ES2225770T3

ES2225770T3 - Chapa para soldadura y metodo.

Info

Publication number: ES2225770T3
Application number: ES02710828T
Authority: ES
Inventors: Scott H. Goodrich; Scott L. Palmer; Zayna M. Connor; Gregory R. Johnson
Original assignee: Pechiney Rhenalu SAS
Current assignee: Constellium Issoire SAS
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: US6911267B1; WO2002055256A1; EP1351795B1; KR100556081B1; US20020160220A1; CA2434826A1; JP2004522855A; CA2434826C; US6667115B2; ATE274393T1; EP1351795A1; KR20040014448A; US20060035100A1; DE60201067T2; DE02710828T1; DE60201067D1

Abstract

Una chapa para soldadura fuerte que comprende: una aleación de aluminio serie 4xxx de revestimiento para soldadura fuerte, una aleación de aluminio serie 3xxx como núcleo, y una aleación de aluminio de revestimiento interno, caracterizada porque dichas aleaciones tienen la siguiente composición: donde los porcentajes expresados en dicha composición se dan en peso, sobre la base del peso de dicha chapa para soldadura fuerte. **(Tabla)**.

Description

Chapa para soldadura y método.

Antecedentes de la invención Ámbito de la invención

La presente invención se refiere de manera general a materiales del tipo de chapa de aleación de aluminio para soldadura fuerte, incluyendo chapas para soldadura fuerte para la fabricación de tubos para soldar, y más particularmente a materiales del tipo chapa para soldadura con un revestimiento de aleación de aluminio resistente a la erosión/corrosión, como asimismo a métodos para su fabricación y uso.

Descripción de la técnica conexa

En el pasado reciente, los fabricantes de automóviles se han volcado cada vez más a la utilización de radiadores, colmenas de calefacción, evaporadores, condensadores y otros intercambiadores de calor hechos de aluminio, debido a las propiedades superiores del aluminio, especialmente en términos de resistencia, durabilidad, peso y resistencia a la corrosión. Los materiales del tipo intercambiados de calor de aluminio deben cumplir con varias propiedades exigentes a fin de ser aceptables para su uso a largo plazo en vehículos, incluyendo una adecuada transferencia de calor, alta resistencia para soportar presiones internas, resistencia a la corrosión ante los fluidos refrigerantes en el interior de las unidades, y resistencia a la corrosión externa ante la sal y otras sustancias químicas presentes en las carreteras.

Los intercambiadores de calor de aluminio están habitualmente conformados mediante la unión por soldadura de partes fabricadas a partir de componentes del tipo de chapa de aluminio recubierto, en los cuales uno de los materiales de recubrimiento es una aleación de aluminio de bajo punto de fusión, generalmente fabricada con aluminio serie 4xxx (ver JP-A 2000 297 996).

El material para la fabricación de tubos está generalmente conformado por material del tipo de chapa para soldadura fuerte. La selección de la composición del material para fabricar tubos se realiza habitualmente teniendo en cuenta aspectos diferentes de aquellos apropiados para la selección de la composición de los materiales de revestimiento, puesto que la parte del revestimiento interno del tubo está expuesta al anticongelante, agua u otros fluidos que circulan a través del interior de los tubos, mientras que el exterior de los tubos está expuesto a las mismas condiciones que las aletas, ya que los tubos están ubicados en el exterior del radiador o intercambiador de calor. Las aletas revestidas para soldadura fuerte han sido conformadas, por ejemplo, con AA3003. Ver, por ejemplo, Ortnas et al., Sagging Resistance of Braze Ciad Fin Material for Evaporators and Condensers (Resistencia a del Material del Tipo Aleta Revestida para Soldadura Fuerte para Evaporadores y Condensadores), Congreso Internacional & Exposición SAE, Detroit, MI, N° 960246, pág. 11-16 (1996).

Los materiales del tipo de chapa para soldadura fuerte, para su uso en intercambiadores de calor, pueden estar compuestos por múltiples capas. Ver, por ejemplo, la Patente U.S. N° 5.292.595, que revela un material de recubrimiento de 3 capas. Habitualmente, el material de aleación de aluminio para soldadura fuerte comprende un núcleo de aleación de aluminio que ha sido recubierto en uno o ambos lados con otras aleaciones a base de aluminio. Si estuvieran recubiertas en ambos lados, las aleaciones de revestimiento podrían ser de diferentes composiciones y espesores. La composición del núcleo y del revestimiento se selecciona cuidadosamente, y es importante para las propiedades del material tipo chapa para soldadura fuerte que de ella resulta. En el pasado, se han utilizado para la aleación del núcleo materiales tal como AA3005 y AA3003 (en peso, 0,05% de Cu, aproximadamente 1% de Mn, hasta 0,6% de Si, y hasta 0,7% de Fe) para aplicaciones tales como material para fabricar tubos de radiador, y sus superficies internas han sido cubiertas con una capa de revestimiento formada por otra aleación de aluminio tal como AA7072, por ejemplo. La AA7072 es una aleación de baja resistencia que incluye aproximadamente 1-1,5% de Zn, de modo que el revestimiento interno actúa para reducir la corrosión de la aleación del núcleo, mediante protección galvánica.

No obstante, existen problemas considerables en cuanto a la corrosión de las aleaciones tradicionales del núcleo del material para fabricar tubos, tanto desde el interior como desde el exterior del tubo. En particular, los problemas surgen en el interior de los tubos debido a la erosión/corrosión de la capa de revestimiento, lo cual sucede debido a la velocidad sumamente alta del refrigerante que se está moviendo a través de los tubos. García et al., en "Internal Corrosion/Erosion Testing of Welded Aluminum Radiator Tubes for Passenger Cars and Heavy Duty Trucks" (Ensayos de Corrosión/Erosión Interna en Tubos de Radiador de Aluminio Soldados para Automóviles de Pasajeros y Camiones para Trabajo Pesado), IMechE, pág. 257-265 (1995), investigaron las propiedades de la corrosión interna y la erosión/corrosión asociada con el interior de los tubos del radiador, en función del flujo de fluido.

Además, en los últimos años, la popularidad de los vehículos utilitarios deportivos (SUV), los vehículos para múltiples pasajeros y los camiones pesados se ha incrementado, como también se han incrementado las opciones adicionales que consumen potencia del motor, lo cual plantea mayores exigencias al intercambiador de calor. A fin de calentar/enfriar adecuadamente estos vehículos de mayor escala, los fabricantes de los vehículos se han limitado a aumentar el caudal del refrigerante que circula a través del intercambiador de calor, de modo tal de brindar un mayor enfriamiento/calentamiento con una unidad del mismo tamaño. Esto sucede porque el tamaño del intercambiador de calor puede ser ya su tamaño máximo, y como tal, la única manera de lograr resultados adecuados es incrementar el flujo de fluido a través de la unidad. Nuevamente, el aumento del fluido que circula a través de los tubos modificará a su vez la dinámica del interior de los tubos e incluso erosionará el interior, debido a las altas presiones y caudales que se producen en el tiempo.

Sería conveniente encontrar un material adecuado, del tipo de chapa para soldadura fuerte, y un método asociado, mediante los cuales pueda minimizarse el tamaño del intercambiador de calor, logrando al mismo tiempo propiedades aceptables en materia de resistencia a la erosión/corrosión interna.

Resumen de la invención

De conformidad con estos y otros objetos, se provee una chapa compuesta para soldadura fuerte, de acuerdo con la reivindicación 1.

Se proveen además métodos para preparar chapas para soldadura fuerte, según se describe en la presente, como asimismo métodos para el uso de los materiales del tipo chapa para soldadura fuerte, incluyendo su uso como material para fabricar tubos e intercambiadores de calor, como asimismo otras aplicaciones.

Otros objetos, características y ventajas de la invención se establecerán en la siguiente descripción, y en parte resultarán obvios a partir de la descripción, o podrán ser aprendidos mediante la práctica de la invención.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos anexos, que se incorporan a la especificación y forman parte de la misma, ilustran una realización actualmente preferida de la invención y, junto con la descripción general antes expuesta y la descripción detallada de la realización preferida que se brinda a continuación, sirven para explicar los principios de la invención.

La Figura 1 es un gráfico que muestra el efecto de los elementos de aleación sobre los potenciales de disolución del aluminio.

La Figura 2 muestra la microestructura post-soldadura fuerte y la estructura del grano de un material de la presente invención.

La Figura 3 muestra perfiles del potencial de corrosión de un material de acuerdo con la presente invención.

La Figura 4 muestra también perfiles del potencial de corrosión de un material de acuerdo con la presente invención.

La Figura 5 muestra un diagrama de flujo de proceso que ilustra un proceso aceptable para preparar materiales del tipo chapa para soldadura fuerte de acuerdo con la presente invención.

La Figura 6 muestra un aparato aceptable para pruebas de proceso, destinado a medir la corrosión/erosión interna de materiales del tipo intercambiador de calor.

La Figura 7 muestra otra vista de un aparato aceptable para pruebas de proceso, destinado a medir la corrosión/erosión interna de equipos del tipo intercambiador de calor.

Las Figuras 8 y 9 muestran representaciones gráficas de una reducción habitual de la corrosión/erosión obtenida por la presente invención, según se mide mediante la profundidad promedio de las picaduras y la profundidad máxima de las picaduras.

Descripción detallada de una realización preferida

Los problemas de corrosión interna son diferentes de los problemas de corrosión externa, puesto que la parte externa del intercambiador de calor está expuesta al aire ambiente y a las sustancias químicas presentes en las carreteras, tal como sal, azufre, humos y demás. El lado interno del intercambiador de calor no está expuesto al aire ambiente, sino solamente a los líquidos a presión, es decir, el refrigerante/anticongelante que circula a través del intercambiador de calor. El sistema está cerrado, y por consiguiente los factores que inciden en los problemas de corrosión del lado externo del intercambiador de calor no están necesariamente presentes. Los problemas asociados con los aspectos internos de la erosión/corrosión fueron investigados por García et al., antes citado, como asimismo por Palmer et al., en "Internal Corrosion Testing of Aluminum Radiator Tube Alloys" (Ensayos de Corrosión Interna en Aleaciones de Aluminio para Tubos de Radiadores), NACE International Paper N° 547 (1998).

Existen varios aspectos de la corrosión interna de los equipos del tipo intercambiador de calor. En primer lugar, existe una protección galvánica que puede ser facilitada mediante la adición de zinc (Zn) a la aleación de aluminio del revestimiento. Esto reducirá el potencial de disolución del revestimiento con relación al material del núcleo, de manera que se corroerá antes que el núcleo. La Figura 1 describe el efecto de los elementos de aleación sobre el potencial de disolución del aluminio en una solución de sal/peróxido de hidrógeno. Como puede verse en la Figura 1, la adición de Mn, Cu y Si eleva el potencial de disolución y de este modo hace que la aleación sea más catódica. La adición de zinc al aluminio disminuye el potencial de disolución, mientras que el magnesio reduce ligeramente el potencial de disolución, haciendo la aleación más anódica. A fin de hacer frente a la corrosión galvánica, debe incluirse uno u otro elemento para contrarrestar el efecto de la disminución del potencial de disolución que aportan los elementos de aleación o, como alternativa, debe elegirse un revestimiento o un material tipo aletas que se corroa primero a fin de proteger el núcleo. En muchos casos es conveniente incluir una capa de revestimiento interna que tenga una diferencia de potencial de disolución relativa de al menos 20-25 mV, si se la compara con el núcleo. Si la diferencia es menor de aproximadamente 20 mV, el revestimiento interno no tendrá un efecto tan conveniente al actuar como ánodo con respecto al núcleo; si la diferencia es mayor de aproximadamente 50-100 mV, entonces el revestimiento podría corroerse demasiado rápidamente.

Un segundo aspecto de corrosión asociado con los intercambiadores de calor es la corrosión por picadura. El inicio de las picaduras en el recubrimiento es ampliamente controlado por la diferencia de potencial entre la matriz de aluminio y las partículas gruesas intermetálicas de la segunda fase. La medición de las diferencias de potencial entre las partículas de la segunda fase y su matriz circundante es muy difícil. La Tabla 1 presenta los potenciales de disolución en una solución de sal/peróxido de hidrógeno para varios constituyentes de la segunda fase en el aluminio, junto con otras varias aleaciones de aluminio, con fines de comparación.

TABLA 1

1

Las partículas intermetálicas que son ya sea catódicas o anódicas con respecto a la matriz podrían ocasionar picaduras localizadas. Cuando la partícula es catódica con respecto a la matriz, la matriz circundante sufrirá una disolución preferencial y las partículas pueden ser barridas y sacadas, dejando así una picadura que puede seguir propagándose. Si la partícula es anódica con respecto a la matriz, la partícula misma sufrirá disolución, dejando en su lugar una picadura, la cual nuevamente puede propagarse aún más. La propagación de las picaduras también podría verse influenciada por la diferencia de potencial entre núcleo y recubrimiento. Por ejemplo, las partículas intermetálicas de hierro (Fe) poseen una gran diferencia de potencial con respecto a la matriz de aluminio, y de este modo constituirán sitios para la corrosión por picadura. La adición de manganeso (Mn) a la aleación recubierta, por ejemplo, servirá para reducir la aparición de picaduras, porque los precipitados de manganeso absorberán el hierro presente en la aleación y formarán un compuesto intermetálico manganeso/hierro que está caracterizado por un potencial de electrodo muy cercano al de la matriz de aluminio. Esto reduce la tendencia del núcleo de aluminio a picarse.

Un tercer aspecto de la corrosión se refiere al efecto de erosión/corrosión del fluido refrigerante que circula a través del intercambiador de calor, debido a la alta velocidad inherente del fluido. A fin de reducir este efecto de erosión /corrosión, sería conveniente contar con un material de alta resistencia utilizado como recubrimiento, de modo tal de minimizar la descomposición de la capa de recubrimiento con el tiempo. La inclusión de un material de alta resistencia para ser utilizado como recubrimiento serviría también para reducir el peso total del intercambiador de calor, puesto que el material de recubrimiento mismo funcionaría de modo tal de incrementar la resistencia de los tubos. Teniendo todo esto en cuenta, la presente invención provee una chapa para soldadura fuerte y métodos asociados, por medio de los cuales el revestimiento interno que está expuesto al refrigerante y a elevadas velocidades y presiones asociadas con él presenta una composición que sigue brindando resistencia a la corrosión sin aumentar el tamaño general del intercambiador de calor.

Las chapas para soldadura fuerte utilizada en tubos de radiadores de aluminio son materiales compuestos que por lo general se componen de dos o tres aleaciones de aluminio que están unidas por laminado para formar una sola chapa. Una aleación (por lo general 5-15 por ciento del espesor del material compuesto) comprende preferentemente una aleación de revestimiento para soldadura fuerte, con alto contenido de silicio, que actúa como superficie exterior a fin de proveer un material de relleno para la formación de juntas durante el proceso de soldadura fuerte. Esta aleación puede ser preferentemente de 10 a 50 \mum, más particularmente de 15 a 30 \mum de espesor. La aleación del material compuesto que está expuesto a la solución refrigerante es habitualmente ya sea la aleación del núcleo expuesto o una aleación de revestimiento interno (por lo general 5-15 por ciento del espesor del material compuesto) con un espesor de 10 a 50 \mum, de mayor preferencia 15 a 30 \mum, lo cual representa una ventaja. El revestimiento interno que se agrega presenta la ventaja de mejorar la resistencia a la corrosión debida a los fluidos refrigerantes. Es el revestimiento interno que se incluye, por lo menos en parte, a fin de minimizar los problemas debidos a la erosión/corrosión en el interior del tubo que se desarrollan debido a la velocidad sumamente alta del refrigerante que se está moviendo a través del tubo.

De conformidad con la presente invención, puede utilizarse para el núcleo cualquier material de aluminio serie 3xxx. El núcleo está provisto de materiales con dos capas de recubrimiento que pueden prepararse de conformidad con técnicas conocidas. Por ejemplo, los materiales pueden prepararse mediante la técnica que se muestra en la Figura 5 anexada a la presente. En general, un lado del material compuesto a base de aluminio va revestido con una aleación de aluminio que comprende Zn en una cantidad de 1,3 a 1,5%, y Mn en una cantidad de 0,7 a 1,5%, y ventajosamente de 1,1 a 1,5%.

Luego de revestir el material de base con ambas capas de recubrimiento, el material de base para la soldadura fuerte es laminado, utilizando técnicas convencionales, hasta obtener el espesor deseado. Luego del laminado, el material para soldadura fuerte puede ser recocido en una atmósfera de nitrógeno para eliminar los efectos residuales del endurecimiento de trabajo asociados con el laminado, y luego el material puede ser estampado para su uso en su configuración final, por ejemplo un intercambiador de calor. Naturalmente, también son posibles otros usos del presente material, como resultará muy evidente para aquellos expertos en la técnica. De acuerdo con la invención, resulta particularmente ventajoso emplear un revestimiento de aluminio serie 4xxx en el otro lado del núcleo, tal como una aleación de aluminio que incluya de 6,0 a 13% de Si.

De acuerdo con la invención, la chapa para soldar presenta la siguiente composición:

2

Además, el uso de Mn en la mayoría de las realizaciones debería preferentemente ser mayor del 1,0%. Al emplear Mn en un recubrimiento que actúa como revestimiento interno en una cantidad mayor del 1,0%, sobre un material tipo 3xxx para el núcleo, el revestimiento interno supera inesperadamente el comportamiento de aquellos materiales en los cuales el Mn se halla presente en cantidades menores.

En algunas realizaciones de la presente invención, es posible lograr una reducción de la erosión/corrosión, según se mide por medio de la profundidad promedio de las picaduras, en micrones, o por la profundidad máxima de las picaduras, ambas en función de la velocidad del fluido en m/s; tal reducción es de 5% hasta 50%, y de hasta 90%. En muchos casos, pueden obtenerse reducciones de 25% a 90%. En las unidades intercambiadoras de calor podrían utilizarse quizás velocidades del fluido de hasta 5 m/s o incluso mayores. En la mayoría de los casos, las velocidades del flujo de fluido serán de hasta aproximadamente 1,0 m/s o de hasta aproximadamente 2,6 m/s. En efecto, el material de la invención presenta en una realización una profundidad máxima de picadura de sólo aproximadamente el 35% de la profundidad máxima del material no revestido, y aproximadamente 50% de la profundidad máxima de picadura en el material con aleación de aluminio AA7072. Esto significa que, al comparar con la aleación de aluminio AA7072, el material inventivo de la presente invención presenta una profundidad máxima de picadura, a velocidades mayores de 0,9 m/s, que es hasta un 90% menor que la profundidad máxima asociada con un revestimiento interno de AA7072 a la misma velocidad del fluido. De conformidad con otra realización, la profundidad de picadura promedio del material de la invención es de aproximadamente 50% del promedio del material no revestido, y aproximadamente 85 – 90% de la profundidad de picadura promedio del material recubierto con AA7072.

En todos los casos, las reducciones de la erosión/corrosión en el interior del tubo son totalmente inesperadas y están ampliamente basadas en el uso de un material de revestimiento que contiene de 0,7 - 1,5% de Zn y de 0,7 - 1,5% de Mn.

Ejemplos Ejemplo 1

Se ensayaron ocho materiales compuestos a base de aluminio, utilizando como aleación de revestimiento lo siguiente:

1): 7072

2): 1145

3): 3003 + Zn

4): 3003 - bajo contenido de Fe

5): 3005

6): sin revestimiento interno

Las composiciones específicas de la aleación del revestimiento interno y las denominaciones de estos materiales se presentan en la Tabla 2, designadas como CA1 a CA6, y VB1 y VB2. También se ensayaron dos radiadores de aluminio de uso comercial, cuyos tubos fueron fabricados con los materiales CA1 y CA6. La denominación CA indica que la operación de soldadura fuerte fue realizada en una atmósfera controlada (nitrógeno anhidro) y la denominación VB indica que la operación de soldadura fuerte fue realizada en vacío. Se prepararon tres materiales compuestos adicionales CA7 - CA9, de manera similar a CA5 y CA6.

TABLA 2

3

Estos materiales, con excepción de la aleación CA3, se obtuvieron en forma de chapa previamente soldada. La aleación CA3 fue recibida en forma de material de base para la fabricación de tubos, soldado posteriormente, que fue retirado de un radiador de aluminio estándar que había sido utilizado en condiciones experimentales a los fines del presente ensayo.

Procedimiento de soldadura fuerte para las aleaciones soldadas CAB

Las aleaciones CA1 a CA6 fueron soldadas en dos condiciones, a saber aplicando un fundente de uso común a base de fluoroaluminato de potasio en ambos lados de las chapas, y aplicando este fundente sólo en el revestimiento para soldar, con una carga de fundente de cinco gramos por metro cuadrado. Las muestras que fueron soldadas con fundente en ambos lados de la chapa simularon las condiciones de producción, en la cual el fundente con el que se rocía se deposita en las superficies internas de los tubos del radiador. Esto sucede habitualmente a lo largo de las primeras pulgadas de los extremos expuestos de los tubos que son rociados con el fundente, a medida que el radiador se desplaza por una cinta transportadora hacia el horno de soldadura. Las aleaciones CA7 - CA9 son soldadas de manera similar a las CA5 y CA6.

Todas las aleaciones CAB, excepto la CA3, fueron soldadas de acuerdo con el siguiente ciclo de soldadura: la temperatura de la muestra para soldar se incrementó de 450°F (232°C) a 1000°F (538°C) en diez minutos. La temperatura se incrementó nuevamente de 1000°F (538°C) a 1095°F (591°C) en seis minutos. La temperatura se mantuvo a 1096°F (591°C) durante 3 minutos. La temperatura disminuyó de 1095°F (591°C) a 1060°F (571°C) en un minuto, y las muestras se retiraron del horno y se enfriaron con aire cuando la temperatura desciende por debajo de 1060°F (571°C). Las chapas para soldar colocadas en el horno medían ya sea 150 mm por 250 mm ó 50 mm por 280 mm, según el material que estaba disponible. Luego de la soldadura fuerte en el horno, las chapas para soldar se cortaron y se obtuvieron así muestras para ser ensayadas en un aparato con circuito de prueba de conformidad con la norma ASTM D2570-91, Método de Ensayo Estándar para Prueba Simulada de Corrosión de Refrigerante de Motores en Servicio.

La Tabla 3 expresa los resultados del daño por corrosión encontrado para cada muestra.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 3

6

Aunque en la Tabla 3 puede verse que la CA6, que incluye 1% de Mn y 1% de Zn, tuvo muy buenos resultados en términos de diámetro de las picaduras y profundidad máxima de las picaduras, las aleaciones CA7 - CA9 superarían el comportamiento del material CA6, debido al mayor porcentaje de Mn que se incluye. Un revestimiento que contiene Mn presenta un comportamiento significativamente mejor que un revestimiento que contiene solamente Zn. Cuando no se utiliza revestimiento interno y el núcleo queda expuesto, podría existir un comportamiento satisfactorio para algunos aspectos, pero no existe protección catódica.

Ejemplo 2

Las Figuras 6 y 7 muestran ejemplos de equipos de ensayo que incluyen la metodología para reproducir la dinámica de la corrosión/erosión. Este equipo de ensayo fue diseñado de conformidad con la norma ASTM D2570-91, Método de Ensayo Estándar para Prueba Simulada de Corrosión de Refrigerante de Motores en Servicio. En este caso, el tanque está hecho de aluminio para simular un bloque de motor de aluminio, la bomba es de plástico y la celda de ensayo tiene un diseño destinado a asegurar un flujo laminar.

Con respecto a la velocidad, el caudal se mide y se indica en litros por minuto ("lpm") que pasan a través de accesorios de 38 mm. En ambas mitades del sistema se incorporan válvulas esféricas, de modo que el sistema pueda alcanzar un máximo de aproximadamente 100 lpm y un mínimo según se desee, simplemente cerrando las válvulas. El caudal de refrigerante puede ajustarse de manera que las muestras para ensayo sean expuestas a un caudal equivalente por unidad de área superficial, como si fuera el radiador. La combinación inventiva de un material compuesto por al menos 3 capas, una de las cuales es un revestimiento interno que incluye de 1,3 a 1,5% de Zn y de 0,7 a 1,5% de Mn, de manera tal que se forme un tubo de un intercambiador de calor, en cuyo interior se halla presente el revestimiento interno, es lo que causa el aumento de la resistencia a la erosión/corrosión en el interior del tubo. Como tal, los productos del tipo intercambiador de calor pueden ser adaptados para su funcionamiento con mayores velocidades del fluido de hasta 10 m/s o incluso mayor (con mayor frecuencia de hasta 3 m/s, o de hasta 1,5 m/s), permitiendo así dar menores dimensiones a las unidades intercambiadoras de calor, puesto que las velocidades más altas del fluido aumentan el rendimiento del intercambiador de calor.

Se ensayó conjuntamente el efecto de dos velocidades del fluido sobre la profundidad de las picaduras de 4 muestras de un material. Para este ensayo, la composición del fluido utilizado en el circuito de prueba fue agua OY, que se define como:

Con base en agua

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+ 1 94,6 ppm Cl^{-} (cloruro)

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+ 60 ppm (SO_{4})_{2}^{-} (sulfatos)

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+ 1 ppm Cu_{2+}, (ion cobre (II))

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+ 20 ppm Fe_{3+}, (ion hierro (III)

La temperatura de ensayo fue de 95°C (\sim200°F)

Se realizó una comparación entre un revestimiento interno de 0,10 - 0,40% de Si, 0,7% máx. de Fe, 0,05 - 0,20% de Cu, 1,0 - 1,3% de Mn, 0,05% máx. de Mg, 1,3 - 1,5% de Zn, 0,05% máx. de Ti ("Revestimiento A"), un material sin revestimiento interno ("Sin Revestimiento"), y un material con un revestimiento interno 7072 de la técnica anterior que contiene 0,2% máx. de Si, 0,4% máx. de Fe, 0,02% máx. de Cu, 0,10% máx. de Mn, 0,10% máx. de Mg, 0,9 - 1,3% de Zn y 0,05% máx. de Ti ("Revestimiento B"). A una velocidad del fluido de aproximadamente 0,99 m/s, el Revestimiento A y el material sin revestimiento fueron ensayados dos veces.

Existen dos métodos aceptados para la medición de la profundidad de las picaduras, la diferencia focal (FD) y el Análisis de Imagen (IA). Por lo general, el FD da los resultados más exactos, pero se realizaron los dos ensayos para que el análisis fuera más completo.

Se midió en cada muestra la profundidad de las 5 picaduras más profundas. Se realizó un total de 20 mediciones en cada punto de obtención de datos. Duración del ensayo: 250 horas

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TABLA 4

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TABLA 5

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TABLA 6

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A partir de una comparación de los datos sobre la profundidad de las picaduras de los tres materiales a 0,94 m/s y 2,36 m/s, el Revestimiento A resultó ser ampliamente mejor entre los tres materiales ensayados. El material sin ningún revestimiento resultó el peor. Es importante analizar los resultados en cuanto a la profundidad de las picaduras a mayores velocidades del fluido, puesto que se cree que una mayor velocidad del fluido (por ejemplo, de hasta aproximadamente 3,0 m/s) es lo que ocasiona daño crítico a las unidades intercambiadoras de calor durante el uso (y también porque en la industria existe una tendencia a utilizar mayores caudales). En efecto, el Revestimiento A de la invención presentó una profundidad máxima de las picaduras que fue sólo de aproximadamente el 35% de la profundidad máxima del material sin revestimiento, y aproximadamente el 50% de la profundidad máxima de las picaduras en el material con el Revestimiento B. Esto significa que cuando se lo compara con la AA7072, el material inventivo de la presente invención presenta una profundidad máxima de picaduras, a velocidades mayores de 0,94 m/s, que es de hasta un 90% inferior a la profundidad máxima asociada con un revestimiento interno de aleación de aluminio AA7072 a la misma velocidad del fluido. La profundidad promedio de las picaduras del material con Revestimiento A fue de aproximadamente 50% del promedio del material sin revestimiento, y de aproximadamente 85 - 90% del promedio que se muestra para el material con revestimiento B. Además, según se midió utilizando un método de diferencia focal que está bien establecido en la técnica, el revestimiento interno de la invención presentó en un ensayo una profundidad de picadura promedio de 37 \mum y una profundidad máxima de picadura de 44 \mum a una velocidad del fluido de aproximadamente 0,94 m/s. En un segundo ensayo, el revestimiento interno de la invención presentó una profundidad de picadura promedio de 25 \mum y una profundidad de 34 \mum para la picadura más profunda. Como tal, a 0,94 m/s, puede esperarse que los materiales preparados utilizando un revestimiento interno de la presente invención tengan una profundidad máxima de picadura de 30 a 50 \mum, en particular de 34 a 44 \mum. Obsérvese que por lo general, la profundidad máxima de picadura es utilizada para determinar la aptitud de un material para un uso final específico, puesto que para que un producto final tal como un intercambiador de calor o similar comience a presentar fugas bastará que una sola picadura se extienda a través de la superficie.

Para velocidades del fluido de 2,36 m/s, la profundidad máxima de picadura de los materiales preparados utilizando el revestimiento interno de la invención variará por lo general entre 10 y 50 \mum, en particular entre 30 y 50 \mum, y en una realización, será de aproximadamente 40 \mum. La profundidad de picadura promedio a 2, 36 m/s variará por lo general entre 10 y 30 \mum, y en particular aproximadamente 26 \mum. Cabe destacar que los materiales preparados utilizando el presente revestimiento interno presentan virtualmente un pequeño cambio en la profundidad máxima de picadura o la profundidad de picadura promedio para velocidades del fluido de 0,94 m/s a 2,36 m/s. No obstante, los materiales sin ningún revestimiento o los materiales que utilizan AA7072 como revestimiento interno tienen una profundidad de picadura máxima y promedio mucho mayor a velocidades de 2,36 m/s, si se compara con las velocidades de 0,94 m/s. También cabe destacar que los materiales preparados utilizando el revestimiento interno de la invención presentan una profundidad de picadura promedio a 2,36 m/s que es menor que a 0,94 m/s. Esto es totalmente inesperado, puesto que alguien experto en la técnica habría pensado que la profundidad de picadura promedio se vería incrementada en caso de una mayor velocidad del fluido (ver la Tabla 5 y la Tabla 6). Esto no sucede cuando se emplea un revestimiento interno de una realización de la presente invención. Ver las Figuras 8 y 9 que ejemplifican los resultados logrados de conformidad con la presente invención en términos del efecto que tiene el aumento de la velocidad del flujo de fluido sobre la profundidad de las picaduras.

Claims

1. Una chapa para soldadura fuerte que comprende: una aleación de aluminio serie 4xxx de revestimiento para soldadura fuerte, una aleación de aluminio serie 3xxx como núcleo, y una aleación de aluminio de revestimiento interno, caracterizada porque dichas aleaciones tienen la siguiente composición:

donde los porcentajes expresados en dicha composición se dan en peso, sobre la base del peso de dicha chapa para soldadura fuerte.

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2. Una chapa para soldadura fuerte según la reivindicación 1, caracterizada porque el contenido de Mg de la aleación del núcleo es de 0,15% como máximo.

3. Una chapa para soldadura fuerte según la reivindicación 1, caracterizada porque el contenido de Mg de la aleación del núcleo es de: 0,15 - 0,60%.

4. Una chapa para soldadura fuerte según la reivindicación 1, caracterizada porque se le ha dado forma de tubo de intercambiador de calor.

5. Una chapa para soldadura fuerte según la reivindicación 1, caracterizada porque se le ha dado forma de material para fabricar tubos para soldar.

6. Un método para reducir la corrosión y/o erosión asociada con la velocidad del fluido en el interior de los tubos de un intercambiador de calor, caracterizado porque comprende: proveer un material del tipo de chapa para soldadura fuerte que incluye una aleación de revestimiento de aluminio serie 4xxx, una aleación de aluminio serie 3xxx y una aleación de aluminio de revestimiento interior con la siguiente composición (% en peso):

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y conformar un tubo de intercambiador de calor, donde dicha aleación de revestimiento interior está presente en el interior de dicho tubo de intercambiador de calor.

7. Un método según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho método brinda una reducción de la erosión/corrosión del 10% al 60%, en comparación con la AA7072, según se mide por medio de la profundidad máxima de picadura en micrones, para velocidades del fluido de 0,9 m/s a 3,0 m/s.

8. Un método según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho método brinda una reducción de la erosión/corrosión del 10% al 60%, en comparación con la AA7072, según se mide por medio de la profundidad de picadura promedio en micrones, para velocidades del fluido de hasta 5,0 m/s.

9. Un método según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho método brinda una reducción de la erosión/corrosión del 10% al 60%, en comparación con la AA7072, según se mide por medio de la profundidad máxima de picadura en micrones, para velocidades del fluido de hasta 5 m/s.

10. Un intercambiador de calor caracterizado porque comprende una parte hecha con una chapa para soldadura fuerte según la reivindicación 1.

11. Un material para la fabricación de tubos para soldar según la reivindicación 5, caracterizado porque no presenta ninguna diferencia considerable en cuanto a profundidad de picadura máxima y/o promedio, luego de ser expuesto a velocidades del fluido de 0,94 m/s a 2,36 m/s durante 250 horas.

12. Un material para la fabricación de tubos para soldar según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho material para la fabricación de tubos presentará una profundidad máxima de picadura de hasta 40 \mum cuando esté expuesto a un fluido con una velocidad de 2,36 m/s durante 250 horas.