ES2259054T3 - Procedimiento para soldar con gas inerte un producto chapado que comprende una pieza soporte de acero y un revestimiento metalico anticorrosivo. - Google Patents
Procedimiento para soldar con gas inerte un producto chapado que comprende una pieza soporte de acero y un revestimiento metalico anticorrosivo.Info
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Abstract
Procedimiento de fabricación de una pieza de ensamblaje o de un elemento de dispositivo químico que comprende una pieza soporte de acero (2) y un revestimiento metálico anticorrosivo (3) de un material que pertenece al grupo que abarca el tántalo y sus aleaciones, el titanio y sus aleaciones y el zirconio y sus aleaciones, que comprende por lo menos una operación de soldadura bajo atmósfera controlada, utilizando por lo menos un material de soldadura (4), de manera que se establezca un enlace mecánico entre por lo menos una parte determinada del soporte (2) y por lo menos una parte determinada del revestimiento (3), estando dichas partes determinadas de la pieza soporte y del revestimiento denominadas también a continuación superficies de unión, comprendiendo dicha operación de soldadura: - la interposición de por lo menos un material de soldadura (4) entre por lo menos una parte determinada de la pieza soporte (2) y por lo menos una parte determinada del revestimiento anticorrosivo (3), demanera que se forme un ensamblaje inicial (5); - la introducción del ensamblaje inicial en una cámara con atmósfera controlada (10) provista de un medio de calefacción (11); - el calentamiento de dicho conjunto (5) hasta una temperatura por lo menos igual a la temperatura de soldadura de dicho material de soldadura (4). caracterizado porque la operación de soldadura comprende la sustitución de la atmósfera en dicha cámara por un gas inerte y se ejerce una presión de chapado en dicho ensamblaje inicial (5) antes y/o durante dicho calentamiento de modo que la pieza de soporte y el revestimiento anticorrosivo estén apretados una contra el otro y de modo que comprima dicho material de soldadura.
Description
Procedimiento para soldar con gas inerte un
producto chapado que comprende una pieza soporte de acero y un
revestimiento metálico anticorrosivo.
La invención se refiere a los dispositivos de
manipulación, de almacenamiento y de tratamiento de productos
químicos destinados a las industrias químicas. Se refiere en
particular a los mezcladores, los dispositivos de tratamiento y los
dispositivos de transporte aptos para manipular productos altamente
corrosivos, tales como ácidos o bases concentradas. En la presente
solicitud, la expresión "elemento de dispositivo químico"
designa especialmente, de manera colectiva, los recintos de
almacenamiento, los depósitos, los intercambiadores de calor, los
reactores, los mezcladores, los dispositivos de tratamiento y los
dispositivos de transporte.
La invención se refiere más específicamente a un
procedimiento de fabricación de una pieza de ensamblaje o de un
elemento de dispositivo químico de una pieza de ensamblaje que
comprende por lo menos una pieza soporte de acero y un
revestimiento metálico anticorrosivo de conformidad con el preámbulo
de la reivindicación 1 (véase, por ejemplo,
US-A-4 291 104).
Las industrias químicas utilizan numerosos
elementos de dispositivo químico que son susceptibles de manipular,
almacenar y/o tratar productos químicos altamente corrosivos y que
por consiguiente deben ser aptos para resistir al ataque de estos
últimos.
Con el fin de garantizar un buen comportamiento
a la corrosión, los elementos de dispositivo químico incluyen la
mayor parte de las veces unas piezas de soporte de acero y un
revestimiento metálico anticorrosivo a base de metales denominados
"nobles", tales como el titanio, el tántalo, el zirconio, una
aleación con base de níquel o de acero inoxidable. Los elementos de
dispositivo químico pueden ser fabricados mediante ensamblaje de
piezas de ensamblaje, tales como placas, previamente revestidas de
un revestimiento metálico anticorrosivo. El revestimiento
anticorrosivo puede estar fijado a la pieza de soporte de diferentes
maneras, como puede ser mediante moleteado, explosión ("explosion
clad"), calandrado en caliente o simple recubrimiento sin juntura
entre la placa y el revestimiento anticorrosivo.
Ciertas aplicaciones, tales como los
dispositivos a baja presión interna, requieren una unión fuerte
entre la pieza de soporte de acero y el revestimiento anticorrosivo,
es decir una unión que presenta una gran resistencia al desgarrado,
de manera que se evite la separación entre éstos que podría, por
ejemplo, conducir a un desmoronamiento ("collapsing" en
inglés) del revestimiento anticorrosivo. El moleteado, la explosion
clad y el calandrado permiten obtener unas uniones
pieza/revestimiento muy fuertes pero estas técnicas no pueden ser
utilizadas cuando el grosor del revestimiento anticorrosivo es
inferior a 0,7 mm.
El solicitante ha buscado por lo tanto un método
susceptible de implantación industrial para fijar sólidamente un
revestimiento anticorrosivo de poco grosor en una pieza de soporte
de acero.
La invención tiene por objeto un procedimiento
de fabricación de una pieza de ensamblaje o de un elemento de
dispositivo químico que comprende una pieza soporte de acero y un
revestimiento metálico anticorrosivo tal como está definido en la
reivindicación 1.
El solicitante ha constatado que el
procedimiento de la invención permite fijar sólidamente en una
pieza metálica de acero un revestimiento anticorrosivo que tiene un
grosor inferior a 1 mm, hasta incluso inferior a 0,5 mm,
eventualmente inferior o igual a 0,3 mm.
La figura 1 ilustra de manera esquemática un
producto chapado según la invención.
La figura 2 ilustra de manera esquemática un
modo de realización del procedimiento de la invención.
Según la invención, el procedimiento de
fabricación de un producto chapado (1) que comprende una pieza
soporte de acero (2) y un revestimiento metálico anticorrosivo (3)
está caracterizado porque comprende por lo menos una operación de
soldadura en condición de atmósfera controlada, utilizando por lo
menos un material de soldadura (4), de manera que se establezca un
enlace mecánico entre por lo menos una parte determinada del
soporte (2) y por lo menos una parte determinada del revestimiento
(3).
Dichas partes determinadas son denominadas
superficies de unión. El enlace entre el soporte y el revestimiento
puede ser establecida por varias superficies de uniones. La o las
superficies de uniones son ventajosamente tratadas previamente,
antes de la operación de soldadura, de manera que se eliminen,
especialmente, los óxidos de superficie. Por ejemplo, se puede
efectuar por lo menos un tratamiento elegido entre los tratamientos
químicos, electroquímicos, físico-químicos y
mecánicos (tal como un decapado químico o electroquímico, un
mecanizado o un lijado). Estos tratamientos pueden ser
combinados.
Con el fin de aumentar la solidez del enlace, el
procedimiento según la invención también puede comprender el
depósito de por lo menos una capa apta para mejorar la adherencia
del material de soldadura. El depósito puede ser efectuado por vía
química, por vía electrolítica o en fase vapor (depósito químico en
fase vapor o físico en fase vapor). Dicha capa es típicamente
metálica, por ejemplo de titanio o de cobre. El depósito puede ser
efectuado en la pieza soporte (2), en el revestimiento metálico (3),
o en los dos. El depósito se efectúa antes de la operación de
soldadura.
La operación de soldadura comprende el
acercamiento de dichas partes determinadas de manera que se obtenga
un espaciado D que es preferentemente elegido de manera que se evite
la formación de burbujas de gas o de defectos de unión entre las
superficies de unión durante la operación de soldadura. El espaciado
D es típicamente inferior a 0,1 mm. El valor deseado para el
espaciado D se obtiene mediante aplicación de una presión de
chapado en el soporte y el revestimiento.
La atmósfera controlada es un gas inerte (como
puede ser un gas raro (típicamente argón o helio) o nitrógeno, o
una mezcla de éstos).
En el modo de realización de la invención, dicha
operación de soldadura en condición de atmósfera controlada
comprende:
- -
- la interposición de por lo menos un material de soldadura (4) entre la pieza de soporte de acero (2) y el revestimiento anticorrosivo (3), de manera que se forme un ensamblaje inicial (5);
- -
- la aplicación de una presión de chapado sobre dicho ensamblaje inicial (5);
- -
- la introducción del ensamblaje inicial en una cámara con atmósfera controlada (10), provista de un medio de calefacción (11) tal como una resistencia;
- -
- el control de la atmósfera en la cámara (10) (y por lo tanto cerca de dicho ensamblaje), mediante la sustitución de la atmósfera en dicha cámara por un gas inerte;
- -
- el calentamiento de dicho conjunto (5) hasta una temperatura por lo menos igual a la temperatura de soldadura de dicho material de soldadura (4).
La temperatura de soldadura, que es típicamente
igual a la temperatura de fusión del material de soldadura, es tal
que el material funde y produce una unión íntima con el elemento con
el que está en contacto (pieza de soporte de acero y/o revestimiento
anticorrosivo).
El material de soldadura está preferentemente
repartido uniformemente entre la pieza de soporte y el
revestimiento anticorrosivo con el fin de obtener una capa de unión
uniforme y aumentar la superficie de contacto entre estos dos
elementos.
La interposición del material de soldadura (4)
entre la pieza de soporte (2) y el revestimiento anticorrosivo (3)
puede hacerse en dos etapas. En particular, la interposición puede
comprender:
- -
- el depósito del material de soldadura (4) en la pieza de soporte (2), en ángulo recto con la superficie denominada "de unión";
- -
- el posicionamiento del revestimiento anticorrosivo (3) sobre la pieza de soporte (2), de manera que se forme dicho ensamblaje inicial (5).
En algunos casos, puede ser ventajoso efectuar
en primer lugar el depósito del material de soldadura (4) sobre el
revestimiento anticorrosivo (3), en ángulo recto con la superficie
denominada "de unión", y posicionar luego la pieza de soporte
(2) sobre el revestimiento anticorrosivo, de manera que se forme
dicho ensamblaje inicial (5).
Se aplica una presión mecánica de chapado en
dicho ensamblaje antes y/o durante dicho calentamiento. Se ejerce
esta presión de chapado de modo que la pieza de soporte y el
revestimiento anticorrosivo estén apretados una contra el otro y de
modo que comprima el material de soldadura.
El revestimiento metálico anticorrosivo (3) es
de titanio, de una aleación de titanio, de tántalo, de una aleación
de tántalo, de zirconio o de una aleación de zirconio.
El material de soldadura (4) puede ser una
aleación fundible (típicamente una aleación eutéctica) o un metal
fundible. Dicho material (4) contiene eventualmente un fundente. Es
ventajoso que el material de soldadura pueda propagarse en el
elemento con el que está en contacto, lo cual permite asegurar una
unión muy fuerte entre dichos elementos. El material de soldadura
se presenta típicamente en forma de polvo, de un fleje o de un
enrejado. En sus ensayos, la solicitante ha constatado que el
enrejado presenta la ventaja de compensar eficazmente las eventuales
variaciones del espaciado D entre las superficies de unión.
Cuando el revestimiento (3) es de tántalo o de
una aleación de tántalo, el material de soldadura (4) está
típicamente compuesto por níquel, cromo, silicio o boro o una mezcla
o una aleación de éstos, tal como una aleación del tipo BNi que
contiene níquel y boro (según la clasificación ASTM), tal como
Ni-14Cr-3B-4,5Si-4Fe,
Ni7Cr-3B-4,5Si-3Fe
o
Ni-2B-3,5Si-1,5Fe.
En estos casos, la temperatura de soldadura se sitúa típicamente
entre 1000 y 1050ºC. El material de soldadura (4) puede ser también
un material (tal como una aleación o una mezcla) con una base de
plata que contiene litio, cobre, aluminio, cinc y/o estaño.
Cuando el revestimiento (3) es de titanio o de
una aleación de titanio, el material de soldadura (4) es
típicamente un material (tal como una aleación o una mezcla) con una
base de plata que contiene litio, cobre, aluminio, cinc y/o estaño,
o una aleación con una base de titanio, tal como TiNi, TiZrBe,
48Ti-48Zr-4Be o
43Ti-43Zr-12Ni-2Be.
Cuando el revestimiento (3) es de zirconio o de
una aleación de zirconio, el material de soldadura (4) es
típicamente una aleación con una base de zirconio, de cobre o de
níquel, tal como Zr-5Be,
Cu-20Pd-3In,
Ni-20Pd-10Si,
Ni-30Ge-13Cr o
Ni-6P. El material de soldadura (4) también puede
ser un material (tal como una aleación o una mezcla) con una base de
plata que contiene litio, cobre, aluminio, cinc y/o estaño.
Las piezas de soporte de acero y los
revestimientos anticorrosivos pueden tomar la forma de placas.
Estos elementos, que pueden ser recortados previamente, son
típicamente planos, pero pueden ser de formas abombadas,
semicilíndricas u otras. Los elementos pueden ser igualmente
formados antes de unirlos mediante soldadura. También es posible
efectuar la soldadura en un elemento de dispositivo químico con la
ayuda de revestimientos metálicos anticorrosivos que tengan una
forma apropiada.
El acero utilizado es generalmente un acero al
carbono, y preferentemente un acero al cromo. Es particularmente
ventajoso utilizar un acero cuyo coeficiente de dilatación térmica
sea próximo al del revestimiento anticorrosivo, es decir que,
ventajosamente, la diferencia entre el coeficiente de dilatación
térmica de dicho acero y el coeficiente de dilatación del
revestimiento anticorrosivo sea inferior a un 20%, y preferentemente
inferior a un 10%. Más precisamente, el coeficiente de dilatación
térmica de dicho acero es igual al de dicho revestimiento \pm un
20%, y preferentemente \pm un 10%.
La pieza soporte (2) y/o el revestimiento
anticorrosivo pueden presentarse en forma de placa o de chapa.
Dicho producto chapado (1) puede ser una pieza
de ensamblaje o un elemento de dispositivo químico.
Ensayos
1
Se han realizado unos ensayos de fabricación,
mediante soldadura al vacío, de piezas de ensamblaje a partir de
placas de acero al carbono y de revestimientos anticorrosivos de
tántalo. El material de soldadura era una aleación BNi de la
clasificación ASTM, con una base de níquel y que contiene boro,
cromo y silicio.
Los valores de resistencia al desgarrado
observados en el transcurso de estos ensayos se situaban entre los
obtenidos en las piezas de ensamblaje producidas mediante explosion
clad y los obtenidos en unas piezas de ensamblaje producidas
mediante moleteado.
El solicitante ha constatado que la profundidad
de propagación del material de soldadura en el elemento de tántalo
era del orden de 10 a 20 \mum, de modo que la resistencia a la
corrosión del revestimiento de tántalo no se ve afectada por esta
propagación.
Ensayos
2
También se han realizado unos ensayos de
fabricación, mediante soldadura al vacío, de piezas de ensamblaje a
partir de placas de acero al carbono y de revestimientos
anticorrosivos de tántalo, o de titanio, utilizando un material de
soldadura con una base de plata y de cobre.
Unas pruebas de plegado y de punzonado (radio de
curvatura que varía de 30 mm a 100 mm) han mostrado la ausencia de
ruptura o de decohesión de la junta de soldadura que presentaba una
dureza relativamente baja (110 Hv). Por otro lado, se ha realizado
un calandrado en unas placas de titanio de dimensiones (1 m x 1 m),
con un radio de curvatura de 150 mm, sin alteración de la calidad
del enlace (incluso a nivel microscópico).
Es más, el solicitante ha constatado una
profundidad de propagación del material de soldadura (4) inferior a
60 \mum en el revestimiento anticorrosivo (3), de modo que la
resistencia a la corrosión no se ve afectada por esta
propagación.
Los productos chapados que se obtienen con el
procedimiento de la invención presentan la ventaja de una gran
conductividad térmica transversal gracias a una unión estrecha entre
pieza de soporte y revestimiento anticorrosivo en la mayor parte de
la superficie de unión, lo cual no es el caso de una unión obtenida,
por ejemplo, mediante moleteado que sólo produce cordones de unión.
Una conductividad térmica transversal es particularmente ventajosa
en los dispositivos químicos que comprenden unos medios de
transferencia térmica como puede ser un intercambiador o una doble
envoltura de enfriamiento o de calefacción.
Claims (17)
1. Procedimiento de fabricación de una
pieza de ensamblaje o de un elemento de dispositivo químico que
comprende una pieza soporte de acero (2) y un revestimiento metálico
anticorrosivo (3) de un material que pertenece al grupo que abarca
el tántalo y sus aleaciones, el titanio y sus aleaciones y el
zirconio y sus aleaciones, que comprende por lo menos una operación
de soldadura bajo atmósfera controlada, utilizando por lo menos un
material de soldadura (4), de manera que se establezca un enlace
mecánico entre por lo menos una parte determinada del soporte (2) y
por lo menos una parte determinada del revestimiento (3), estando
dichas partes determinadas de la pieza soporte y del revestimiento
denominadas también a continuación superficies de unión,
comprendiendo dicha operación de soldadura:
- -
- la interposición de por lo menos un material de soldadura (4) entre por lo menos una parte determinada de la pieza soporte (2) y por lo menos una parte determinada del revestimiento anticorrosivo (3), de manera que se forme un ensamblaje inicial (5);
- -
- la introducción del ensamblaje inicial en una cámara con atmósfera controlada (10) provista de un medio de calefacción (11);
- -
- el calentamiento de dicho conjunto (5) hasta una temperatura por lo menos igual a la temperatura de soldadura de dicho material de soldadura (4).
caracterizado porque la
operación de soldadura comprende la sustitución de la atmósfera en
dicha cámara por un gas inerte y se ejerce una presión de chapado
en dicho ensamblaje inicial (5) antes y/o durante dicho
calentamiento de modo que la pieza de soporte y el revestimiento
anticorrosivo estén apretados una contra el otro y de modo que
comprima dicho material de
soldadura.
2. Procedimiento de fabricación según
la reivindicación 1, caracterizado porque la operación de
soldadura comprende el acercamiento de dichas superficies de unión
de manera que se obtenga un espaciado D inferior a 0,1 mm.
3. Procedimiento de fabricación según
la reivindicación 1 ó 2, en el que dicha atmósfera controlada es un
gas inerte elegido dentro del grupo que comprende los gases raros,
el nitrógeno y las mezclas de éstos.
4. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además,
previamente a la soldadura, por lo menos un tratamiento de las
superficies de unión elegido dentro del grupo que comprende los
tratamientos químicos, electroquímicos,
físico-químicos, mecánicos y las combinaciones de
éstos.
5. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque comprende además el depósito de por lo menos una capa apta
para mejorar la adherencia del material de soldadura.
6. Procedimiento de fabricación según
la reivindicación 5, caracterizado porque dicha capa es
metálica y porque el depósito se efectúa por vía química, por vía
electrolítica o en fase vapor.
7. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado
porque el grosor de dicho revestimiento (3) es inferior a 1 mm.
8. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado
porque se efectúa el depósito del material de soldadura (4) sobre el
revestimiento anticorrosivo (3), en ángulo recto con dicha
superficie de unión y porque se posiciona luego la pieza de soporte
en el revestimiento anticorrosivo, de manera que se forme dicho
ensamblaje inicial (5).
9. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado
porque dicho revestimiento (3) es de tántalo o de una aleación de
tántalo y porque el material de soldadura (4) es un material que
contiene níquel y boro.
10. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado
porque dicho revestimiento (3) es de titanio o de una aleación de
titanio y porque el material de soldadura (4) es una aleación con
una base de titanio.
11. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado
porque dicho revestimiento (3) es de zirconio o de una aleación de
zirconio y porque el material de soldadura (4) es una aleación con
una base de zirconio, de cobre o de níquel.
12. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado
porque dicho revestimiento (3) es de tántalo o de una aleación de
tántalo, de titanio o de una aleación de titanio o también de
zirconio o de una aleación de zirconio y porque el material de
soldadura (4) es un material con una base de plata que contiene
litio, cobre, aluminio, cinc y/o estaño.
\newpage
13. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado
porque el material de soldadura se presenta en forma de polvo, de un
fleje o de un enrejado.
14. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado
porque dicho acero es un acero al cromo.
15. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado
porque la diferencia entre el coeficiente de dilatación térmica de
dicho acero y el coeficiente de dilatación térmica de dicho
revestimiento anticorrosivo es inferior a un 20 %.
16. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado
porque dicha pieza soporte (2) se presenta en forma de placa o de
chapa.
17. Procedimiento de fabricación según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado
porque dicho revestimiento (3) se presenta en forma de placa o de
chapa.
Applications Claiming Priority (2)
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