ES2214898T3

ES2214898T3 - Panel de aluminio compuesto.

Info

Publication number: ES2214898T3
Application number: ES99955933T
Authority: ES
Inventors: Alfred Johann Peter Haszler; Desikan Sampath; Klaus Alfons Mechsner
Original assignee: Corus Aluminium Walzprodukte GmbH
Current assignee: Novelis Koblenz GmbH
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: CA2349004A1; EP1133390A1; AU1268100A; AU747689B2; PT1133390E; DE69915506D1; ATE261354T1; CN1325341A; TR200101171T2; BR9914953A; DE69915506T2; DK1133390T3; KR100637980B1; NO20012107L; US6848233B1; KR20010080340A; CA2349004C; EP1133390B1; WO2000026020A1; CN1103280C

Abstract

Un panel de aluminio de material compuesto, que comprende dos planchas y/o chapas paralelas fijadas a las protuberancias y depresiones de una chapa ondulada reforzante de aluminio entre las planchas y/ chapas paralelas, en el que la chapa ondulada reforzante de aluminio está fabricada a partir de una chapa laminada de aleación de aluminio, de composición (en pocentaje en peso): Mg 1,5-6, 0 Mn 0, 3-1, 4 Zn 0, 4-5, 0 Fe hasta 0, 5 Si hasta 0, 5 Zr hasta 0, 30 y opcionalmente, uno o más de Cr 0, 05-0, 30 Ti 0, 01-0, 20 V 0, 05-0, 25 Ag 0, 05-0, 40 Cu hasta 0, 40 y otros hasta 0, 05 cada uno, con 0, 15 en total Al el resto y que tiene en una condición H o en la condición O, una relación de RP/RTM en el intervalo de 0, 4 a 0, 9 y que tiene buna aptitud para ser conformado por laminación.

Description

Panel de aluminio compuesto.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un panel de aluminio de material compuesto que comprende dos planchas y/o chapas paralelas fijadas a una hoja reforzante entre las planchas y/o chapas paralelas, y al uso del panel de aluminio de material compuesto en materiales estructurales tales como en la construcción de grandes estructuras soldadas.

Para el propósito de esta invención, material en forma de chapa ha de entenderse como que es un producto laminado que tiene un espesor de no más de 6,0 mm.

Descripción de la técnica conexa

Corrientemente, grandes estructuras soldadas, tales como el suelo o cubiertas de carga de un barco semejante a un catamarán, se construyen soldando entre sí un gran número de secciones extruidas de aleaciones estándar de serie AA6000, tales como la aleación AA6082. Una construcción típica comprende el soldeo por fusión de un gran número de secciones huecas y/o simples. Típicamente, se usan secciones huecas de la aleación AA6082, ya que esta aleación permite a los proyectistas conseguir importantes reducciones de peso. Esto se debe principalmente al hecho de que la aleación AA6082 es la más resistente de las aleaciones estándar de la serie AA6000 disponible comercialmente. Debido a las limitaciones impuestas por la aptitud para ser extruida de la aleación AA6082, el espesor de pared mínimo para secciones huecas está restringido prácticamente al intervalo 2,5-4,0 mm, según sea el diseño de la sección extruida. Esta limitación práctica del espesor de pared mínimo, limita, a su vez, el ahorro de peso que se puede conseguir mejorando el diseño.

Alternativamente, grandes estructuras de ingeniería, tales como cubiertas de pasajeros o de carga de un barco se pueden construir uniendo productos de aluminio pre-fabricados, producidos uniendo y/o soldando un número de chapas onduladas conformadas por laminación. La realización de este planteamiento depende de la disponibilidad de formas de productos ondulados de aleación de aluminio de alta resistencia mecánica. Esto requiere hojas de aleación de aluminio que no sólo sean fáciles de conformar por laminación, sino que también tengan una resistencia mecánica más alta. Material de aleación de aluminio estándar disponible para conformación por laminación, tal como la aleación AA3004, no desarrolla una resistencia mecánica suficientemente alta para conseguir una reducción importante del peso.

Dentro del alcance de esta invención, la conformación por laminación, conocida también por conformación por laminación contorneando o conformación por laminación en frío, se comprende que es un procedimiento continuo para conformar metales, a partir de chapa, fleje, o material en rollo, en formas deseadas de espesor esencialmente uniforme, alimentando el material a través de una serie de instalaciones de laminación equipadas con cilindros contorneados, véase Metals Handbook, 9th edition, Vol. 14, ASM international, 1988, pp. 624-635.

A continuación se mencionan algunas descripciones de estructuras propuestas en la bibliografía de la técnica anterior.

La patente de EE.UU. 5.821.506 describe una pieza compleja, de superficie exterior aerodinámicamente lisa, fabricada a partir de una pieza inductiva conformada superplásticamente, exenta de uniones de difusión, que contiene al menos cuatro chapas, y que tiene una dimensión primaria, que comprende:

(a) un núcleo interior que tiene dos superficies definidas por, al menos dos chapas inductivas de núcleo conformado superplásticamente, fabricadas superplásticamente a partir de aleaciones de titanio o aluminio, y

(b) chapas de superficie exterior de aleaciones superplásticas de titanio o aluminio soldadas con soldadura fuerte a las dos superficies del núcleo mediante una tira de aleación de bronce, una chapa de superficie sobre cada superficie del núcleo.

La patente de EE.UU. 5.534.354 describe un método de proporcionar una superficie aerodinámica de estructura de sándwich de conformación superplástica.

El documento EP-A-0432308 describe una estructura metálica de varias capas que tiene características de aislamiento térmico, que está fabricada de aleaciones que exhiben superplasticidad y que son capaces de ser sometidas a conformación superplástica. Las estructuras están especialmente adaptadas para uso en aeronaves supersónicas e hipersónicas.

Sumario de la invención

Es un objeto de la invención proporcionar un panel de aluminio de material compuesto, que comprende chapa ondulada reforzante de aluminio que combina una resistencia mecánica 20% más alta que la aleación estándar AA3004, con una buena aptitud para ser conformada a estas altas resistencias mecánicas y con una buena aptitud para ser soldada. Es otro objeto de la invención proporcionar un panel de aluminio de material compuesto, que es fácil y seguro de fabricar.

De acuerdo con la invención, en un aspecto se proporciona un panel de aluminio de material compuesto que comprende dos planchas y/o chapas paralelas fijadas a las protuberancias y depresiones de una chapa ondulada reforzante de aluminio entre las planchas y/o chapas paralelas, en el que la chapa ondulada reforzante de aluminio está fabricada a partir de una hoja laminada de aleación de aluminio de composición (porcentaje en peso):

Mg	1.5 - 6,0
Mn	0,3 - 1,4
Zn	0,4 - 5,0
Fe	hasta 0,5
Si	hasta 0,5
Zr	hasta 0,30

opcionalmente, uno o más de:

Cr	0,05 - 0,30
Ti	0,01 - 0,20
V	0,05 - 0,25
Ag	0,05 - 0,40
Cu	hasta 0,40
otros hasta 0,05 cada uno, 0,15 en total
Al	el resto

y que tiene en la condición H o en la condición O una relación de RP/RTM en el intervalo de 0,4 a 0,9 y que tiene una buena aptitud para ser conformada por laminación.

RP y RTM representan resistencia de prueba al 0,2% y resistencia a tracción máxima, respectivamente. La condición H sugerida más arriba es típicamente una condición Hxy o sus modificaciones, en la que x está en el intervalo de 1 a 3 e y está en el intervalo de 1 a 6, o sus modificaciones.

Con la invención se consigue una combinación, sorprendentemente buena, de niveles de resistencia mecánica iguales o superiores en un 20%, a los de AA3004 en temples en estado recocido o por deformación, una buena aptitud para ser conformado a estos niveles de resistencia mecánica más altos y una buena aptitud para ser soldados. Esta combinación en la chapa reforzante ondulada se consigue gracias a la amplitud de la composición y a una estructura de grano apropiada. En combinación, proporcionan buena aptitud para ser combada, el índice "n" de endurecimiento por acritud está en el intervalo de 0,10 a 0,40 en niveles de resistencias mecánicas más altos con mejora de 20% o más que AA3004 en temples y espesores comparables y buena aptitud para ser conformados por laminación teniendo una aptitud para ser combada según una vez su espesor en los temples Hx6, con x en el intervalo de 1 a 3, ó en el temple suave. El uso de chapa ondulada con mejores niveles de resistencia mecánica fabricada a partir del producto de chapa laminada de aluminio sugerido más arriba, permite el diseño y construcción de estructuras de paneles de material compuesto, que son más ligeras que las estructuras convencionales, en particular las basadas en aleaciones de aluminio extruidas. Productos de chapas laminadas de aluminio de la composición definida se han comprobado también con buena resistencia a la corrosión. Esto permite que los paneles de materiales compuestos se apliquen en medios corrosivos, tales como un medio marino cuando se aplica en un barco o en construcción en alta mar.

La aptitud para ser conformado por laminación de productos de chapas de aleación de la serie AA5000 se puede valorar por medio de su comportamiento de aptitud para ser combados. La aptitud para ser combado de un material se puede someter a ensayo de acuerdo con ASTM E-290. Durante este ensayo, un material en forma de chapa se combará 180º sobre un mandril que tiene el mismo espesor que el propio material en forma de chapa; denominado más arriba como aptitud para ser combado según una vez su espesor. Se examina visualmente la presencia de fisuras en la superficie convexa de la combadura. La presencia de una o más fisuras mayores de 1 mm daba lugar a un comportamiento de aptitud para ser combado de "fallo", que da lugar a que el material en forma de chapa se deseche para la conformación por laminación. El comportamiento de aptitud para ser combado se valora como "bueno" en caso de que no se puedan ver fisuras mayores de 1 mm en la superficie convexa de la combadura.

En una realización preferida, la chapa ondulada reforzante de aluminio tiene una relación de RP/RTM en el intervalo de 0,4 a 0,8, y más preferiblemente en el intervalo de 0,4 a 0,7, para mejorar la aptitud para ser conformado por laminación.

En una realización, el espesor de la chapa ondulada reforzante de aluminio está en el intervalo de hasta 3,0 mm, y más preferiblemente en el intervalo de chapas de espesor de 0,2 a 1,0 mm.

La chapa de aluminio ondulada se puede proporcionar adicionalmente en forma de hoja configurada o abollonada.

Las razones de las limitaciones de los elementos de aleación en la chapa ondulada reforzante de aluminio para aplicación en el panel de aluminio ondulado de acuerdo con la presente invención se describen más abajo. Todos los porcentajes de las composiciones están en peso.

El Mg es el elemento primario de refuerzo en la aleación. Niveles de Mg inferiores a 1,5% no proporcionan la resistencia mecánica requerida y si la adición excede de 6,0%, se producen severas fisuras durante la colada y laminación en caliente del producto. El nivel de Mg preferido es entre 3,0 y 5,6% como compromiso entre la aptitud para ser fabricado y la resistencia mecánica.

El Mn es un elemento de aleación esencial. En combinación con Mg, el Mn proporciona la resistencia mecánica al producto de aleación tanto en la condición soldada como no soldada. Niveles de Mn inferiores no proporcionan una resistencia mecánica suficiente a las uniones soldadas del producto de aleación. Por encima de 1,4%, la laminación en caliente se hace extremadamente difícil. El límite máximo preferido para el Mn es 0,9%, lo cual representa un compromiso entre la resistencia mecánica y la aptitud para ser fabricado. Más preferiblemente, la relación Fe/Mn está en el intervalo de 0,3 a 1,0.

El Zn es un elemento de aleación importante, ya que mejora la resistencia a la corrosión del producto de aleación cuando está presente en el intervalo de hasta 1,2%, y preferiblemente hasta 0,9%. Zn adicional sirve como elemento de refuerzo por endurecimiento por envejecimiento en combinación con Mg, cuando el Zn está presente en un intervalo de 3,0 a 5,0%. En este último caso se prefiere mantener una relación Zn/Mg en el intervalo de 1,1 a 5, y preferiblemente en el intervalo de 4 a 5. Si el nivel de Zn está por encima de 5,0%, la colada y la subsiguiente laminación en caliente se hace más difícil, en particular a escala industrial. Por debajo de 0,4%, el efecto del Zn es menos significativo, por lo que, en consecuencia, se requiere un mínimo de 0,4%, y más preferiblemente un mínimo de 0,5%.

El Fe en el producto de aleación puede formar compuestos primarios del tipo de Al-Fe-Mn durante la colada y, por ello, limitar los efectos beneficiosos debidos al Mn como elemento de aleación. Niveles de Fe superiores a 0,5% da lugar a la formación de partículas primarias gruesas y que disminuyen la aptitud para ser conformado del producto de aleación. El intervalo preferido de Fe es 0,15 a 0,30%, y más preferiblemente 0,20 a 0,30%.

El Si se combina también con el Fe para formar partículas gruesas del tipo de fase AlFeSi y que pueden afectar a la aptitud para ser conformado del producto de aleación. Además, el Si limita los efectos beneficiosos del Mg. Para evitar cualquier pérdida inaceptable de la aptitud para ser conformado, el nivel de Si se debe mantener por debajo de 0,5%. El intervalo preferido para el Si es 0,07% a 0,20%, y más preferiblemente 0,10 a 0,20%.

El Zr es un elemento de aleación importante para conseguir mejoras en la resistencia mecánica. Además, el Zr es importante para mejorar la resistencia a la formación de fisuras durante el soldeo de los productos de aleación de acuerdo con esta invención. El Zr a un nivel por encima de 0,3% da lugar a partículas primarias en forma de agujas gruesas, las cuales disminuyen la aptitud para ser fabricado del producto de aleación y, además, disminuye la aptitud para ser combado del producto obtenido. Como compromiso entre resistencia mecánica y aptitud para ser conformado, se requiere un intervalo preferido de 0,05 a 0,25%.

El Ti es importante como refinador de granos durante la solidificación de los lingotes y uniones soldadas producidos usando el producto de aleación de acuerdo con la invención. Sin embargo, Ti en combinación con Zr puede formar fases primarias gruesas indeseables. Con el fin de evitar esto, el nivel de Ti en presencia de Zr se deberá mantener por debajo de 0,2%, y preferiblemente por debajo de 0,10%; el intervalo más preferido para Ti es 0,01 a 0,10%.

El Cr es un elemento de aleación opcional para mejorar más la resistencia a la corrosión del producto de aleación. Sin embargo, el Cr limita la solubilidad de Mn y Zr. Por tanto, para evitar la formación de fases primarias gruesas, el nivel de Cr se debe mantener por debajo de 0,3%. Un intervalo preferido para Cr es hasta 0,15%.

El V es un elemento de aleación opcional, y se debe usar para sustituir a, o en adición al Cr. El intervalo preferido es de 0,05 a 0,25%. Un intervalo máximo más preferido para V es hasta 0,15%.

Los niveles de Cu por encima de 0,4% da lugar a un deterioro inaceptable de la resistencia a la corrosión por picadura del producto de aleación. El nivel máximo preferido para Cu es hasta 0,25%, más preferiblemente hasta 0,1%.

La plata es un elemento de aleación opcional que puede mejorar adicionalmente la resistencia a la corrosión por tensiones del producto de aleación. Si se añade, la presencia se deberá limitar a 0,4% y el nivel mínimo en el producto de aleación es preferiblemente, al menos 0,05%.

El resto es Al e impurezas inevitables. Típicamente, cada elemento de impureza está presente en un máximo de 0,05% y el total de impurezas es 0,15% como máximo.

Una realización muy exitosa del panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con la invención es en la que la chapa ondulada reforzante de aluminio se caracteriza, además, por la siguiente composición, en porcentaje en peso:

Mg	5,0 - 6,0, y preferiblemente 5,0 - 5,5
Mn	0,6 - 1,2
Zn	0,4 - 1,5, preferiblemente 0,4 - 0,9, y más preferiblemente 0,5 - 0,9
Zr	0,05 - 0,25
Cr	hasta 0,3
Ti	hasta 0,2
Fe	hasta 0,5, y preferiblemente 0,2 -0,3
Si	hasta 0,5, y preferiblemente 0,1 - 0,2
Cu	hasta 0,4, y preferiblemente hasta 0,1
Ag	hasta 0,4
Resto	Al e impurezas inevitables.

Con esta realización se consigue que se proporcione un panel de aluminio de material compuesto del que la chapa reforzante combina una resistencia mecánica igual o superior al 20% más alta que la aleación estándar AA3004, en un espesor y temple comparables, con una buena aptitud para ser soldada con estos niveles de resistencia mecánica más altos, evaluados por medio de la aptitud para ser combados de acuerdo con ASTM E-290, con buena aptitud para ser soldada y con una buena resistencia a la corrosión. El producto de aleación de aluminio tiene una muy buena aptitud para ser conformado, en particular con espesores en el intervalo de hasta 3,0 mm, y más preferiblemente con espesores en el intervalo de 0,2 a 1,0 mm. Además se ha descubierto que esta material en forma de chapa ondulada retiene mucho mejor su forma después de conformación por laminación, es decir, menor recuperación elástica, que las aleaciones de aluminio convencionales de la serie AA5xxx, tales como AA5083 y AA5456. Además, esta exitosa realización permite el soldeo con láser a gran velocidad, típicamente en el intervalo de 3 a 10 m/min y preferiblemente en el intervalo de 4 a 6 m/min, para la producción de paneles de materiales compuestos que comprenden, al menos una chapa ondulada fabricada a partir del producto de chapa de aluminio sugerido más arriba. La buena aptitud para ser soldado y, en particular, la buena aptitud para ser soldado con láser de la hoja reforzante de aluminio sugerida más arriba, fue inesperada con respecto a experiencia previa en la técnica con aleaciones convencionales AlMg con alto contenido de magnesio, tales como AA5038 y AA5456.

En una realización más preferida, la chapa de aluminio ondulada en el temple-O tiene una resistencia de prueba (RP) de 110 MPa o más, para espesores de hasta 3 mm, y más preferiblemente de 115 MPa o más, y lo más preferiblemente de 120 MPa o más. Para espesores de hasta 3 mm, el producto de aleación de aluminio en el temple-O tiene una resistencia a la tracción máxima (RTM) de 370 MPa o más, preferiblemente de 280 MPa o más, más preferiblemente de 300 MPa o más, y lo más preferiblemente de 310 MPa o más.

En una realización adicional del panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con la invención, la chapa de aluminio ondulada se puede proporcionar con el siguiente chapado, sobre al menos un lado de la superficie de la hoja laminada:

(i): es de una aleación de aluminio de superior pureza que dicha hoja laminada;

(ii): el chapado es de la serie AA1000 de la Aluminium Association;

(iii): el chapado es de la serie AA6000 de la Aluminium Association;

(iv): el chapado es de la serie AA7000 de la Aluminiun Association.

En esta realización, el chapado se lleva sobre la chapa ondulada antes de conformar por laminación el producto en forma de chapa en un perfil ondulado. La chapa de aluminio ondulada de acuerdo con la invención tiene muy buena resistencia a la corrosión. Sin embargo, en ciertos ambientes corrosivos extremos puede ser útil proporcionar un chapado que mejora adicionalmente la resistencia a la corrosión del producto de aleación. Tales productos de chapado utilizan un núcleo de la composición de aleación de aluminio sugerida más arriba y un chapado de mayor pureza que protege al núcleo de la corrosión particular. El chapado incluye esencialmente aluminio no aleado o aleaciones de aluminio que contienen no más de 0,1 ó 1% de todos otros elementos. Aleaciones de aluminio de la presente memoria descriptiva designados por la serie de tipo lxxx, incluyen todas las aleaciones de la Aluminium Association (AA), que incluyen las sub-clases del tipo 1000, tipo 1100, tipo 1200 y tipo 1300. Además, se ha descubierto que aleaciones de aluminio de la serie AA6000, que incluye la sub-clases y que comprenden típicamente más de 1% de adiciones de aleantes, pueden servir como chapado. Y además se ha descubierto que aleaciones de aluminio de la serie AA7000, que incluye las sub-clases, y que contienen típicamente más de 0,8% de zinc como elemento de aleación, puede servir como chapado, tal como AA7072. Otras aleaciones de aluminio podrán ser útiles como chapado siempre y cuando proporcionen en particular, una protección general suficiente contra la corrosión al producto de aleación del núcleo.

En una realización muy ventajosa del panel de aluminio de material compuesto de la invención, la hoja ondulada reforzante de aluminio se puede proveer con una capa de chapado de una aleación de la serie AA4000, tal como por ejemplo AA4047. En esta realización, la capa o capas de chapado no están primariamente presentes para proporcionar una mejor resistencia a la corrosión, aunque puede suponer una contribución, sino que permite que la chapa de aluminio ondulada se suelde con varilla o se suelde con soldadura fuerte a otra chapa, plancha o producto de extrusión en productos prefabricados. En el caso de chapado de hoja de aluminio ondulada con aleaciones de la serie AA4000, no es necesario proporcionar varilla de aporte durante el soldeo en casos en los que en otras circunstancias se necesitarían. Además, se mantiene la integridad estructural de la chapa de aluminio como consecuencia de que niveles de Zn más altos pueden estar presentes en el producto de aleación sin afectar la resistencia a la corrosión de la zona afectada por el calor. El espesor de la capa de chapado será suficiente para evitar pérdida de adhesión de la chapa de aluminio ondulada y proteger la chapa de aluminio ondulada de la zona afectada por el calor. En el caso de soldeo con soldadura fuerte, es posible soldar con soldadura fuerte tal chapa ondulada chapada, con otra chapa o plancha o producto de extrusión en una pieza a una temperatura en el intervalo en el que se pueden fundir aleaciones de serie AA4000. El soldeo con soldadura fuerte se puede realizar con o sin atmósfera controlada.

La capa o capas de chapado son usualmente mucho más delgadas que el núcleo, y cada una de ellas constituye 1 a 15 ó 20 ó posiblemente 25% del espesor total del material compuesto. Una capa de chapado más típicamente constituye alrededor de 5 a 12% del espesor total del material compuesto.

El reforzante de aluminio ondulado se puede fijar a una plancha o chapa paralela por medio de elementos mecánicos de fijación o por adhesión. En una realización preferida, el reforzante de aluminio ondulado se fija a una plancha o chapa paralela mediante líneas de soldadura que se extienden a lo largo de protuberancias y depresiones. Esto permite una rápida, económica y segura producción de paneles de materiales compuestos. Las líneas de soldadura se pueden obtener usando una cualquiera o combinaciones de las técnicas de soldeo estándar, por ejemplo, MIG, TIG, soldeo con agitación, soldeo con agitación por fricción, etc. En una realización adicional preferida las líneas de soldadura se obtienen mediante técnicas de soldeo con láser. Además, al menos una de las planchas o chapas tiene sobre la otra superficie líneas de soldadura no visibles, sino una estructura de líneas de soldaduras internas en la que cada línea de las cuales pasa a través de una protuberancia o una depresión y dentro del material de la plancha o chapa sin, sin embargo, penetrar totalmente ese material. Esto da un panel de aluminio de material compuesto con líneas de soldadura sobre una cara y una superficie lisa sobre la otra cara.

En una realización alternativa, el reforzante de aluminio ondulado se fija a una plancha o chapa paralela por medio de soldeo con soldadura fuerte. En esta realización, el reforzante de aluminio ondulado se fabrica a partir del producto de aleación de aluminio de la invención con un chapado de las aleaciones de la serie AA4000, tal como se sugiere más arriba.

En una realización preferida, el reforzante de aluminio ondulado entre los paneles tiene protuberancias y depresiones planas.

Lo más típicamente, pero no como forma de limitación, el panel de aluminio de material compuesto tiene un espesor tal, que el espacio entre las planchas y/ chapas exteriores se halla entre 10 y 300 mm, y más preferiblemente entre 10 y 200 mm. La plancha y/o chapa superficial en tal caso tiene hasta 25 mm de espesor en realización típica, y el reforzante de aluminio ondulado está dentro del intervalo de hasta 6 mm de grueso, preferiblemente hasta 3 mm de grueso, y lo más preferiblemente en el intervalo de 0,2 a 1,0 mm de espesor. Usando el producto de aleación de aluminio de la invención con estos espesores relativamente delgados y aplicado en un panel de aluminio de material compuesto sugerido más arriba, se consigue que una reducción importante de peso se puede obtener en construcciones mientras que se mantiene, al menos los mismos niveles de resistencia mecánica y/o de rigidez previamente conocidos en la técnica.

Usualmente se comprobará preferible tener las dos porciones de planchas y/o chapas paralelas, cada una igual a, o más gruesa que el espesor del metal del reforzante de aluminio ondulado.

Las planchas chapas paralelas se fabrican preferiblemente de aleación de aluminio, y en caso de que el reforzante de aluminio ondulado esté soldado a una plancha o chapa, la plancha o chapa está fabricada preferiblemente de una aleación de aluminio soldable. En una realización más preferida, las planchas y/o chapas están dentro de la misma amplitud de composición que el reforzante de aluminio ondulado, obtenido a partir de un producto laminado de aluminio sugerido más arriba.

En un aspecto adicional de la invención, se proporciona una construcción de panel soldado que comprende el panel de aluminio de material compuesto de la invención y/o un producto en forma de chapa ondulada de la invención. Tal construcción de paneles soldados comprende, además, dos perfiles de aluminio, típicamente con forma de U-, H-, o T, fabricados vía extrusión o combando un producto en forma de plancha o chapa, en el que el panel de aluminio de material compuesto está alineado entre dichos dos perfiles. Los paneles son muy fáciles y seguros de fabricar, se pueden alinear de una manera práctica en un taller o astillero. Debido a la estructura compacta del panel, son fáciles de transportar y, durante, el transporte se evita el daño de la estructura interna que comprende la chapa o chapas ondulada(s).

El tipo de panel de aluminio de material compuesto definido más arriba se puede usar solo, por ejemplo para tabiques o sub-divisiones particulares. Sin embargo, dos o más paneles de material compuesto se pueden ellos mismos unir entre sí y formar un material compuesto paralelo para definir, por ejemplo, un sector del casco incluyendo sub-divisiones u otras construcciones metálicas a gran escala, tales como suelos de camiones o vagones de ferrocarril, puentes y especialmente barcos.

De acuerdo con la invención, en otro aspecto se proporciona la aplicación del panel de aluminio de material compuesto sugerido más arriba en una estructura soldada, tal como, pero no limitada a ella, la aplicación en construcción naval y construcciones en alta mar. Adicionalmente, el panel de aluminio de material compuesto se puede aplicar en los campos civil y de ferrocarril y similares cuando se desean construcciones más ligeras que tengan preferiblemente una buena resistencia a la corrosión.

La invención se refiere, también, al uso de material de aluminio laminado que tiene una composición química tal como se sugiere más arriba y en la reivindicaciones, en forma de chapa reforzante ondulada y/o en forma de chapa o plancha paralela en el panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con la invención.

Ejemplos

La invención se ilustrará ahora mediante diversas realizaciones y ejemplos no limitativos, con referencia a los dibujos anexos, en los que:

Las Figs. 1A a 1C representan cortes transversales de diversas realizaciones de chapa ondulada;

Las Figs. 2A a 2C representan cortes transversales de diversas realizaciones de paneles de aluminio de material compuesto;

Las Fig. 3A y 3B representan en cortes transversales, un panel de aluminio de material compuesto en conexión con vigas con forma de I;

La Fig. 4 representa una vista en perspectiva de un panel de aluminio de material compuesto en conexión con una viga con forma de I;

La Fig. 5 representa esquemáticamente las etapas de ensamblar un panel de la invención;

La Fig. 6 representa cortes transversales de los paneles de la invención en conexión unos con otros o con la pared o casco de un barco.

La Fig. 1 representa esquemáticamente formas típicas de chapas de aluminio onduladas conformadas por laminación, vistas en corte transversal perpendicular a su dirección longitudinal. La chapa de aluminio ondulada se puede aplicar en forma de una chapa reforzante en un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con esta invención. La Fig. 1A y fig. 1B representan protuberancias y depresiones planas, y en las que la Fig. 1B tiene forma de cola de milano. Una realización alternativa se presenta en la Fig. 1C, en la que la chapa de aluminio ondulada tiene protuberancias y depresiones curvadas. Las dimensiones indicadas a, b, c y d están típicamente en el intervalo de 10 a 300 mm.

Las Figs. 2A y 2B representan esquemáticamente, tal como se ve en corte transversal perpendicular a su dirección longitudinal, paneles de aluminio de material compuesto de la invención, en los que un reforzante de aluminio ondulado está dispuesto entre dos chapas y/o planchas paralelas. La realización de la Fig. 2C representa esquemáticamente, tal como se ve en el corte transversal perpendicular a su dirección longitudinal, un panel de aluminio de material compuesto en el que el reforzante de aluminio ondulado comprende dos chapas onduladas cada una con protuberancias y depresiones planas y en el que la protuberancia de una chapa se une a la depresión de la otra chapa ondulada. Las flechas en las Figs. 2A y 2B representan la situación de líneas de soldadura para fijar las diversas secciones unas con otras.

Las Figs. 3A y 3B representan esquemáticamente, tal como se ve en corte transversal perpendicular a su dirección longitudinal, un panel de aluminio de material compuesto de la invención que está fijado a vigas o perfiles con forma de I mediante medios de fijar al menos una de las planchas o chapas paralelas del panel de aluminio de material compuesto a la viga con forma de I.

La Fig. 4 representa esquemáticamente una vista en perspectiva de paneles de aluminio de material compuesto que están conectados entre sí en su dirección longitudinal. Para esto, se puede usar el procedimiento siguiente:

-: en primer lugar, producir una sección que concuerda con los contornos de la forma ondulada,

-: en segundo lugar, abrir la chapa superior para mostrar la forma ondulada,

-: en tercer lugar, colocar una "sección ondulada de conexión" sobre los paneles a unir, de manera que la "sección ondulada de conexión" esté igualmente dividida entre los dos paneles sándwich, y después unir en estos puntos marcados con "xxxx" en la figura.

Entonces, el procedimiento de más arriba fija firmemente cualesquiera dos paneles sándwich de la presente invención a lo largo de la dirección a lo ancho. Alternativamente, paneles sándwich se pueden producir de tal manera que una de las dos planchas superiores puede ser más corta que la otra para permitir facilidad de unión a lo largo de la dirección a lo ancho.

La Fig. 5 representa esquemáticamente cómo se puede ensamblar un panel de acuerdo con la invención. Un panel comprende dos perfiles de aluminio con forma de U-, H- o T-, los cuales perfiles se pueden fabricar por extrusión o combadura de una chapa o plancha, conectándose dichos perfiles preferiblemente por medios de soldar en sitios elegidos, una primera hoja del producto de aluminio de la invención a una de las alas de cada perfil que forma un fondo del panel, véase parte 1 en la Fig. 5. Subsiguientemente, una chapa o chapas ondulada(s) pre-conformada(s) están conectadas a dicho fondo del panel, véase fase 2 en la Fig.5. Y en una tercera fase una plancha o chapa se conecta, preferiblemente mediante soldeo, a la chapa ondulada y a la otra ala de cada perfil. Los perfiles tienen un espesor típico de 3 mm. De esta manera, se está proporcionando una forma muy sencilla y eficaz de fabricar paneles. Los paneles de la invención son fáciles de alinear en, por ejemplo, un taller o un astillero, y se pueden conectar para formar un bastidor transversal o se pueden conectar vía soldeo a las paredes laterales de, por ejemplo, el casco de un barco de una manera muy práctica, tal como se representa en la Fig. 6. Además, los paneles están cerrados, es fácil su manipulación y evitar el daño de las chapas onduladas encerradas durante el transporte.

Ejemplo 1

Una aleación dentro del intervalo de composición de la invención, que tiene la siguiente composición química (tanto por ciento en peso): 5,20% de Mg, 0,84% de Mn, 0,50% de Zn, o,13% de Zr, 0,013% de Cu, 0,049% de Cr, 0,19% de Fe, 0,11% de Si, 0,015% de Ti, el resto aluminio e impurezas inevitables, se han colado DC a escala industrial en forma de lingote que tiene las dimensiones de 440 \times 1.480 \times 4.800 mm. El lingote se ha precalentado durante 15 h a 510ºC, después se ha laminado en caliente a aproximadamente 500ºC para producir productos de 4 mm de espesor. Antes de la subsiguiente reducción en frío, se aplicó un recocido intermedio a 350ºC durante un período de 2 h. Subsiguientemente, el producto recocido y laminado en caliente se laminó en frío en forma de chapa de 2 mm de espesor. Un segundo recocido intermedio se ha aplicado a 350ºC durante un período de 2 h, seguido por laminación en frío a un espesor final de 1,0 mm y, luego, un recocido final en condiciones similares que en el recocido intermedio a fin de producir un producto de temple suave.

El material se ha evaluado, de acuerdo con EURO-norma 10.002, en cuanto a sus propiedades en tracción en la dirección LT. Además, el material se ha evaluado en cuanto a su aptitud para ser conformado sometiendo a ensayo la aptitud de ser combado de acuerdo con ASTM E-290. Durante este ensayo de aptitud para ser combado, un material en forma de chapa de 1,0 mm de espesor, de 120 \times 45 mm se curvó 180º sobre un mandril del mismo espesor que el material en forma de chapa, es decir, 1,0 mm. La aparición de fisuras de la muestra combada se ha examinado visualmente sobre la superficie convexa de la combadura. El resultado de esta ensayo se presenta especificando "bueno" o "fallo". Con la expresión "fallo" se sugiere que hubo, al menos una fisura de 1 mm o más sobre la superficie convexa de la combadura.

Los resultados se enumeran en la Tabla 1 en la que se ha hecho una comparación con muestras de material estándar AA3004 en el temple O. De estos resultados se deduce que el producto de aleación de aluminio aplicado de acuerdo con esta invención tiene un nivel de resistencia mecánica un 20% más alto que el material AA3004 en el mismo temple y con el mismo espesor; en este caso particular se ha conseguido una mejora de más de 45%, mientras que la aptitud para ser combado es, al menos equivalente al AA3004 estándar.

TABLA 1

Material	Temple	Espesor (mm)	RP a 0,2% (Mpa)	RTM (Mpa)	Alargam. (%)	Aptitud para ser
						combado
Invención	0	1,0	132	315	20,1	buena
			135	316	20,3	buena
			129	314	19,9	buena
			131	316	20,7	buena
AA3004	0	1,0	65	157	14,0	buena
			67	158	14,5	buena
			69	155	14,3	buena
			66	159	14,2	buena

Ejemplo 2

Material en forma de chapa con dimensiones de 1.200 x 250 mm y de 1,0 mm de espesor de AA3004 estándar y material idéntico al material del Ejemplo 1 y que están dentro de los intervalos preferidos establecidos en las reivindicaciones, ambos materiales estaban en el temple-O, y se sometieron a un ensayo de soldeo. Dos hojas idénticas se soldaron juntas usando un equipo de láser de CO_{2} de 12 kW, que operaba a 6 kW y con una velocidad lineal de 5 m/min. Muestras de tracción con cordones de soldadura se produjeron a partir de tales hojas "soldadas de parte a parte" y sometidas a ensayo sus propiedades de tracción.

Los resultados se presentan en la Tabla 2. A partir de estos resultados se puede ver que después del soldeo, el producto de aluminio de acuerdo con la invención tiene unas propiedades de tracción al menos 20% más altas que el material estándar AA3004 con espesores y temple similares. Además, este ejemplo demuestra que el producto de esta invención se puede soldar en espesores muy delgados usando técnicas de láser y velocidades de línea de soldeo relativamente altas. Además se ha descubierto que si el material de base está en el temple-O, las propiedades del material de base son esencialmente responsables de las propiedades mecánicas después del soldeo y no la técnica de soldeo aplicada. Esto se puede deducir, también, de los resultados presentados en las Tablas 1 y 2, en las que el material de acuerdo con la invención tiene propiedades mecánicas en el mismo intervalo. Además se ha descubierto que la chapa de aluminio ondulada aplicada de acuerdo con la invención es fácil de soldar con láser y, en particular, soldeo con láser de CO_{2}, contrariamente a las más convencionales aleaciones de la serie Mg 5000 que tienen un contenido de zinc más bajo. Esta aleación convencional con alto contenido de AlMg tiene más dispersión del rayo láser por la efervescencia del charco de soldeo. Esto permite que la presente chapa de aluminio ondulada se aplique con intervalos más amplios en soldeo con láser, en comparación con aleaciones estándar con alto contenido de AlMg, tal como AA5456.

TABLA 2

Material	RP a 0,2% (MPa)	RTM (MPa)	Alargamiento (%)
Invención	132	315	20,1
	136	316	20,3
	131	314	19,9
AA3004	66	155	13,1
	69	152	14,2
	66	158	14,5

Ejemplo 3

Usando la misma ruta de elaboración que en el Ejemplo 1, material en forma de chapa, que se puede aplicar como chapa de aluminio ondulada de acuerdo con la invención y que tiene la misma composición química, se puede producir con un espesor final de 1,3 mm. Se han aplicado los dos diferentes tratamientos de recocido final, después de lo cual las propiedades de tracción se han determinado de acuerdo con EURO-norma 10.002 en las dos direcciones L y LT. Los dos recocidos finales aplicados fueron: (1) tiempo de impregnación térmica de 1 h a 250ºC, y (2) tiempo de impregnación térmica de 1 h a 350ºC. En ambos casos la velocidad de calentamiento fue de 25ºC/h y la velocidad de enfriamiento para bajar100ºC después del recocido final, fue de 10ºC/h. Recocido del tipo (1) da lugar a un temple-H y del tipo (2) da lugar a un temple-O. Los resultados se presentan en la tabla 3. A partir de estos resultados se puede deducir que la chapa de aluminio aplicada en el panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con la invención se puede proporcionar en el temple-O y en el temple-H, teniendo en ambos casos niveles de resistencia mecánica de, al menos una mejora del 20% con respecto al material estándar AA3004.

TABLA 3

1

Claims

1. Un panel de aluminio de material compuesto, que comprende dos planchas y/o chapas paralelas fijadas a las protuberancias y depresiones de una chapa ondulada reforzante de aluminio entre las planchas y/ chapas paralelas, en el que la chapa ondulada reforzante de aluminio está fabricada a partir de una chapa laminada de aleación de aluminio, de composición (en porcentaje en peso):

Mg 1.5 - 6,0 Mn 0,3 - 1,4 Zn 0,4 - 5,0 Fe hasta 0,5 Si hasta 0,5 Zr hasta 0,30

y opcionalmente, uno o más de

Cr 0,05 - 0,30 Ti 0,01 - 0,20 V 0,05 - 0,25 Ag 0,05 - 0,40 Cu hasta 0,40

otros hasta 0,05 cada uno, 0,15 en total

Al el resto

y que tiene en una condición H o en la condición O, una relación de RP/RTM en el intervalo de 0,4 a 0,9 y que tiene una aptitud para ser conformado por laminación.

2. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la chapa ondulada reforzante de aluminio tiene un espesor en el intervalo de hasta 3,0 mm, y preferiblemente en el intervalo de 0,2 a
1,0 mm.

3. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el contenido de Zn de la chapa ondulada reforzante de aluminio está en el intervalo de 0,4 a 1,2%.

4. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el contenido de Zn de la chapa ondulada reforzante de aluminio está en el intervalo de 3,0 a 5%.

5. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la chapa ondulada reforzante de aluminio está fabricada a partir de una chapa laminada de aleación de aluminio de composición (porcentaje en peso):

Mg 5,0 - 6,0 Mn 0,6 - 1,2 Zn 0,4 - 1,5, y preferiblemente 0,4 - 0,9 Zr 0,05 - 0,25 Cr hasta 0,3 Ti hasta 0,2 Fe hasta 0,5 Si hasta 0,5 Cu hasta 0,4 Ag hasta 0,4 Resto Aluminio e impurezas inevitables.

6. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que un chapado, de entre los siguientes, está presente sobre, al menos un lado de la superficie de la chapa ondulada:

(i): es una aleación de aluminio de una pureza mayor que dicha chapa laminada;

(ii): el chapado es de la serie AA1000 de la Aluminium Association;

(iii): el chapado es de la serie AA6000 de la Aluminium Association;

(iv): el chapado es de la serie AA4000 de la Aluminium Association;

(v): el chapado es de la serie AA7000 de la Aluminium Association.

7. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las dos planchas y/o chapas paralelas se han fijado a la hoja ondulada reforzante de aluminio por medio de soldeo, y preferiblemente por medio de soldeo con láser.

8. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que, al menos una de las dos planchas y/o chapas paralelas están dentro de la misma amplitud de composición que el reforzante de aluminio ondulado.

9. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con la reivindicación 6 u 8, en el que un chapado de la aleación de aluminio de la serie AA4000 está presente sobre, al menos un lado de la superficie de la chapa ondulada reforzante de aluminio, y en el que, al menos una de las dos planchas y/o chapas paralelas se han fijado a la chapa ondulada reforzante de aluminio por medio de soldeo con soldadura fuerte.

10. Uso de un producto laminado de aluminio de composición (porcentaje en peso):

Mg 1.5 - 6,0 Mn 0,3 - 1,4 Zn 0,4 - 5,0 Fe hasta 0,5 Si hasta 0,5 Zr hasta 0,3, y

opcionalmente, uno o más de:

Cr 0,05 - 0,30 Ti 0,01 - 0,20 V 0,05 - 0,25 Ag 0,05 - 0,40 Cu hasta 0,40, y

otros hasta 0,05 cada uno, con 0,15 en total

Al el resto,

en forma de hoja ondulada reforzante de aluminio y/o en forma de chapa o plancha paralela en un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Uso de un producto laminado de aluminio de composición (porcentaje en peso):

Mg 5,0 - 6,0 Mn 0,6 - 1,2 Zn 0,4 - 1,5, preferiblemente 0,4 - 0,9 Zr 0,05 - 0,25 Cr hasta 0,3 Ti hasta 0,2 Fe hasta 0,5 Si hasta 0,5 Cu hasta 0,4

Ah hasta 0,4 Resto Aluminio e impurezas inevitables,

en forma de chapa ondulada reforzante de aluminio y/o en forma de chapa o plancha paralela en un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

12. Una estructura soldada que comprende, al menos un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

13. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 para la construcción de barcos.

14. Un panel de aluminio de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 para construcción naval en alta mar.