procedimento.

Il trovato è esposto nelle rivendicazioni principali .

Le rivendicazioni collegate illustrano diverse caratterizzazioni del trovato.

Il procedimento del trovato prevede che elementi di travi che devono essere reciprocamente saldati in posizione sostanzialmente ortogonale vengano preventivamente lavorati in modo opportuno.

Tale lavorazione consiste nella preparazione di detti elementi per un loro accoppiamento di tipo prismatico, ovvero l'estremità di uno degli elementi viene lavorata prismatica mentre nell'altro elemento viene ricavata una sede prismatica coniugata.

Dette lavorazioni prismatiche vengono generalmente ottenute tramite frese di forma conica, per cui nel linguaggio corrente tali lavorazioni prismatiche vengono comunemente indicate come lavorazioni coniche ed a tale terminologia faremo riferimento nel seguito della descrizione.

Dette lavorazioni possono quindi essere sia coniche che semiconiche, oppure di altro tipo ad esse riconducibile .

La conicità della lavorazione può avere ampiezza angolare variabile, ciò dipendendo dalle caratteri stiche tecniche dell'applicazione e da quelle del dispositivo laser utilizzato.

La conicità, qualsiasi essa sia, deve essere tale da consentire la corretta focalizzazione del raggio laser utilizzato, ovvero l'asse del cono costituito dal raggio laser deve giacere sul piano contenente le parti coniche da giuntare.

Detta lavorazione sugli elementi da accoppiare consente di far pervenire in corrispondenza alle zone di saldatura le usuali teste di saldatura laser.

Secondo una variante, con la saldatura a raggio laser può cooperare una tradizionale saldatura, ad esempio di tipo ad arco in gas inerte (CO2).

Queste ed altre peculiarità del trovato verranno meglio evidenziate nel seguito della descrizione.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Con riferimento alla tavola allegata, fornita a titolo esemplificativo non limitativo, abbiamo che: - la fig. 1 illustra alcuni tipi di travi su cui può essere applicato il procedimento del trovato;

- la fig. 2 illustra schematicamente una modalità operativa del procedimento secondo il trovato;

- la fig. 3 illustra schematicamente ingrandita la modalità operativa di fig. 2;

- la fig. 4 è una variante alla fig. 3;

- la fig. 5 è un'ulteriore variante del trovato.

DESCRIZIONE DEI DISEGNI

In fig. 1 sono illustrati alcuni tipi di travi metalliche di uso corrente alle quali può essere applicato il procedimento del trovato.

Dette travi sono indicate, nell'ordine, con 10 quelle ad I, con 11 quelle a T rovesciato, con 12 quelle ad L, con 13 quelle a C, con 14 quelle a Z. Detti tipi di travi presentano un elemento ad anima 15 ed almeno una piattabanda 16 che devono essere reciprocamente collegati ortogonalmente tramite saldatura da effettuarsi sui quattro lati dell'anima 15 e per tutta la lunghezza di ciascuna trave.

In fig. 1 le saldature sono indicate con 17 e rappresentano il tipo utilizzato nello stato della tecnica, ovvero con riporto di materiale.

In fig. 2 è illustrato uno schema applicativo del trovato per una trave ad I 10.

Le saldature da effettuarsi con un raggio laser, indicato schematicamente con un cono 18, vengono effettuate senza riporto di materiale ed in continuo su tutta la lunghezza della trave 10, in corrispondenza all'unione ortogonale tra anima 15 e piattabande 16 nell'intorno della mezzeria di queste ultime.

La saldatura viene eseguita con una testa di lavoro 19, eventualmente in cooperazione con un'analoga testa speculare 119.

La testa di lavoro 19, 119 ha una conformazione terminale vantaggiosamente prismatica per proteggere e portare il raggio laser 18 in corrispondenza alla zona di saldatura.

L'anima 15 è provvista di estremità 20 conformate coniche per cooperare con coniugata sede conica 21 presente su ciascuna piattabanda 16.

Dette estremità 20 e sede 21 vengono preventivamente preparate, ad esempio tramite semplice operazione di fresatura, sugli elementi 15 e 16 da accoppiare.

La testa di lavoro 19, 119 viene dotata di opportuni sensori di autoposizionamento per compensare, durante l'esecuzione delle saldature, gli eventuali errori di lavorazione presenti sugli elementi 15 e 16 accoppiati.

Le parti coniche 20 e 21 possono anche subire un'operazione di finitura superficiale prima del reciproco accoppiamento.

La conicità a della lavorazione conica degli elementi 15 e 16 è una funzione della conicità del raggio laser 18 e delle condizioni di applicazione di quest'ultimo.

La conicità (X deve comunque essere tale che l'asse 22 del cono costituito dal fascio laser 18 giaccia sul piano di saldatura Π, ovvero sul piano contenente le parti coniche 20, 21.

II fuoco del fascio laser 18 può cadere sia all'interno che all'esterno della lunghezza 1 di accoppiamento fra dette parti coniche 20, 21, ciò in funzione delle esigenze tecnologiche della saldatura da eseguire.

Nell'esempio di fig. 3 sono illustrate due superfici 20 specularmente uguali, alla pari delle coniugate due superfici 21.

E' previsto che le due superfici 20 possano essere tra loro differenziate, sia in lunghezza 1 sia in angolazione a alla pari delle coniugate superfici 21 .

La proponente ha sperimentato che con il procedimento del trovato può essere saldato con eccellenti risultati qualsiasi tipo di trave metallica usualmente utilizzata nelle correnti applicazioni tecniche.

A titolo esemplificativo, si può indicare che sono state saldate travi con 1 nell'intorno di 10 mm e a nel campo da 10° ■+· 15°, essendo lo spessore dell'anima 15 intorno a 17 ■+■18 mm mentre quello delle piattabande 16 era variabile a piacere, avendo disponibile un dispositivo laser da 5 Kw di potenza in uscita ed una velocità di spostamento in saldatura della testa di lavoro 19, 119 nell'ordine di 1 m/min.

In fig. 4 è illustrata una possibile variante al procedimento delle figure precedenti, secondo la quale, alla saldatura con laser precedentemente descritta ed in particolari condizioni applicative, può essere aggiuntivamente deposto un leggero cordone di saldatura 23, di tipo tradizionale, per motivi di carattere eccezionale ed eventualmente di ordine estetico, ovvero per finitura superficiale. Nella variante illustrata in fig. 5 viene mostrata una soluzione, adottabile in particolare per anime 15 di spessore limitato oppure nel caso di travi cassonate, secondo la quale detta anima 15 viene conformata terminalmente con un'estremità semiconica 24, congiuntamente ad una coniugata sede semiconica 25 presente sulla piattabanda 16.

La saldatura con il raggio laser 18 può essere eseguita in questo caso su un lato dell'accoppiamento 15-16.

Secondo un'altra variante, sull'altro lato dell’accoppiamento può anche essere eseguita la tradizionale saldatura 17 con riporto di materiale.

Si sono qui descritte alcune realizzazioni preferenziali del trovato, ma è evidente che per un tecnico del ramo sono possibili altre varianti senza per questo uscire dall'ambito del trovato come rivendicato.

Claims (1)

1 - Procedimento di saldatura per travi metalliche, particolarmente per travi i cui elementi costitutivi devono essere ancorati essendo in reciproco posizionamento sostanzialmente ortogonale, detta saldatura venendo eseguita con l'applicazione di una testa di lavoro (19,119) a raggio laser (18), caratterizzato dal fatto che detta saldatura a raggio laser (18) viene eseguita su elementi (15,16) di trave (10,11,12,13,14) preventivamente lavorati per presentare superfici di accoppiamento (20-21;24-25) sostanzialmente prismatiche, l'angolo (a) di detta prismaticità essendo tale che l'asse del raggio laser (18) giaccia sul piano (Π) contenente detto accoppiamento (20-21/24-25). 2 - Procedimento come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto angolo (a) ha ampiezza variabile. 3 - Procedimento come alla rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la lunghezza (1) di accoppiamento ha estensione variabile. 4 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il fuoco del raggio laser (18) cade all'interno della lunghezza (1) di accoppiamento. 5 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti fino a 3, caratterizzato dal fatto che il fuoco del raggio laser (18) cade all'esterno della lunghezza (1) di accoppiamento. 6 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette superfici di accoppiamento (20-21) presentano ciascuna due parti specularmente uguali. 7 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti 3, caratterizzato dal fatto che dette superfici di accoppiamento (20-21) presentano ciascuna due parti tra loro differenziate almeno in lunghezza (1). 8 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti 3, caratterizzato dal fatto che dette superfici di accoppiamento (20-21) presentano ciascuna due parti tra loro differenziate almeno in angolazione (et). 9 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti fino a 5, caratterizzato dal fatto che dette superfici di accoppiamento (24-25) presentano una sola parte in accoppiamento. 10 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che con le saldature a raggio laser (18) possono cooperare saldature aggiuntive di finitura (23). 11 - Procedimento come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che con la saldatura a raggio laser (18) coopera una saldatura a riporto di materiale (17). 12 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le teste di lavoro (19,119) a raggio laser (18) presentano sensori di autoposizionamento. 13 - Procedimento come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che possono essere eseguite più saldature a raggio laser (18) contemporaneamente. 14 - Travi metalliche idonee ad essere saldate in continuo mediante raggio laser (18) ed adottanti il procedimento di cui alle rivendicazioni precedenti, caratterizzate dal fatto che presentano elementi costitutivi (15,16) con parti di accoppiamento conformate prismatiche (20-21;24-25), detta prismaticità (a) essendo una funzione dei mezzi di saldatura laser (18,19,119) intervenenti nella saldatura.