BRPI0707770A2 - mÉtodo para soldar componentes - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA SOLDAR COMPONENTES. A presente invenção refere-se a um método de soldar componentes, em particular, trocadores de calor, em particular, formados de materiais de alumínio, ligas de alumínio ou ligas forjadas, em um forno de soldagem, em particular, um forno de soldagem contínua ou um forno de soldagem do tipo por lotes, que compreende uma muf la, que é inflamada com gás protetor a fim de criar uma atmosfera protetora. A fim de facilitar a produção de componentes soldados, durante a solda dos componentes, a mufla é suprida com uma quantidade grandemente maior de gás, em particular, gás protetor ou gás de reação, em que é criada uma atmosfera protetora de baixo teor de oxigénio.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA SOLDAR COMPONENTES".

A presente invenção refere-se a um processo para soldar com-ponentes com solda forte, em particular, trocadores de calor, em particular,formados de materiais de alumínio, ligas de alumínio ou ligas forjadas, emum forno de soldagem forte, em particular, um forno de soldagem forte con-tínuo ou um forno de soldagem forte do tipo por lotes, que compreende umamufla que é inflamada com gás de blindagem a fim de criar uma atmosferade gás de blindagem.

A soldagem forte de trocadores de calor de alumínio é realizadausando fundente em fornos que são conhecidos como fornos contínuos degás de blindagem. Na região da mufla do forno, a atmosfera do forno entreuma abertura de entrada e uma abertura de saída tem um teor de oxigêniode aproximadamente 500 ppm na região de entrada e de aproximadamente40 ppm na região que é denominada de região de soldagem forte. Com estetipo de teor de oxigênio na atmosfera do forno, a soldagem forte isenta defundente é difícil, quiçá impossível. Os fundentes são substâncias não-metálicas que se fundem antes de a temperatura de fusão da solda ser atin-gida e molhar a superfície a ser soldada com solda forte. Desta maneira,uma camada de oxido que se forma na superfície do alumínio e na atmosfe-ra de oxigênio é dissolvida ou impelida pelo ar. O fundente simultaneamenteimpede que a superfície seja reoxidada pelo oxigênio residual presente naatmosfera do forno. Processos de soldagem forte conhecidos que usam fun-dente incluem o processo Nocolok e o processo CAB (Soldagem Forte a At-mosfera Controlada). A aplicação do fundente é complexa e onerosa. Alémdisso, depois da soldagem forte, os componentes ainda incluem fundente, oque envolve uma operação de limpeza complexa, em particular, se foremusados fundentes clorídricos. Desvantagens adicionais de soldagem fortecom fundente incluem os custos do fundente, os custos de investimento e deoperação do dispositivo de fusão, o descarte de refugo, a poeira e a poluiçãoambiental, a secagem/aquecimento dos componentes depois da fusão, oscustos de energia, os custos de investimento e de operação do forno seco,as exigências de espaço, o fundente na superfície das peças a trabalhar,resíduos de fundente na circulação de meios. A Patente Européia EP 0 781623 B1 descreveu um processo para produzir trocadores de calor de alumí-nio soldado com solda forte no qual trocadores de calor específicos são par-cialmente soldados com solda forte sem fundente nos fornos CAB.

Também é possível que os trocadores de calor de alumínio se-jam soldados com solda forte sob um vácuo em fornos de vácuo de câmaraúnica ou de múltiplas câmaras. Neste caso, o revestimento de óxido que es-tá presente é rompido como resultado da diferente expansão térmica de óxi-do de alumínio e de metal puro e da evaporação do magnésio da solda e domaterial de base em altas temperaturas. Através da evacuação do receptá-culo, o oxigênio é afastado das peças a serem soldadas com solda forte.Esta baixa concentração de oxigênio no sistema do forno impede que a su-perfície exposta dos materiais de base e a superfície da solda derretida se-jam cobertas com um novo revestimento de óxido durante a soldagem forte.Contudo, a soldagem forte sob um vácuo exige facilidades de soldagem fortetecnicamente complexas e, portanto, relativamente onerosas. Além disso, aspeças a serem soldadas com solda forte têm que estar absolutamente lim-pas, o que pode apenas ser assegurado por um pré-tratamento oneroso.Desvantagens adicionais da soldagem forte a vácuo são os altos gastos comserviços e manutenção e as altas demandas impostas sobre a qualidade desuperfície e precisão dimensional dos componentes.

É um objetivo da invenção o de prover um processo que simplifi-que a produção de componentes soldados com solda forte, em particular, detrocadores de calor, em particular, formados de materiais de alumínio, ligasde alumínio ou ligas forjadas, em um forno de soldagem forte, em particular,um forno de soldagem forte contínua ou um forno de soldagem forte do tipopor lotes, que compreende uma mufla que é inflamada com gás de blinda-gem a fim de criar uma atmosfera de gás de blindagem.

Em um processo para a soldagem forte de componentes, emparticular, de trocadores de calor, em particular, formados de materiais dealumínio, ligas de alumínio ou ligas forjadas, em um forno de soldagem forte,em particular, um forno de soldagem forte contínuo ou um forno de solda-gem forte do tipo por lotes, que compreende uma mufla que é inflamada comgás de blindagem a fim de criar uma atmosfera de gás de blindagem, o obje-tivo é alcançado pelo fato de, durante a soldagem forte dos componentes, amufla de forno de soldagem forte ser suprida com tal quantidade grande-mente excessiva de gás, em particular, gás de blindagem ou gás de reação,em que é criada uma atmosfera de gás de blindagem de baixo teor de oxi-gênio. O suprimento da quantidade grandemente excessiva de gás de blin-dagem aperfeiçoa a atmosfera de gás de blindagem de tal modo que oscomponentes possam ser soldados com solda forte sem a adição de funden-tes. O processo, de acordo com a invenção, é preferivelmente usado emfornos que são conhecidos como fornos contínuos a gás de blindagem. Nocontexto da invenção, é possível, embora não necessário, a completa exe-cução sem o uso de fundentes. É possível parcialmente acrescentar funden-te sobre ou no componente sem qualquer efeito adverso nas regiões docomponente que são soldadas com solda forte sem o uso de fundente.

Quando do uso de soldagem forte a vácuo, o alto vácuo para ossistemas de forno a vácuo envolve um nível muito alto de despesa técnica.Por isso, sistemas de forno a vácuo têm um custo de compra muito elevadoe uma operação complexa. Altas demandas são também impostas sobre apureza da superfície dos componentes que devem ser soldados com soldaforte com referência a substâncias contaminantes (sujeira, poeira, aparas,camadas de oxido, resíduos e vestígios de meios de fabricação).

As desvantagens de se usar fundentes para soldar alumínio comsolda forte variam de acordo com o sistema de fundente usado. Em geral, aaplicação do fundente constitui uma etapa adicional na cadeia de fabricação,envolvendo despesas com o equipamento e o pessoal de operação. Despe-sas correspondentes com a segurança e o ambiente estão envolvidas naproteção dos trabalhadores e do ambiente contra o líquido de fundente, anévoa de fundente, a pulverização de fundente ou o vapor de fundente. Ime-diatamente depois da operação de soldagem forte, fundentes corrosivos, taiscomo, por exemplo, fundentes clorídricos, têm que ser removidos do troca-dor de calor novamente, com muitas despesas e com grande cuidado, já queeles atacam o material e os pontos de conexão do trocador de calor fabrica-do devido a sua ação corrosiva, prejudicando assim o funcionamento técnicodo trocador de calor.

Fundentes não-corrosivos especiais, tal como o fundente de No-colok, exigem uma atmosfera de gás de blindagem com uma concentraçãode oxigênio residual muito baixa, preferivelmente de menos de 200 ppm deoxigênio, para funcionar. Isto é apenas possível em uma atmosfera que édifícil de ser produzida e que é constantemente monitorada e reajustadadentro de um sistema de forno fechado inundado com gás de blindagem emnitrogênio. Um forno de soldagem forte deste tipo é conhecido como um sis-tema CAB (Soldagem Forte a Atmosfera Controlada).

A faixa de temperatura na qual o fundente é ativo tem que cobrira faixa de trabalho da solda que é usada. Se a solda e o fundente não foremcuidadosamente combinados, a soldagem forte não será possível. A duraçãode atividade de fundentes é limitada, e, conseqüentemente, a operação desoldagem forte terá que ser concluída dentro de uma janela de tempo estrei-ta. Quando do uso de fundentes, mesmo pequenos teores de magnésio nasligas dos componentes levam a uma deterioração na soldabilidade. Isto éatribuível primeiramente à taxa de oxidação de materiais com magnésio a-crescentado que é três vezes maior em comparação com os materiais isen-tos de magnésio e, em segundo lugar, ao fato de óxidos simples e comple-xos de magnésio que são formados, tal como oxido de magnésio (MgO) eoxido de alumínio de magnésio (MgAI2O4)1 apresentarem apenas uma baixasolubilidade no fundente. Além disso, estes óxidos de magnésio reagem como fundente e, por exemplo, no caso de Nocolok, formam fluoretos de magné-sio, que adicionalmente limitam grandemente a ação do fundente.

Entretanto, a necessidade de impedir a liga de magnésio que éconseqüentemente imposta como um resultado leva a desvantagens signifi-cativas nas propriedades das ligas de alumínio que são usadas em ternos deresistência à tensão e à corrosão.

Quando da soldagem forte de trocadores de calor, a invençãofaz uso das vantagens das técnicas da técnica anterior, solda forte a funden-te e soldagem forte a vácuo, sem ser submetida a suas desvantagens, emcombinação com o uso de materiais especiais. Ao mesmo tempo, o proces-so de soldagem forte, de acordo com a invenção, elimina todos os fundentese desvantagens associadas, tais como o trabalho extra, equipamento de fa-bricação adicional ou medidas de limpeza e proteção.

Além disso, o uso de ligas de aleta corrugada contendo magné-sio não mais constitui um problema para a fabricação de trocadores de calor,como era o caso quando do uso de sistemas de fundente. Como resultado, épossível usar ligas de alumínio com teores de magnésio de mais de 0,2% ede menos de 2,0%, preferivelmente de menos de 1,0%, para a soldagemforte isenta de fundente de trocadores de calor nos fornos CAB. Isto leva aaperfeiçoamentos significativos nas propriedades de resistência à tensão e àcorrosão dos materiais de alumínio usados. Ademais, com a limitação doselementos específicos no material de base e na solda, é possível se obterum aperfeiçoamento-alvo nas propriedades de umedecimento do material debase e/ou da solda. Os elementos que se mostram particularmente críticos,sob este aspecto, incluem o cobre (Cu), o ferro (Fe), o magnésio (Mg), ocromo (Cr), o titânio (Ti) e o Estrôncio (Sr). Embora um composto de soldaque pode ser suficiente sob certas condições possa ser obtido com o uso deum processo de soldagem forte controlado mesmo sem desenvolver as fai-xas preferidas listadas abaixo, não é economicamente apropriado se fazeristo, uma vez que não somente a atmosfera do forno supostamente apresen-ta teores de oxigênio de menos de 20 ppm, mas também o tempo de solda-gem forte tem que ser prolongado.

Para o processo de soldagem forte, de acordo com a invenção,é preferível usar um sistema de forno CAB (forno contínuo ou forno por lo-tes), no qual a soldagem forte pode ser realizada sem fundente e sem o usode um sistema de forno a vácuo complexo.

Uma concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o gás compreender pelo menos um gás nobre dooitavo grupo principal do sistema periódico dos elementos, hidrogênio, nitro-gênio, dióxido de carbono, monóxido de carbono, amônia e/ou produtos degás de craqueamento de gás natural.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de a mufla, durante a soldagem forte dos componentes,ser suprida com uma quantidade grandemente excessiva de gás em que oteor de oxigênio da atmosfera de gás de blindagem, em particular, em umaregião de entrada do forno de soldagem forte, está bem abaixo de 500 ppm(partes por milhão). O uso de uma quantidade maior de gás, em particular,nitrogênio, impede ou pelo menos grandemente reduz a penetração ou oaprisionamento de ar ou de seus componentes no forno de soldagem forte.

Outra concretização preferida do processo é caracterizada pelofato de a mufla, durante a soldagem forte dos componentes, ser suprida comuma quantidade grandemente excessiva de gás em que o teor de oxigênioda atmosfera de gás de blindagem, em particular, em uma região de solda-gem forte do forno de soldagem forte, é menor do que 50 ppm (partes pormilhão), em particular, significativamente menor do que 40 ppm (partes pormilhão). É particularmente preferível que a atmosfera de gás de blindagemou a atmosfera do forno de soldagem forte contenha menos de 30 ppm (par-tes por milhão) de oxigênio. O uso de uma maior quantidade de gás signifi-cativamente reduz a quantidade de substâncias de formação de oxido, talcomo oxigênio, na atmosfera de gás de blindagem.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o gás de blindagem, durante a soldagem forte, seraquecido acima da temperatura ambiente. Uma camada de óxido que podeestar presente é rompida durante este aquecimento. Como resultado dasfissuras, fendas ou superfícies isentas de óxido que são então formadas, épossível, por exemplo, que o magnésio de um material de núcleo e/ou umrevestimento de solda dos componentes alcance a superfície. O magnésioatua como um promotor de umedecimento na superfície.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de a temperatura almejada no forno de soldagem forteestar acima de 300 graus Celsius. Nesta temperatura almejada, o teor deumidade na atmosfera do forno de soldagem forte precisa ser levado emconsideração.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o ponto de orvalho na atmosfera do forno de solda-gem forte estar abaixo de menos 45 graus Celsius. Este valor provou serparticularmente vantajoso no contexto da presente invenção.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de, durante a fase de aquecimento no forno de solda-gem forte, um tempo mínimo de menos de três minutos ser usado em umafaixa de temperatura de 400 a 615 graus Celsius. Para a faixa de temperatu-ra de 400 a 615 graus Celsius, é particularmente preferível ajustar os temposde quatro a oito minutos. O perfil de tempo/temperatura, de acordo com ainvenção, no forno de soldagem forte aperfeiçoa ou permite o umedecimentoda solda.

Outra concretização preferida do processo é caracterizada pelofato de um valor característico SQ, que corresponde ao quociente formadopela divisão da quantidade de gás, em particular, a quantidade de gás deblindagem, pela seção transversal do forno de soldagem forte, ser ajustadopara ser maior do que 250 metros por hora. É particularmente preferível a-justar os valores entre 500 e 750 metros por hora para o valor característicoSO. É possível, mas não imperativo, ajustar um valor característico mais alto.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de um valor característico SQ, que corresponde aoquociente formado pela divisão da quantidade de gás, em particular, a quan-tidade de gás de blindagem, pelo volume aquecido do forno de soldagemforte, ser ajustado para ser maior do que 25 por hora. É particularmente pre-ferível ajustar valores de entre 45 e 70 por hora para o valor característicoSO. É possível, mas não imperativo, ajustar um valor característico mais alto.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de um valor característico SB, que corresponde aoquociente formado pela divisão do gás, em particular, a quantidade de gásde blindagem, pelo tamanho da área de superfície do componente, ser ajus-tado para ser menor do que 6 metros por hora. É particularmente preferívelajustar valores de menos de 1,5 metros por hora para o valor característicoSB.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de um valor característico SM, que corresponde aoquociente formado pela divisão da quantidade de gás, em particular, a quan-tidade de gás de blindagem, pelo tamanho da área de superfície interna demufla aquecida do forno de soldagem forte, ser ajustado para ser maior doque 3 metros por hora. É particularmente preferível ajustar valores de entre 6e 9 metros por hora para o valor característico SM. É possível, mas não im-perativo, ajustar um valor característico mais alto.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de um valor característico MB, que corresponde aoquociente formado pela divisão da área de superfície interna de mufla aque-cida pelo tamanho da área de superfície de componente, ser ajustado paraser menor do que 0,7. É particularmente preferível usar valores de menos de0,3 para o valor característico MB.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo serefere à soldagem forte de trocadores de calor que apresentam dispositivosde guia, em particular, aletas corrugadas, formados de um material de basede alumínio. É particularmente preferível que tubos e/ou discos dos trocado-res de calor consistam igualmente em exatamente um ou mais materiais debase de alumínio, em particular, o material de base de alumínio dos disposi-tivos de guia.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 1,2 por cento de silício. É particularmente preferível que omaterial de base de alumínio dos dispositivos de guia contenha 0,2 a 0,6 porcento de silício.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 0,7 por cento de ferro. É particularmente preferível que o ma-terial de base de alumínio dos dispositivos de guia contenha até 0,4 por cen-to de ferro.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 0,3 por cento de cobre.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 2,0 por cento, preferivelmente até 1,0 por cento, de manga-nês.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 1,0 por cento de magnésio. É particularmente preferível queo material de base de alumínio dos dispositivos de guia contenha até 0,5 porcento de magnésio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 0,5 por cento de cromo. É particularmente preferível que o material de base de alumínio dos dispositivos de guia contenha até 0,2 porcento de cromo.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 4,5 por cento, preferivelmente até 2,5 por cento, de zinco.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 0,2 por cento de titânio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 0,2 por cento de estanho.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 0,2 por cento de zircônio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia conter até 0,05 por cento de bismuto.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos deguia contêm até 0,05 por cento de estrôncio.

Uma concretização exemplificativa preferida do processo se re-fere à soldagem forte de trocadores de calor que apresentam tubos e/ou dis-cos formados de um material de base de alumínio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 1,2 por cento de silício.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 0,7 por cento de ferro. É particularmente preferível que o ma-terial de base de alumínio dos tubos e/ou discos contenha até 0,3 por centode ferro.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter de 0,1 a 1,2 por cento de cobre. É particularmente preferível queo material de base de alumínio dos tubos e/ou discos contenha de 0,3 a 0,8por cento de cobre.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 2,0 por cento de manganês.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 2,0 por cento, preferivelmente até 1,0 por cento, de magnésio.É particularmente preferível que o material de base de alumínio dos tubose/ou discos contenha de 0,1 a 0,3 por cento de magnésio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 0,5 por cento de cromo. É particularmente preferível que omaterial de base de alumínio dos tubos e/ou discos contenha até 0,2 porcento de cromo.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 5,0 por cento de zinco.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 0,3 por cento de titânio. É particularmente preferível que omaterial de base de alumínio dos tubos e/ou discos contenha até 0,1 porcento de titânio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 0,05 por cento de estanho.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 0,2 por cento de zircônio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 0,05 por cento de bismuto.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o material de base de alumínio dos tubos e/ou dis-cos conter até 0,05 por cento de estrôncio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo serefere à soldagem forte de trocadores de calor que apresentam dispositivosde guia, em particular, aletas corrugadas, e/ou tubos e/ou discos, que sãoprovidos com um revestimento de solda. É preferível que o revestimento desolda contenha principalmente alumínio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter de 6 a 20 por centode silício. É particularmente preferível que o revestimento de solda contenhade 7 a 11 por cento de silício.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 0,8 por cento deferro. É particularmente preferível que o revestimento de solda contenha até-0,2 por cento de ferro.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 1,0 por cento decobre. É particularmente preferível que o revestimento de solda contenha até-0,3 por cento de cobre.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 0,15 por cento demanganês.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 2,5 por cento demagnésio. É particularmente preferível que o revestimento de solda conte-nha até 0,2 por cento, preferivelmente até 0,1 por cento, de magnésio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 0,05 por cento docromo.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 4,5 por cento,preferivelmente até 4,0 por cento de zinco. É particularmente preferível queo revestimento de solda contenha até 2,0 por cento de zinco.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 0,2 por cento detitânio. É particularmente preferível que o revestimento de solda contenhaaté 0,1 por cento de titânio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 0,05 por cento deestanho.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 0,05 por cento dezircônio.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 0,3 por cento debismuto. É preferível que o revestimento de solda contenha até 0,1 por centode bismuto.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de o revestimento de solda conter até 0,2 por cento deestrôncio. É particularmente preferível que o revestimento de solda contenhaaté 0,05 de estrôncio.

O processo, de acordo com a invenção, é preferivelmente usadopara a soldagem forte de trocadores de calor que apresentam dispositivosde fluxo, em particular, tubos e/ou discos, e/ou dispositivos de guia, em par-ticular, aletas corrugadas, cada qual com ou sem revestimento de solda,formados de um ou mais materiais de base de alumínio.

É preferível que um dos materiais de base de alumínio contenhade 0,7 a 2 por cento, preferivelmente de 1 a 1,5 por cento, de manganês.Isto tem um efeito positivo sobre as propriedades mecânicas do material debase de alumínio.

A invenção se baseia na descoberta, entre outras coisas, de queum teor de ferro mais alto é prejudicial a um bom umedecimento do materialde núcleo com o material de solda, uma vez que precipitações de fer-ro/manganês inibidoras de umedecimento podem ser aparentemente forma-das. Por isso, é vantajoso que o material de base de alumínio contenha pelomenos 0,40 por cento, preferivelmente menos de 0,25 por cento, particular-mente preferivelmente menos de 0,20 por cento, de ferro. Um teor de ferrode mais de 0,20 por cento pode ser compensado por um tempo de soldagemforte maior, mas acima de cerca de 0,25 por cento de ferro, um perfil detemperatura pode ter que ser ligeiramente modificado durante a soldagemforte a fim de se atingir um bom resultado de soldagem forte.

Uma concretização exemplificativa preferida adicional do pro-cesso é caracterizada pelo fato de a mufla ser formada de um material demufla que compreende aço inoxidável. O material de mufla consiste preferi-velmente aço inoxidável 316L ou 316LL. Entretanto, também é possível usaroutro aço inoxidável que seja adequado para uso como um material de mu-fla. Todas as variantes típicas, tal como, por exemplo, um forno de soldagemforte de radiação pura, um forno com uma zona de pré-aquecimento de con-vecção acoplada a uma zona de radiação a jusante ou um forno tipo basea-do completamente na tecnologia de convecção, são adequadas com relaçãoao desenho do forno.

Outra concretização exemplificativa preferida do processo é ca-racterizada pelo fato de, durante uma fase de aquecimento no forno de sol-dagem forte, um tempo mínimo de pelo menos dois minutos ser usado emuma faixa de temperatura de menos 303,15 a menos 323,15eC (menos de30 a menos 50 Kelvin) antes da temperatura de solidificação da solda seratingida. Para a faixa de temperatura de menos 303,15 a menos 323,159C(menos 30 a menos 50 Kelvin) antes da temperatura de solidificação da sol-da ser alcançada, é particularmente preferível ajustar tempos de dois a cincominutos. Tempos de mais de seis minutos são também possíveis, mas nãoeconomicamente benéficos.

Vantagens, características, e detalhes da invenção ficarão evi-dentes a partir da seguinte descrição, na qual várias concretizações exempli-ficativas são descritas em detalhes com referência ao desenho, no qual:

a figura 1 mostra uma tabela apresentando materiais e soldasque podem ser preferivelmente usados no processo de acordo com a inven-ção.

A invenção se refere à soldagem forte de trocadores de calor dealumínio em fornos de soldagem forte contínuos de gás de blindagem. Umforno de soldagem forte contínuo de gás de blindagem compreende um alo-jamento que apresenta uma entrada e uma saída para componentes. A en-trada do alojamento para os componentes também é indicada como a zonade saída do forno de soldagem forte. A saída do alojamento para os compo-nentes também refere-se à zona de saída do forno de soldagem forte. Umamufla que é inflamada com gás de blindagem é formada entre a zona de en-trada e a zona de saída, no interior do forno de soldagem forte.Nos fornos de soldagem forte contínuos de gás de blindagemconvencional, em operação, uma atmosfera de forno com um teor de oxigê-nio de aproximadamente 500 ppm (partes por milhão) na zona de entrada ede aproximadamente 40 ppm na zona soldagem forte é usada na região damufla do forno entre a abertura de entrada e a abertura de saída. A solda-gem forte isenta de fundente não é possível com teores de oxigênio destenível na atmosfera do forno. De acordo com um aspecto significativo da pre-sente invenção, a atmosfera de gás de blindagem no forno de soldagem for-te é aperfeiçoada, com a adição grandemente aumentada do gás de blinda-gem, preferivelmente nitrogênio, de tal modo que os trocadores de calorpossam ser a ser soldados com solda forte sem a adição de fundentes.

A quantidade grandemente excessiva de nitrogênio cria no fornode soldagem forte uma atmosfera que têm um teor de oxigênio tão baixo quea soldagem forte dos componentes pode ser executada sem fundente. O usode uma maior quantidade de nitrogênio impede a penetração ou o aprisio-namento de ar ou de seus componentes no forno de soldagem forte. Destaforma, o nível de substâncias de formação de oxido, em particular, do oxigê-nio, no forno de soldagem forte pode ser significativamente reduzido.

No processo, de acordo com a invenção, é possível, embora nãonecessário, eliminar por completo o uso de fundentes. A dopagem do gás deblindagem entrante com fundente ou substâncias redutoras na forma sólida,líquida ou gasosa pode ser selecionada, conforme desejado. O alto nível deuso de gás de blindagem grandemente reduz ou virtualmente elimina a oxi-dação indesejável da superfície do alumínio durante o processo de solda-gem forte na faixa de temperatura acima da temperatura ambiente. Qualquercamada de óxido que possa estar presente é rompida durante o aquecimen-to. O magnésio que se origina do material de núcleo e/ou um revestimentode solda pode alcançar a superfície através das fissuras, fendas e/ou super-fícies isentas de óxido que são formadas. O magnésio na superfície atuacomo um promotor de umedecimento. Como uma alternativa ao magnésio,também é possível usar elementos dos grupos principais dois e cinco do sis-tema periódico dos elementos, individualmente ou em combinação com e emvárias misturas e concentrações.

O processo, de acordo com a invenção, tem a vantagem, entreoutras coisas, de os custos do fundente poderem ser economizados. Adicio-nalmente, é possível eliminar os custos de aquisição e operação de um dis-positivo de fusão. Ademais, os custos de descarte de refugo são reduzidos.Além disso, a poeira e a poluição ambiental são reduzidas. O aquecimentodos componentes para secagem depois da fusão pode ser também elimina-do. Isto consideravelmente reduz a despesa com energia que é exigida.

Para soldagem forte isenta de fundente, um nível de oxigênio demenos de 50 ppm é desejável acima de uma temperatura pretendida de 300graus Celsius no forno de soldagem forte. Além disso, o teor de umidade naatmosfera do forno de soldagem forte precisa ser levado em consideração.Um ponto de orvalho menor do que menos 45 graus Celsius é desejável naatmosfera de forno de soldagem forte. Ademais, devem ser observados osseguintes valores característicos.

Quantidade de gás de blindagem [M3 h(s.t.p.)]/seção transversaldo forno [m2] = valor característico SQ [m/h].

O valor característico SQ deve ser ajustado em > 250m/h. O va-lor deve normalmente ser ajustado entre 500 m/h e 750 m/h. É possível, masnão imperativo, ajustar um valor característico mais alto.

No contexto da presente invenção, a designação M (s.t.p.) serefere a medidores (temperatura e pressão padrões). Um medidor (tempera-tura e pressão padrões) indica 1,0 m em uma temperatura padrão de 20graus Celsius e uma pressão padrão de 0,1 MPa (1 bar).

Quantidade de gás de blindagem [m3 (s.t.p.)h]/volume do fornoaquecido [m3] = valor característico SO [1/h], O valor característico SO deveser ajustado em > 25 l/h. Valores de entre 45 1/h e 70 1/h deve ser otima-mente ajustados. É possível, mas não imperativo, ajustar um valor caracte-rístico mais alto.

Quantidade de gás de blindagem [m3 (s.t.p.)/h]/área de superfí-cie do componente [m2] = abreviação de valor característico SB [m/h]. O va-lor característico SB deve ser ajustado em < 6 m/h. Valores de < 1,5 mh de-vem ser otimamente ajustados.

Quantidade de gás de blindagem [m3 (s.t.p.)h]/área de superfícieinterna de mufla aquecida [m2] = valor característico SM [m/h]. O valor carac-terístico SM deve ser ajustado em > 3 m/h. Valores de entre 6 m/h e 9 m/hdevem ser otimamente ajustados. É possível, mas não imperativo, ajustarum valor característico mais alto.

Área de superfície interna de mufla [m2]/área de superfície docomponente [m2] = valor característico MB. O fator MB deve ser ajustado em< 0,7. O fator deve otimamente ser ajustado em < 0,30.

Nesta invenção, é possível, mas não imperativo, dispensar porcompleto o uso de fundente.

A adição parcial de fundente sobre ou no componente é possívele não tem qualquer efeito adverso nas regiões do componente que são sol-dadas com solda forte sem o uso de fundente. A dopagem do gás de blinda-gem entrante com fundente ou substâncias redutoras (sóli-das/l íquidas/gasosas) pode ser selecionada, conforme desejado. O alto nívelde gás de blindagem usado durante o processo de soldagem forte grande-mente reduz ou virtualmente elimina a oxidação adicional da superfície doalumínio na faixa de temperatura acima da temperatura ambiente. A camadade oxido que está presente é rompida durante o aquecimento. O umedeci-mento da solda nas superfícies é possível através das fissuras/fendas/áreasisentas de oxido que são formadas.

O umedecimento da solda é aperfeiçoado ou possível com o usode um perfil de tempo/temperatura adequado no forno de soldagem forte.Durante a fase de aquecimento no forno de soldagem forte, um tempo míni-mo de pelo menos 3 minutos tem que ser usado na faixa de temperatura de400 a 615 graus Celsius. É ótimo ajustar tempos de 4 a 8 minutos para afaixa de temperatura de 400 a 615 graus Celsius. A janela de tem-po/temperatura na faixa de temperatura de 400 a 615 graus Celsius é de-pendente de elementos de liga no material de base e revestimentos proteto-res e na solda. Elementos que influenciam o intervalo de tempo e/ou promo-vem o umedecimento da solda incluem, por exemplo, silício, cobre, estrôn-cio, bismuto, magnésio.

Durante a fase de aquecimento no forno de soldagem forte, éparticularmente preferível que um tempo mínimo de 2 minutos seja usado nafaixa de temperatura de menos 30 a menos 50 K antes de a temperatura desolidificação da solda ser alcançada. É ótimo usar tempos de dois a cincominutos para a faixa de temperatura de solidificação da solda de menos 30 amenos 50 K. Tempos acima de 6 minutos são também possíveis, mas nãoeconomicamente apropriados.

A vantagem de um tempo de residência específico no intervalode temperatura de solidificação da solda de menos 30 a menos 50 K é umfenômeno de difusão de elementos fora do material de núcleo no revesti-mento de solda e também a homogeneização da solda e do material de basecom relação às fases intermetálicas indesejáveis, que podem ser o efeito deinibir o umedecimento na região próxima à superfície.

Além disso, no contexto de certas combinações de materiais denúcleo e de solda, se um tempo de residência na faixa de temperatura desolidificação da solda de menos 30 a menos 50 K de pelo menos 2 minutosfor usado, a fusão parcial da solda terá sido observada. Isto significa quecertas frações da solda ficam líquidas mesmo antes das temperaturas co-nhecidas de solidificação da solda, por exemplo, de 577 graus Celsius paraAISiI 0. Isto facilita grandemente a ruptura mecânica das camadas de óxidona solda. A janela de tempo/temperatura na faixa de temperatura de solidifi-cação da solda de menos 30 a menos 50 K é, portanto, dependente de ele-mentos de liga no material de base e nos revestimentos protetores, bem co-mo na solda. Elementos que influenciam o intervalo de tempo e/ou influenci-am o umedecimento da solda incluem, por exemplo, silício, cobre, estrôncio,bismuto, magnésio e ferro.

Para os processos de soldagem forte, de acordo com a inven-ção, é particularmente preferível usar um sistema de forno CAB (forno contí-nuo ou forno por lotes), sobre ou no qual a soldagem forte pode ser execu-tada sem o uso de fundente e sem o uso de um sistema de forno de vácuocomplexo. A atmosfera de forno de soldagem forte necessária para alcançarjuntas soldadas com solda forte de boa qualidade deve conter menos de 50ppm de oxigênio ou igual, em particular, preferivelmente menos de 30 ppmde oxigênio.

A figura 1 compila uma tabela dos materiais e soldas que podemser usados para alcançar uma quantidade similar de juntas soldadas comsolda forte para a soldagem forte a vácuo ou soldagem forte CAB sob ascondições limítrofes descritas acima. As letras BM indicam o material de ba-se. As letras CF, aleta corrugada. A letra T indica tubo. As letras SP indicamrevestimento de solda. As letras TM indicam material do tubo.

Os materiais e as combinações de materiais mostrados na tabe-la permitem o uso de ligas com um perfil de propriedades que foi aperfeiçoa-do com a adição de magnésio e/ou adaptado a exigências específicas. Osaperfeiçoamentos com relação à resistência à tensão e à corrosão permitemque componentes mais resistentes e mais duráveis sejam produzidos ou quetrocadores de calor de peso mais leve sejam fabricados através de uma re-dução no material. No caso de produção isenta de fundente, despesas ex-tras, tais como instalações de fusão e de secagem e medidas para a prote-ção ambiental e dos empregados são eliminadas. A fabricação isenta defundente em um forno CAB pode ser implementada sem as facilidades técni-cas complexas de um forno a vácuo de câmara única ou de múltiplas câmaras.

Claims (21)

1. Processo para a soldagem forte de componentes, em particu-lar, isenta de fundente, em particular, de trocadores de calor, em particular,formados de materiais de alumínio, ligas de alumínio ou ligas forjadas, emum forno de soldagem forte, em particular, um forno de soldagem forte con-tínuo ou um forno de soldagem forte do tipo por lotes, que compreende umamufla que é inflamada com gás de blindagem a fim de criar uma atmosferade gás de blindagem, caracterizado pelo fato de a mufla, durante a solda-gem forte dos componentes, ser suprida com uma quantidade excessiva degás, em particular, gás de blindagem ou gás de reação, com base em um oumais valores característicos predeterminados, de modo a criar uma atmosfe-ra de gás de blindagem de baixo teor de oxigênio.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe-lo fato de o gás compreender pelo menos um gás nobre do oitavo grupoprincipal do sistema periódico dos elementos, hidrogênio, nitrogênio, dióxidode carbono, monóxido de carbono, amônia e/ou produtos de gás de craque-amento de gás natural.

3. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de a mufla, durante a soldagem forte dos componen-tes, ser suprida com uma quantidade grandemente excessiva de gás em queo teor de oxigênio da atmosfera de gás de blindagem, em particular, em umaregião de entrada do forno de soldagem forte, está bem abaixo de 500 ppm(partes por milhão).

4. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de a mufla, durante a soldagem forte dos componen-tes, ser suprida com tal quantidade grandemente excessiva de gás em que oteor de oxigênio da atmosfera de gás de blindagem, em particular, em umaregião de soldagem forte do forno de soldagem forte, é menor do que 50ppm (partes por milhão), em particular, significativamente menor do que 40ppm (partes por milhão).

5. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de a atmosfera de gás de blindagem, durante a sol-dagem forte, ser aquecida acima da temperatura ambiente.

6. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de a temperatura pretendida no forno de soldagemforte estar acima de 300 graus Celsius.

7. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de o ponto de orvalho na atmosfera de forno de sol-dagem forte estar abaixo de menos 45 graus Celsius.

8. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de, durante a fase de aquecimento no forno de sol-dagem forte, um tempo mínimo de não menos de três minutos ser usado emuma faixa de temperatura de 400 a 615 graus Celsius.

9. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de um valor SQ, que corresponde ao quociente for-mado pela divisão da quantidade de gás, em particular, a quantidade de gásde blindagem, pela seção transversal do forno de soldagem forte, ser ajusta-do para ser maior do que 250 metros por hora.

10. Processo, de acordo com a reivindicação, caracterizado pelofato de um valor SO, que corresponde ao quociente formado pela divisão daquantidade de gás, em particular, a quantidade de gás de blindagem, pelovolume aquecido do forno de soldagem forte, ser ajustado para ser maior doque 25 por hora.

11. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de um valor característico SB, que corresponde aoquociente formado pela divisão da quantidade de gás, em particular, a quan-tidade de gás de blindagem, pelo tamanho da área de superfície do compo-nente, ser ajustado para ser menor do que 6 metros por hora.

12. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de um valor característico SM, que corresponde aoquociente formado pela divisão da quantidade de gás, em particular, a quan-tidade de gás de blindagem, pelo tamanho da área de superfície interna demufla aquecida do forno de soldagem forte, ser ajustado maior do que 3 me-tros por hora.

13. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de um valor característico MB, que corresponde aoquociente formado pela divisão da área de superfície interna de mufla aque-cida pelo tamanho da área de superfície do componente, ser ajustado paraser menor do que 0,7.

14. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,para soldar trocadores de calor com solda forte que apresentam dispositivosde fluxo, em particular, tubos e/ou discos, e/ou dispositivos de guia, em par-ticular, aletas corrugadas, formados de um ou mais materiais de base dealumínio.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos de fluxo e/ou deguia conter até 0,40 por cento, preferivelmente até 0,25 por cento, particu-larmente preferivelmente até 0,20 por cento, de ferro.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracte-rizado pelo fato de o material de base de alumínio dos dispositivos de fluxoe/ou de guia conter de 0,7 a 2 por cento, preferivelmente de 1 a 1,5 por cen-to, de manganês.

17. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,para soldar trocadores de calor com solda forte que apresentam dispositivosde fluxo, em particular, tubos e/ou discos, e/ou dispositivos de guia, em par-ticular, aletas corrugadas, que são providos com um revestimento de soldaformado de um ou mais materiais de base de alumínio.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizadopelo fato de o material de base de alumínio do revestimento de solda conteraté 0,40 por cento, preferivelmente até 0,25 por cento, particularmente prefe-rivelmente até 0,20 por cento, de ferro.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracte-rizado pelo fato de o material de base de alumínio do revestimento de soldaconter de 0,7 a 2 por cento, preferivelmente de 1 a 1,5 por cento, de manga-nês.

20. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de a mufla ser formada de um material de mufla quecompreende aço inoxidável.

21. Processo, de acordo com uma das reivindicações anteriores,caracterizado pelo fato de, durante a fase de aquecimento no forno de sol-dagem forte, um tempo mínimo de pelo menos dois minutos ser usado emuma faixa de temperatura de menos 30 a menos 50 Kelvin antes de a tem-peratura de solidificação da solda ser alcançada.