EP2763813A1 - Materiau de soudure pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'echangeurs de chaleur pour gaz - Google Patents

Materiau de soudure pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'echangeurs de chaleur pour gaz

Info

Publication number
EP2763813A1
EP2763813A1 EP12786853.7A EP12786853A EP2763813A1 EP 2763813 A1 EP2763813 A1 EP 2763813A1 EP 12786853 A EP12786853 A EP 12786853A EP 2763813 A1 EP2763813 A1 EP 2763813A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solder material
stainless steel
niobium
welding
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12786853.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benjamin Gracia
Carmen LARROSA LACUEY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Termico SA
Original Assignee
Valeo Termico SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Termico SA filed Critical Valeo Termico SA
Publication of EP2763813A1 publication Critical patent/EP2763813A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3033—Ni as the principal constituent
    • B23K35/304—Ni as the principal constituent with Cr as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/058—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/11—Manufacture or assembly of EGR systems; Materials or coatings specially adapted for EGR systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/32—Liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/082—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys
    • F28F21/083—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/089—Coatings, claddings or bonding layers made from metals or metal alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/163—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing
    • F28D7/1638—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with conduit assemblies having a particular shape, e.g. square or annular; with assemblies of conduits having different geometrical features; with multiple groups of conduits connected in series or parallel and arranged inside common casing with particular pattern of flow or the heat exchange medium flowing inside the conduits assemblies, e.g. change of flow direction from one conduit assembly to another one

Definitions

  • the present invention relates to a welding material for stainless steel components.
  • the welding material of the invention is particularly applicable to the furnace welding of exhaust gas recirculation exchangers (EGRC).
  • EGRC exhaust gas recirculation exchangers
  • the two heat exchanging media are separated by a partition.
  • the heat exchanger itself may have different configurations: for example, it may consist of a carcass inside which are arranged a series of parallel tubes for the passage of gases, the coolant circulating in the carcass around the tubes; in another embodiment, the exchanger comprises a series of parallel plates which constitute the heat exchange surfaces, so that the exhaust gas and the cooling liquid circulate between two plates in alternating layers.
  • the junction between the tubes and the carcass can be of different types.
  • the tubes are fixed at their ends between two support plates coupled to each end of the carcass, the two support plates having a plurality of orifices for the introduction of the respective tubes. Said support plates are in turn attached to connecting means to the recirculation line.
  • connection means may consist of a V-shaped connection or a peripheral rim connection or flange, according to the design of the recirculation pipe where the exchanger is assembled.
  • the support plate is integrated in one piece with the connecting means, thus forming a single connecting flange.
  • the connection means may also consist of a gas deposit disposed at one or both ends of the carcass.
  • EGR heat exchangers are made of metal, generally made of austenitic stainless steel, in most cases AISI 304.
  • a very common welding material for welding is the Ni620 alloy, according to the new ISO 17672: 2010 standard, and called BNi2 (by AWS), which contains boron.
  • This alloy is economical and is the most used for baking stainless steel heat exchangers, especially for vacuum furnace welding.
  • the components of the heat exchanger are increasingly being manufactured in countries where the cost of manufacture is lower. However, there are sometimes problems because the components are not always welded satisfactorily.
  • the problem that has been detected is that the Ni620 solder material does not wet the surface of the component to be welded and does not extend, so that the resulting soldering is unsatisfactory, hence a risk leaks.
  • the composition of the N1620 solder material comprises: 6-8% chromium, 4-5% silicon, 2.75-3.5% boron, 2.5-3.5% iron, and the balance nickel.
  • the baking is good enough for the majority of the tubes, but if some tubes or even a single tube are not welded partially or totally, the result final is a leak.
  • this problem is related to the annealing process of the components during their manufacture.
  • the manufacturer of these components uses continuous furnaces with an atmosphere of a mixture of nitrogen and hydrogen from an ammonia cracking process.
  • austenitic stainless steel alloys can include up to 0.11% nitrogen, but can not be completely avoided due to the refining process. 'steel.
  • the nitrogen reacts with the boron contained in the Ni620 solder material and results in the problem of forming boron nitrides, which have a negative effect on the oven welding.
  • the nitrogen is difficult to analyze and is generally not indicated in the material certificate, and according to the analytical technique, whether volumetric, spectroscopic or similar, different results are obtained.
  • SEM microscope it was found, in the components analyzed, the presence of superficial nitrogen near the drop of solder material which has not been sufficiently extended. Sometimes, using a SEM microscope, in some cases local nitrogen was detected around 10, reacting with boron.
  • niobium When carbon and nitrogen are present, niobium reacts first with carbon to form NbC, then niobium reacts with nitrogen to form NbN.
  • Ni620 solder material can have as impurities up to 0.06% carbon.
  • impurities up to 0.06% carbon.
  • AISI 304 type steel with ⁇ 0.08% carbon and a maximum of 0.11% nitrogen it would be necessary to have a quantity of at least 1.81% of niobium.
  • Spanish patent application No. 2351281 discloses a gas heat exchanger made of stainless steel, which comprises a ferritic stainless steel flange united to the core of the oven-baked heat exchanger. a solder material made from an alloy that comprises boron.
  • the ferritic stainless steel of the flange further comprises a percentage of niobium capable of reacting with the nitrogen contained in the own ferritic stainless steel, forming nitrides of niobium, so that the nitrogen is not allowed to react. with the boron of the solder material.
  • the object of the stainless steel component welding material, particularly for the furnace welding of gas heat exchangers, of the present invention is to overcome the disadvantages of solder materials known in the art by providing a solder material having adequate wettability, and without the need to modify the stainless steel material of the components to be welded.
  • the welding material for stainless steel components in particular for furnace welding of gas heat exchangers, object of the present invention, is of the type which is manufactured in an alloy which comprises boron, and is characterized by the it comprises a percentage of niobium capable of reacting with the nitrogen contained in the own stainless steel of the components to be welded, being capable of forming nitrides of niobium and thus avoiding that the nitrogen reacts with the boron of the material of welding.
  • the chemical composition of the solder material comprises, by weight, from 6 to 8% of chromium, from 4 to 5% of silicon, from 2.75 to 3.5% of boron, 2.5 to 3.5% iron and 0.5 to 4% niobium.
  • the weight percentage of niobium added is 2%.
  • the solder material may include up to 20% chromium by weight in order to improve the corrosion resistance.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal section of a conventional heat exchanger assembled and welded in the oven.
  • Figure 2 is a partial perspective view of a metal core welded with a connection flange.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate a heat exchanger 1 EGR made of stainless steel which comprises a core consisting of a bundle of tubes 2 arranged inside a carcass 3, intended for the circulation of gases with heat exchange with a cooling fluid, a connection flange 4 to the recirculation line, and inlet connection lines 5 and outlet 6 of the cooling fluid.
  • said heat exchanger also comprises a gas tank 7 for the return of gases.
  • Said components 2 to 7 of the exchanger 1 are assembled together and soldered by welding with a solder material 8 made of an alloy which comprises boron.
  • the solder material 8 used is preferably Ni620, also referred to as BNi2, which is widely used for the furnace-welding of EGR heat exchangers, as it is suitable for most vehicle manufacturers' specifications. , being more economical and very easy to use.
  • materials such as 1.4301 (AISI 304) austenitic stainless steel alloys may include up to 0.11% nitrogen, but it is not possible to avoid it completely because of the process. refining of steel.
  • the problem encountered in the state of the art during the oven welding process is that the nitrogen reacts with the boron contained in the Ni620 solder material, making it difficult to weld the parts to be assembled.
  • the nitrogen is difficult to analyze and is generally not indicated in the material certificate, and according to the analytical technique, whether volumetric, spectroscopic or similar, different results are obtained. Using an SEM microscope, it is possible, in some cases, to detect local nitrogen at around 10%, reacting with boron.
  • the solder material 8 of the present invention comprises a percentage of niobium capable of reacting with the nitrogen contained in the own stainless steel, forming niobium nitrides, and thus preventing the nitrogen from reacting with the nitrogen. boron of the solder material 8.
  • niobium in steel is advantageous for baking when nitrogen is present in the steel.
  • the solder material comprises the Ni620 standard alloy with an addition of 2% niobium.
  • the baking is improved compared to the standard alloy N620.
  • the chemical composition of the solder material of the invention comprises, by weight:
  • the solder material can contain up to 20% chromium to improve corrosion resistance.
  • the test was carried out with tubes 2 of gas. Firstly, small drops of standard Ni620 solder material are placed on the surface of the tube 2. Said drops have a size of about 2 mm in diameter. The tube 2 is then placed and welded in the furnace by means of a standard cycle of furnace welding in production.
  • solder material wets satisfactorily, it extends widely over the surface. However, if the base material of the component is contaminated with nitrogen, the solder material does not wet satisfactorily because it is held in place like a sphere, so that the welding process does not take place .
  • connection flange 4 assembled to the carcass 3, because it was also found an unsatisfactory firing due to nitrogen problems.
  • the flange 4 was welded with standard Ni620 solder material, and as a result, areas appeared with a weld bead having discontinuities.
  • the Ni620 solder material with niobium added according to the invention it has been found that the weld is satisfactory with a suitable weld bead 8 as shown in FIG.
  • the composition of the solder material of the present invention can reduce quality problems with two possible effects. First, it improves the profitability of current productivity and, secondly, reduces the cost of the heat exchanger, and thus increases the competitiveness of the company.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)

Abstract

Matériau de soudure (8) pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'échangeurs de chaleur (1) pour gaz, ledit matériau de soudure (8) étant fabriqué dans un alliage qui comprend du bore, et qui se caractérise en ce qu'il comprend un pourcentage de niobium capable de réagir avec l'azote contenu dans le propre acier inoxydable des composants à souder, étant susceptible de former des nitrures de niobium et évitant ainsi que l'azote ne réagisse avec le bore du matériau de soudure (8).

Description

MATERIAU DE SOUDURE POUR COMPOSANTS EN ACIER INOXYDABLE, EN PARTICULIER POUR LE SOUDAGE AU FOUR D'ÉCHANGEURS DE CHALEUR
POUR GAZ
La présente invention a trait à un matériau de soudure pour composants en acier inoxydable.
Le matériau de soudure de l'invention s'applique tout particulièrement au soudage au four d'échangeurs de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur (EGRC).
ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION
Dans certains échangeurs de chaleur pour le refroidissement de gaz, par exemple ceux utilisés dans des systèmes de recirculation des gaz d'échappement vers l'admission d'un moteur à explosion, les deux milieux qui échangent de la chaleur sont séparés par une cloison.
L'échangeur de chaleur proprement dit peut avoir différentes configurations : par exemple, il peut consister en une carcasse à l'intérieur de laquelle sont disposés une série de tubes parallèles pour le passage des gaz, le liquide de refroidissement circulant dans la carcasse autour des tubes ; dans un autre mode de réalisation, l'échangeur comprend une série de plaques parallèles qui constituent les surfaces d'échange de chaleur, de façon à ce que les gaz d'échappement et le liquide de refroidissement circulent entre deux plaques, en couches alternées.
Dans le cas d'échangeurs de chaleur à faisceau de tubes, la jonction entre les tubes et la carcasse peut être de différents types. Généralement, les tubes sont fixés par leurs extrémités entre deux plaques de support accouplées à chaque extrémité de la carcasse, les deux plaques de support présentant une pluralité d'orifices pour la mise en place des tubes respectifs. Lesdites plaques de support sont fixées à leur tour à des moyens de raccordement à la conduite de recirculation.
Ces moyens de raccordement peuvent consister en un raccord en V ou bien en un rebord périphérique de raccord ou bride, selon la conception de la conduite de recirculation où est assemblé l'échangeur. Dans certains cas, la plaque de support est intégrée en une seule pièce aux moyens de raccordement, formant ainsi une unique bride de raccordement. Les moyens de raccordement peuvent également consister en un dépôt de gaz disposé à une ou aux deux extrémités de la carcasse. Actuellement, les échangeurs de chaleur EGR sont métalliques, généralement fabriqués en acier inoxydable austénitique, s'agissant d'AISI 304 dans la majorité des cas.
Tous les composants des échangeurs de chaleur, aussi bien à faisceau de tubes qu'à plaques empilées, sont métalliques, si bien que les échangeurs de chaleur sont tous assemblés par des moyens mécaniques, puis soudés au four afin de garantir un niveau d'étanchéité requis pour cette application.
Pour les échangeurs EGR, un matériau de soudure très courant pour le soudage au four est l'alliage Ni620, conformément à la nouvelle norme ISO 17672:2010, et dénommé BNi2 (par l'AWS), qui contient du bore. Cet alliage est économique est c'est le plus utilisé pour souder au four des échangeurs de chaleur en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four sous vide.
Les composants de l'échangeur de chaleur ont de plus en plus tendance à être fabriqués dans des pays où le coût de fabrication est moindre. Cependant, il se produit parfois des problèmes du fait que les composants ne sont pas toujours soudés au four de manière satisfaisante.
Le problème qui a été détecté est que le matériau de soudure Ni620 ne mouille pas la surface du composant à souder et ne s'étend pas, si bien que la soudure au four qui en résulte n'est pas satisfaisante, d'où un risque de fuites.
La composition du matériau de soudure N1620 comprend : 6 à 8 % de chrome, 4 à 5 % de silicium, 2,75 à 3,5 % de bore, 2,5 à 3,5 % de fer et le reste de nickel.
Pour réaliser les essais d'analyse, on place quelques gouttes de ce matériau de soudure sur une partie du composant à souder, que l'on met ensuite au four pour son soudage en tant qu'échangeur de chaleur standard.
Lorsque les gouttes du matériau de soudure s'étendent sur la surface du composant à souder, la soudure au four est réalisée de façon satisfaisante ; dans le cas contraire, la soudure est déficiente avec les problèmes de fuites qui s'en suivent.
Dans le cas des joints entre les tubes de gaz et les plaques de support, la soudure au four est suffisamment bonne pour la majorité des tubes, mais si certains tubes, voire même un seul tube, ne sont pas soudés partiellement ou totalement, le résultat final est une fuite.
Pour analyser ce problème, on a réalisé différents essais avec différents types de composants et différentes technologies de fabrication desdits types de composants, par exemple, des tubes de gaz corrugués, des conduites de fluide de refroidissement et des brides fabriquées en fonte.
Dans certains cas, on a détecté que ce problème est lié au processus de recuit des composants pendant leur fabrication. Dans ces cas, le fabricant de ces composants utilise des fours en continu avec une atmosphère d'un mélange d'azote et d'hydrogène provenant d'un processus de craquage d'ammoniac.
Si le processus de craquage n'est pas bien contrôlé, une quantité minime d'ammoniac peut produire un effet de nitruration sur la surface du composant à souder, en déposant de l'azote qui perturbe le soudage ultérieur au four.
Dans d'autres cas, en l'absence d'un processus de recuit, par exemple en cas de brides fabriquées en fonte, on suspecte que la cause du problème est la qualité de la matière première. Toutefois, le certificat de matériaux est correct, garantissant un certain pourcentage d'azote en dessous de la limite établie.
Conformément aux normes internationales, les alliages d'acier inoxydable austénitique 1.4301 (AISI 304) peuvent inclure jusqu'à 0,11 % d'azote, mais il n'est pas possible de l'éviter complètement en raison du processus de raffinage de l'acier.
Par conséquent, l'azote réagit avec le bore contenu dans le matériau de soudure Ni620 et aboutit au problème de formation de nitrures de bore, qui ont une incidence négative sur le soudage au four. En outre, l'azote est difficile à analyser et n'est généralement pas indiqué dans le certificat de matériaux, et selon la technique d'analyse, qu'elle soit volumétrique, spectroscopique ou similaire, on obtient des résultats différents. Dans les essais réalisés par microscope SEM, on a constaté, dans les composants analysés, la présence d'azote superficiel près de la goutte de matériau de soudure qui ne s'est pas suffisamment étendue. Parfois, à l'aide d'un microscope SEM, on a détecté dans certains cas de l'azote local aux alentours de 10 , réagissant avec le bore.
On sait que la présence de niobium dans l'acier est avantageuse pour le soudage au four lorsque de l'azote est présent dans l'acier.
Quand du carbone et de l'azote sont présents, le niobium réagit d'abord avec le carbone pour former du NbC, puis le niobium réagit avec l'azote pour former du NbN.
Par conséquent, la quantité de niobium requis doit être conforme à la relation suivante :
%Nb %C %N
> +
93 12 14 Cette relation est citée dans le brevet US4461811 qui inclut en outre du titane et du tantale en tant qu'éléments stabilisateurs.
Dans le cas d'un acier inoxydable austénitique à faible teneur en carbone avec < 0,03 % de carbone et aux alentours de 0,05 % d'azote, il est nécessaire d'avoir une quantité d'au moins 0,56 % de niobium.
Par ailleurs, le matériau de soudure Ni620 peut avoir comme impuretés jusqu'à 0,06 % de carbone. De plus, dans le cas d'un acier de type AISI 304 avec < 0,08 % de carbone et au maximum 0,11 % d'azote, il serait nécessaire d'avoir une quantité d'au moins 1,81 % de niobium.
La demande de brevet espagnol n° 2351281, du même titulaire que la présente demande, décrit un échangeur de chaleur pour gaz fabriqué en acier inoxydable, qui comprend une bride en acier inoxydable ferritique unie au noyau de l'échangeur par soudage au four au moyen d'un matériau de soudure fabriqué à partir d'un alliage qui comprend du bore. L'acier inoxydable ferritique de la bride comprend en outre un pourcentage de niobium capable de réagir avec l'azote contenu dans le propre acier inoxydable ferritique, formant des nitrures de niobium, si bien que l'on évite ainsi que l'azote ne réagisse avec le bore du matériau de soudure. DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'objectif du matériau de soudure pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'échangeurs de chaleur pour gaz, de la présente invention est de résoudre les inconvénients que présentent les matériaux de soudure connus dans la technique, en fournissant un matériau de soudure présentant une mouillabilité adéquate, et sans nécessité de modifier le matériau en acier inoxydable des composants à souder.
Le matériau de soudure pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'échangeurs de chaleur pour gaz, objet de la présente invention, est du type qui est fabriqué dans un alliage qui comprend du bore, et se caractérise par le fait qu'il comprend un pourcentage de niobium capable de réagir avec l'azote contenu dans le propre acier inoxydable des composants à souder, étant susceptible de former des nitrures de niobium et évitant ainsi que l'azote ne réagisse avec le bore du matériau de soudure.
Les avantages de l'utilisation du nouveau matériau de l'invention sont décrits ci-dessous :
- Le processus de soudage au four standard et le propre four peuvent être utilisés sans aucun type de modifications.
- Aucune considération spéciale n'est nécessaire pour définir les parties à souder, ni les ajustements ou les tolérances de fabrications des échangeurs connus.
- La qualité des joints de soudure s'améliore en raison d'une meilleure mouillabilité de ce nouveau matériau de soudure.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la composition chimique du matériau de soudure comprend, en poids, de 6 à 8 % de chrome, de 4 à 5 % de silicium, de 2,75 à 3,5 % de bore, de 2,5 à 3,5 % de fer et de 0,5 à 4 % de niobium.
Dans cette composition, le pourcentage d'agglutinant pour préparer la pâte n'a pas été pris en compte.
De préférence, le pourcentage en poids de niobium ajouté est de 2 %. De manière facultative, le matériau de soudure peut inclure jusqu'à 20 % de chrome en poids afin d'améliorer la résistance à la corrosion.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
Dans le but de faciliter la description de ce qui a été exposé précédemment, on joint des dessins dans lesquels est représenté, sous forme schématique et uniquement à titre d'exemple non limitatif, un cas pratique de réalisation du matériau de soudure pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'échangeurs de chaleur pour gaz, de la présente invention. Dans ces dessins :
la figure 1 est une section longitudinale schématique d'un échangeur de chaleur classique assemblé et soudé au four ; et
la figure 2 est une vue partielle en perspective d'un noyau métallique soudé au four avec une bride de raccordement.
DESCRIPTION D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ
Les figures 1 et 2 illustrent un échangeur de chaleur 1 EGR fabriqué en acier inoxydable qui comprend un noyau constitué d'un faisceau de tubes 2 disposés à l'intérieur d'une carcasse 3, destinés à la circulation des gaz avec échange de chaleur avec un fluide de refroidissement, une bride de raccordement 4 à la conduite de recirculation, et des conduites de raccordement d'entrée 5 et de sortie 6 du fluide de refroidissement. Dans ce cas, ledit échangeur de chaleur comprend également un réservoir de gaz 7 pour le retour des gaz.
Lesdits composants 2 à 7 de l'échangeur 1 sont assemblés ensemble et soudés par soudage au four au moyen d'un matériau de soudure 8 fabriqué dans un alliage qui comprend du bore.
Le matériau de soudure 8 utilisé est de préférence du Ni620, également dénommé BNi2, qui est largement utilisé pour l'assemblage par soudage au four d'échangeurs de chaleur EGR, du fait qu'il convient à la majorité des spécifications des fabricants de véhicules, en étant de plus économique et très simple d'emploi.
Conformément aux normes internationales, les matériaux tels que les alliages d'acier inoxydable austénitique 1.4301 (AISI 304) peuvent inclure jusqu'à 0,11 % d'azote, mais il n'est pas possible de l'éviter complètement en raison du processus de raffinage de l'acier. Le problème rencontré dans l'état de la technique pendant le processus de soudage au four est que l'azote réagit avec le bore contenu dans le matériau de soudure Ni620, rendant difficile le soudage au four des parties à assembler. En outre, l'azote est difficile à analyser et n'est généralement pas indiqué dans le certificat de matériaux, et selon la technique d'analyse, qu'elle soit volumétrique, spectroscopique ou similaire, on obtient des résultats différents. À l'aide d'un microscope SEM, il est possible, dans certains cas, de détecter de l'azote local aux alentours de 10 %, réagissant avec le bore.
Pour résoudre ce problème, le matériau de soudure 8 de la présente invention comprend un pourcentage de niobium capable de réagir avec l'azote contenu dans le propre acier inoxydable, formant des nitrures de niobium, et évitant ainsi que l'azote ne réagisse avec le bore du matériau de soudure 8.
On sait que la présence de niobium dans l'acier est avantageuse pour le soudage au four lorsque de l'azote est présent dans l'acier. Toutefois, il est plus économique d'ajouter du niobium dans le matériau de soudure 8 que d'avoir à changer tous les composants 2 à 7 de l'échangeur 1 fabriqués en acier inoxydable, par exemple de l'acier inoxydable austénitique 1.4301 par un acier inoxydable contenant du niobium, comme l'acier inoxydable austénitique 1.4550 (AISI 347).
Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, le matériau de soudure au four comprend l'alliage standard Ni620 avec un ajout de 2 % de niobium. En conséquence, la soudure au four est améliorée par comparaison avec l'alliage standard NÏ620.
La composition chimique du matériau de soudure de l'invention comprend, en poids :
6 à 8 % de chrome
4 à 5 % de silicium
- 2,75 à 3,5 % de bore
- 2,5 à 3,5 % de fer
0,5 à 4 % de niobium
Dans cette composition, le pourcentage d'agglutinant pour préparer la pâte n'a pas été pris en compte.
De manière facultative, le matériau de soudure peut contenir jusqu'à 20 % de chrome afin d'améliorer la résistance à la corrosion.
On décrit ensuite à titre d'exemple quelques essais de mouillabilité réalisés avec divers composants de l'échangeur à souder au moyen d'un matériau de soudure Ni620 avec 2 % de niobium selon l'invention.
Selon un premier exemple, on a réalisé l'essai avec des tubes 2 de gaz. Dans un premier temps, on place des petites gouttes de matériau de soudure standard Ni620 sur la surface du tube 2. Lesdites gouttes ont une taille de 2 mm de diamètre environ. On place et on soude ensuite le tube 2 dans le four au moyen d'un cycle standard de soudage au four en production.
Quand le matériau de soudure mouille de manière satisfaisante, il s'étend largement sur la surface. Toutefois, si le matériau de base du composant est contaminé avec de l'azote, le matériau de soudure ne mouille pas de manière satisfaisante, car il se maintient en place comme une sphère, si bien que le processus de soudage n'a pas lieu.
On place ensuite des gouttes supplémentaires de matériau de soudure avec du niobium ajouté selon l'invention. Après un nouveau cycle de soudage au four, on peut constater que le niobium contient des gouttes de matériau fondues et étendues de manière satisfaisante sur la surface du tube 2 de gaz. En revanche, le matériau de soudure initial sans niobium n'a pas changé.
Selon un deuxième exemple, on a réalisé l'essai avec une bride de raccordement 4 assemblée à la carcasse 3, du fait que l'on a également constaté une soudure au four non satisfaisante en raison des problèmes d'azote.
Dans ce cas, on a soudé la bride 4 avec un matériau de soudure standard Ni620, et en conséquence, des zones sont apparues avec un cordon de soudure présentant des discontinuités. Au contraire, après avoir ensuite utilisé le matériau de soudure Ni620 avec du niobium ajouté selon l'invention, on a constaté que la soudure est satisfaisante avec un cordon de soudure 8 approprié comme le montre la figure 2.
Il convient de souligner que d'autres problèmes ont été détectés sur des composants présentant une mauvaise mouillabilité, par exemple sur la jonction des conduites de raccordement 5, 6 du fluide de refroidissement à la carcasse 3, et que ces problèmes ont été réparés de manière satisfaisante au moyen du matériau de soudure Ni620 avec 2 % de niobium ajouté.
Par conséquent, la composition du matériau de soudure de la présente invention permet de réduire des problèmes de qualité avec deux possibles effets. En premier lieu, on améliore la rentabilité de la productivité actuelle et, en deuxième lieu, on réduit le coût de l'échangeur de chaleur, et on augmente ainsi la compétitivité de l'entreprise.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Matériau de soudure (8) pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'échangeurs de chaleur (1) pour gaz, ledit matériau de soudure (8) étant fabriqué dans un alliage qui comprend du bore, caractérisé en ce qu'il comprend un pourcentage de niobium capable de réagir avec l'azote contenu dans le propre acier inoxydable des composants à souder, étant susceptible de former des nitrures de niobium et évitant ainsi que l'azote ne réagisse avec le bore du matériau de soudure (8).
2. Matériau de soudure (8) selon la revendication 1, dans lequel sa composition chimique comprend, en poids, de 6 à 8 % de chrome, de 4 à 5 % de silicium, de 2,75 à 3,5 % de bore, de 2,5 à 3,5 % de fer et de 0,5 à 4 % de niobium.
3. Matériau de soudure (8) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le pourcentage en poids de niobium ajouté est de 2 %.
4. Matériau de soudure (8) selon la revendication 1 ou 2, qui inclut jusqu'à 20 % de chrome en poids afin d'améliorer la résistance à la corrosion.
EP12786853.7A 2011-10-05 2012-10-05 Materiau de soudure pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'echangeurs de chaleur pour gaz Withdrawn EP2763813A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201131606A ES2401625B1 (es) 2011-10-05 2011-10-05 Material de soldadura para componentes de acero inoxidable, en especial para la soldadura en horno de intercambiadores de calor para gases.
PCT/EP2012/069782 WO2013053654A1 (fr) 2011-10-05 2012-10-05 Materiau de soudure pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'echangeurs de chaleur pour gaz

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2763813A1 true EP2763813A1 (fr) 2014-08-13

Family

ID=47178580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12786853.7A Withdrawn EP2763813A1 (fr) 2011-10-05 2012-10-05 Materiau de soudure pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d'echangeurs de chaleur pour gaz

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2763813A1 (fr)
KR (1) KR20140072161A (fr)
ES (1) ES2401625B1 (fr)
WO (1) WO2013053654A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4461811A (en) * 1980-08-08 1984-07-24 Allegheny Ludlum Steel Corporation Stabilized ferritic stainless steel with improved brazeability
US6290904B1 (en) * 1998-01-20 2001-09-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Welding materials for high-Cr steels
US20100136361A1 (en) * 2008-01-25 2010-06-03 Takahiro Osuki Welding material and welded joint structure
US20100136368A1 (en) * 2006-08-08 2010-06-03 Huntington Alloys Corporation Welding alloy and articles for use in welding, weldments and method for producing weldments

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2820613B2 (ja) * 1994-03-29 1998-11-05 新日本製鐵株式会社 酸化雰囲気中で接合可能な耐熱材料用液相拡散接合合金箔
US7258752B2 (en) * 2003-03-26 2007-08-21 Ut-Battelle Llc Wrought stainless steel compositions having engineered microstructures for improved heat resistance
ES2351281B1 (es) * 2009-02-03 2011-09-28 Valeo Termico, S.A. Intercambiador de calor para gases, en especial de los gases de escape de un motor.
CA2779308C (fr) * 2009-10-30 2019-01-29 The Nanosteel Company, Inc. Materiau de renforcement vitrifiant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4461811A (en) * 1980-08-08 1984-07-24 Allegheny Ludlum Steel Corporation Stabilized ferritic stainless steel with improved brazeability
US6290904B1 (en) * 1998-01-20 2001-09-18 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Welding materials for high-Cr steels
US20100136368A1 (en) * 2006-08-08 2010-06-03 Huntington Alloys Corporation Welding alloy and articles for use in welding, weldments and method for producing weldments
US20100136361A1 (en) * 2008-01-25 2010-06-03 Takahiro Osuki Welding material and welded joint structure

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2013053654A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
ES2401625B1 (es) 2014-03-04
WO2013053654A1 (fr) 2013-04-18
KR20140072161A (ko) 2014-06-12
ES2401625A1 (es) 2013-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2502016B1 (fr) Echangeur de chaleur pour gaz, notamment pour les gaz d&#39;echappement d&#39;un moteur
FR2872448A1 (fr) Materiau composite constitue d&#39;un alliage d&#39;aluminium a haute resistance
EP1815482B1 (fr) Element de tuyauterie en forme de t d&#39;un circuit auxiliaire d&#39;un réacteur nucléaire, pièce de raccordement et procédé de réalisation et de montage de l&#39;élément de tuyauterie
EP2687311A1 (fr) Structure de soudage et procédé de soudage
FR2742368A1 (fr) Procede de raccordement par soudage heterogene bout a bout de deux pieces de natures differentes et utilisations
EP2795089B1 (fr) Echangeur de chaleur pour gaz, en particulier pour gaz d&#39;echappement d&#39;un moteur
JP6851997B2 (ja) 管構造の製造方法、管構造およびそうした管構造を備える炉
FR2547037A1 (fr) Echangeur a plaques ailettees pour l&#39;emploi a ultra-haute pression
US20090297882A1 (en) Brazing filler metal, brazing filler metal paste, and heat exchanger
WO2010037803A1 (fr) Echangeur de chaleur a epaisseur de composant reduit et son procede de fabrication
CN100450687C (zh) 机油集滤器钎焊装配方法
ZA200506952B (en) Method of protecting equipment against corrosion at high temperature
WO2013053654A1 (fr) Materiau de soudure pour composants en acier inoxydable, en particulier pour le soudage au four d&#39;echangeurs de chaleur pour gaz
EP2394046B1 (fr) Echangeur de chaleur pour gaz, notamment les gaz d&#39;echappement d&#39;un moteur
FR2918910A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un element de genie chimique
WO2014118442A1 (fr) Fil de soudure pour alliage fe-36ni
WO2003043771A1 (fr) Echangeurs thermiques en cuivres brases et leur procede de fabrication par soudage
EP4061565A1 (fr) Pièce massive métallique et son procédé de fabrication
EP3394416A1 (fr) Ensemble unité de conduite de gaz avec filtre à particules, procédé de fabrication de celui-ci et échangeur thermique pour gaz, en particulier pour les gaz d&#39;échappement d&#39;un moteur
FR3101139A1 (fr) Echangeur de chaleur pour turbomachine, turbomachine et procede de fabrication de l’echangeur
FR3069919B1 (fr) Element intercalaire en alliage d&#39;aluminium de fonderie pour un echangeur de chaleur
JP2005069023A (ja) ディーゼル内燃機関用燃料蓄圧容器
FR2959949A1 (fr) Procede de soudage circulaire ou longitudinal de tube
EP4217617A1 (fr) Bielle creuse
FR2867404A1 (fr) Echangeurs thermiques brases et leur procede de fabrication par soudage

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20140403

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20170914

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: C22C 38/12 20060101ALI20180831BHEP

Ipc: F28F 9/00 20060101ALI20180831BHEP

Ipc: C22C 19/05 20060101ALI20180831BHEP

Ipc: F28F 21/08 20060101ALI20180831BHEP

Ipc: B23K 35/30 20060101AFI20180831BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20180926

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20190207