ES2262468T3 - Fundente para soldadura fuerte de materiales metalicos dificilmente humectables. - Google Patents
Fundente para soldadura fuerte de materiales metalicos dificilmente humectables.Info
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Abstract
Fundente a base de compuestos inorgánicos de boro y/o halogenados para la soldadura fuerte de materiales metálicos difícilmente humectables con soldadura a base de plata y cobre, que contiene como adición activadora, referida a la cantidad total del fundente, 0, 01-10% en peso de boro elemental y 0, 01-10%en peso de wolframio en forma elemental, como aleación o en forma de óxido o manganeso en forma elemental, como aleación manganeso-níquel 40 o en forma de óxido.
Description
Fundente para soldadura fuerte de materiales
metálicos difícilmente humectables.
La invención se refiere a un fundente para la
soldadura fuerte de materiales metálicos difícilmente humectables
con soldadura a base de plata y cobre. Como materiales de esta clase
difícilmente humectables por la soldadura en el procedimiento de
soldadura fuerte se consideran principalmente aceros inoxidables y
exentos de cascarilla así como materiales compuestos preparados por
pulvimetalurgia como por ejemplo metales duros.
La soldadura es un proceso térmico para la unión
y el revestimiento íntimos de materiales, en el cual se forma una
fase líquida por fusión de un material metálico, a saber la
soldadura. En este contexto no se alcanza la temperatura del
solidus de los materiales base.
Como soldaduras se emplean aleaciones o metales
puros. En el caso de trabajar con soldaduras cuya temperatura del
liquidus es superior a 450ºC, se habla entonces de soldadura
fuerte.
En la hipótesis de superficies metálicas
limpias, la soldadura líquida moja el material base, siempre que se
formen con el mismo cristales mixtos o compuestos intermetálicos. La
soldadura se extiende a continuación por la superficie de junta y
forma, después de la solidificación, una unión resistente con el
material base.
En el caso de un diseño de soldadura correcto,
las dos superficies de junta de las piezas a unir forman una
abertura paralela ajustada. La soldadura fundida fluye luego debido
a la presión de carga capilar que se establece activamente de modo
automático en la abertura de soldadura y rellena la misma. La
temperatura mínima en la superficie del componente a soldar a la
cual este proceso transcurre sin perturbaciones, es la denominada
temperatura de trabajo. La misma es una magnitud característica de
la soldadura respectiva.
Para poder formar una unión con el material
base, La soldadura fundida debe ponerse en contacto directo con el
material base metálico. Por consiguiente, las capas de óxido, tales
como las que están presentes en todas las superficies metálicas
industriales, tienen que desprenderse y eliminarse primeramente. En
el caso de la soldadura al aire, esto se consigue por recubrimiento
de los puntos de soldadura con fundentes, en cuyo metal fundido a
la temperatura de soldadura los óxidos se disuelven o se
disgregan.
El fundente tiene por consiguiente
fundamentalmente la finalidad de eliminar los óxidos presentes en
las superficies de la soldadura y de los materiales e impedir su
nueva formación durante el proceso de soldadura, de tal modo que la
soldadura pueda mojar satisfactoriamente el material base.
El punto de fusión y la temperatura efectiva del
fundente tienen que ajustarse a la temperatura de trabajo de la
soldadura empleada, de tal modo que el fundente debería derretirse
aprox. 50-100º por debajo de la temperatura de
trabajo de la soldadura empleada, ser plenamente activo y a partir
de esta temperatura. Además, el fundente derretido debe formar
sobre la pieza de trabajo un revestimiento compacto y uniforme, que
se mantenga intacto a la temperatura de soldeo necesaria y durante
todo el tiempo de soldeo.
Los fundentes para soldadura fuerte están
constituidos esencialmente por mezclas de sales que son capaces de
disolver los óxidos metálicos en el estado fundido. En este contexto
se trata esencialmente de compuestos inorgánicos de boro, como
particularmente boratos y fluoroboratos alcalinos, así como
halogenuros, como particularmente fluoruros alcalinos.
La norma DIN EN 1045 clasifica los fundentes
para la soldadura fuerte de metales pesados (tipo FH) según su
composición y temperatura efectiva en siete clases. Los fundentes se
emplean en forma de polvos, pastas o suspensiones, aplicándose las
últimas sobre las piezas de trabajo por pulverización, aplicación a
brocha o inmersión. A continuación, se calienta a la temperatura de
fusión y los materiales base se unen uno con otro íntimamente por
adición de soldadura. Se conoce también la combinación de fundente y
soldadura en un solo producto. Así, se emplean también en la
práctica piezas conformadas recubiertas de fundente o alambres de
soldadura revestidos con fundente para la unión de materiales
base.
En el documento DE 24 44 521 se describe un
fundente para soldaduras que está constituido por ácido bórico y
diversos poliboratos de metal alcalino. Este fundente puede contener
adicionalmente 1% en peso de boro en forma elemental.
El documento GB 909 314 da a conocer un fundente
de soldadura fuerte para la soldadura de níquel y aleaciones de
níquel. Este fundente contiene, además de los constituyentes
habituales como tetrafluoroborato de potasio, metaborato de potasio
y fluoruro de potasio, compuestos de cobre tales como óxido de cobre
o cloruro de cobre. Los últimos constituyentes deberían
contrarrestar la reacción del fundente con el material base, a fin
de evitar la fragilización de éste.
El documento
DD-A-263655 da a conocer una mezcla
de soldadura para soldeo de aceros y herramientas de perforación a
base de aleaciones de metal duro. La mezcla de soldadura contiene
68-74% de soldadura fuerte sobre sustrato
cobre-níquel y 26-32% de fundente de
boratos alcalinos, que contiene adicionalmente boro y
silicomanganeso.
Los fundentes conocidos presentan sin embargo un
gran inconveniente. Los materiales base difícilmente humectables,
como por ejemplo los aceros inoxidables y exentos de cascarilla, así
como metales duros, particularmente metales duros con contenidos de
cobalto bajos, inferiores a 6% (KO1-K10, P05) son,
en el caso del empleo de los fundentes convencionales, mojados sólo
insuficientemente por la soldadura líquida. Para la unión de estos
materiales base se emplean en la técnica fundentes que contienen
una adición de boro elemental (tipo FH12). La adición de boro tiene
por finalidad el aumento de la estabilidad a partir de
aproximadamente 700ºC, es decir el tiempo durante el cual es activo
el fundente. Sin embargo, el mojado de metales duros y aceros al
cromo-níquel no se mejora en la práctica ni
siquiera por la adición de boro, particularmente en el caso de
soldaduras con temperaturas de trabajo inferiores (por debajo de
680ºC).
Trabajos especiales de soldadura, como por
ejemplo la unión de metales duros guarnecidos de diamante, requieren
temperaturas de soldeo todavía más bajas, a fin de que la corona de
diamante y el metal duro no se deterioren. Para este caso de
aplicación se emplean soldaduras fuertes de plata que contienen
cadmio o preferiblemente soldaduras fuertes de plata que contienen
galio, como se describe por ejemplo en los documentos DE 43 15 188
y DE 43 15 189. Estas soldaduras tienen una temperatura de trabajo
de 590-640ºC. Los fundentes convencionales tienen
en este campo de temperaturas solamente una eficacia y capacidad de
mojado insuficientes. Esto reduce la seguridad del proceso durante
el soldeo y conduce con ello a desechos crecientes y calidad
reducida del producto.
Fue por tanto finalidad de la presente invención
desarrollar un fundente para la soldadura fuerte de materiales base
difícilmente humectables, tales como aceros inoxidables y exentos de
cascarilla y metales duros, donde como constituyentes base de este
fundente se emplean todas las combinaciones de sales que prevé la
norma DIN EN 1045 para la soldadura fuerte de metales pesados (tipo
FH), y que con soldaduras a base de plata y cobre hace posible un
mojado claramente mejor de los materiales base.
Esta finalidad se resuelve de acuerdo con la
invención por medio de un fundente a base de compuestos inorgánicos
de boro y/o halogenados que, como adición activadora referida a la
cantidad total del fundente, contiene 0,01-10% en
peso de boro elemental y 0,01-10% en peso de
wolframio en forma elemental, como aleación o en forma de óxido o
manganeso en forma elemental, como aleación
manganeso-níquel 40 o en forma de óxido.
Sorprendentemente, se ha comprobado que gracias
al fundente correspondiente a la invención, el mojado de materiales
difícilmente humectables, tales como aceros inoxidables y exentos de
cascarilla y particularmente también metales duros y materiales
duros con bajo contenido de metales, en comparación con los
fundentes convencionales se mejora claramente. Evidentemente, el
contenido de boro y adicionalmente wolframio en forma elemental,
como aleación o en forma de óxido o manganeso en forma elemental,
como aleación manganeso-níquel 40 o en forma de
óxido produce una activación correspondiente de los fundentes de
composición convencional. En relación con esto es interesante que
los constituyentes individuales de esta mezcla activadora, por sí
solos, no exhiben mejora alguna de la actividad de los fundentes
convencionales. Sólo la combinación de boro con wolframio en forma
elemental, como aleación o en forma de óxido o manganeso en forma
elemental, como aleación manganeso-níquel 40 o en
forma de óxido exhibe, en asociación con fundentes de soldadura
fuerte a base de compuestos de boro y/o halogenados este
comportamiento sorprendente.
El fundente para soldadura fuerte
correspondiente a la invención está basado esencialmente en
sustancias base conocidas y habituales para fundentes de esta clase
y composiciones cuantitativas de éstas, como están predeterminadas
cualitativa y cuantitativamente por la norma DIN EN 1045.
Constituyentes base de esta clase son compuestos
inorgánicos de boro y/o halogenados. Como compuestos de boro son
apropiados principalmente ácido bórico así como los boratos o
boratos complejos de metales alcalinos y alcalinotérreos,
particularmente bórax (tetraborato de sodio), tetraborato de potasio
y tetrafluoroborato de potasio. Como compuestos halogenados son
apropiados principalmente fluoruros y cloruros de metales alcalinos
y alcalinotérreos, particularmente fluoruro de potasio y sodio o
hidrofluoruro de potasio y sodio.
De acuerdo con la invención, el fundente para
soldadura fuerte para intensificación del mojado contiene, referida
a la cantidad total, una combinación activadora constituida por
0,01-10% en peso de boro elemental y
0,01-10% en peso de wolframio en forma elemental,
como aleación o en forma de óxido o manganeso en forma elemental,
como aleación manganeso-níquel 40 o en forma de
óxido. Preferiblemente, el fundente contiene 0,1-5%
en peso de boro elemental y 0,1-5% en peso de
wolframio en forma elemental, como aleación o en forma de óxido o
manganeso en forma elemental, como aleación
manganeso-níquel 40 o en forma de óxido, referido en
todos los casos a la cantidad total del fundente.
Como boro elemental se emplea convenientemente
boro en forma amorfa.
Los componentes de la combinación activadora se
emplean convenientemente en forma finamente pulverizada, debiendo
ser su tamaño medio de partícula menor que 45 \mum.
El fundente para soldadura fuerte de materiales
difícilmente humectables correspondiente a la invención se prepara
de tal manera que, referido a la cantidad total de fundente, se
mezclan en primer lugar intensivamente de modo homogéneo
0,01-10% en peso de polvo de boro finamente
pulverizado con 0,01-10% en peso de una adición
finamente pulverizada de wolframio en forma elemental, como aleación
o en forma de óxido o manganeso en forma elemental, como aleación
manganeso-níquel 40 o en forma de óxido y esta
mezcla activadora se añade a continuación a la mezcla de fundente
finamente pulverizada a base de compuestos de boro y
halogenados.
Preferiblemente, el fundente para soldadura
fuerte correspondiente a la invención contiene como mezcla
activadora, referido a la cantidad total de fundente,
0,5-3% en peso de boro en forma amorfa y
0,5-3% en peso de manganeso en forma elemental,
como aleación manganeso-níquel 40 o en forma de
óxido que tienen en todos los casos una granulometría media menor
que 45 \mum.
Convenientemente, el manganeso se incorpora en
forma de la aleación MnNi40 o como dióxido de manganeso.
Para la adaptación a materiales base y
condiciones de trabajo determinados, el fundente puede contener
hasta 2% en peso de Si preferiblemente en forma combinada con
oxígeno, como por ejemplo dióxido de silicio. Esta adición se
incorpora también convenientemente a la mezcla en forma de polvo
fino.
El fundente correspondiente a la invención se
encuentra inicialmente como mezcla de polvo y puede emplearse ya
como tal de una manera conocida en sí misma.
El fundente puede encontrarse también en forma
de pastas o suspensiones, para lo cual la mezcla de polvos se amasa
y/o se suspende con líquidos inertes tales como agua, alcoholes
alifáticos, glicoles, etc.
Las pastas o suspensiones de fundente de esta
clase pueden contener adicionalmente cantidades menores de
adyuvantes, como p.ej. agentes tensioactivos, aglomerantes o
espesantes convencionales.
Para la utilización, el fundente de soldadura
fuerte correspondiente a la invención se aplica del modo apropiado
para la forma respectiva, por ejemplo por espolvoreo, pintura,
aplicación a brocha, inyección o inmersión, sobre las superficies
de los materiales base a unir o a soldar y se realiza el proceso de
soldeo. En este caso el fundente correspondiente a la invención
produce, por la soldadura fuerte con soldeo a base de plata y cobre
una mejora importante del comportamiento de mojado de la soldadura
sobre los materiales base. Esto es particularmente acusado y
ventajoso en el caso de materiales metálicos difícilmente
humectables, como particularmente en el caso de los aceros
inoxidables y exentos de cascarilla y de materiales compuestos
preparados por pulvimetalurgia. Entre los últimos se encuentran
metales duros y materiales duros basados en materiales compuestos
metal-cerámica (p.ej. los denominados
"Cermets"), particularmente aquéllos que tienen un bajo
contenido de metal.
El fundente correspondiente a la invención puede
combinarse también con materiales de soldadura, por ejemplo como
mezcla de polvo, como pasta o suspensión, que contienen en todos los
casos adicionalmente soldadura fuerte finamente dividida.
Combinaciones soldadura-fundente
adicionales son por ejemplo soldaduras recubiertas con fundente, que
pueden obtenerse por ejemplo por extrusión de formulaciones en
pasta de fundente que se secan o endurecen sobre piezas conformadas
por soldadura, tales como por ejemplo varillas y anillos.
Los ejemplos que se presentan a continuación
especifican formas de realización y aplicación típicas del fundente
correspondiente a la invención:
41% en peso de tetraborato de potasio
50% en peso de tetrafluoroborato de potasio
5% en peso de fluoruro de potasio
\hskip0.1cm2% en peso de boro amorfo (granulometría media < 5 \mum)
\hskip0.1cm2% en peso de polvo de manganeso (granulometría media < 45 \mum).
Los constituyentes indicados se pesan y se
muelen y homogeneízan en un agitador Diosna durante 15 minutos. Se
aplican 0,5 g de este fundente sobre una laminilla de metal duro de
1 cm^{2} de tamaño a base de SMG 02 (Cerametal, contenido de
cobalto 2-3% en peso). Se deposita luego un recorte
de alambre de soldadura de 3 mm de longitud de la aleación
L-Ag49 (Ag49Cu16Zn23Mn7,5Ni4,5) y la laminilla se
calienta con el soplete oxiacetilénico hasta el punto de fusión de
la soldadura. La soldadura líquida moja en poco tiempo toda la
superficie del metal duro.
Para comparación, se preparó un fundente a base
de los mismos constituyentes sin la adición activadora de boro y
manganeso, y se ensayó como anteriormente. La soldadura fundió, pero
mojó el metal duro solamente en la superficie de aplicación. No se
produjo la extensión de la soldadura por toda la superficie.
16,3% en peso de hidrofluoruro de potasio
27,2% en peso de tetraborato de potasio
19,5% en peso de tetrafluoroborato de
potasio
\hskip0.1cm0,7% en peso de dióxido de manganeso (granulometría media < 45 \mum)
\hskip0.1cm1,3% en peso de boro amorfo (granulometría media < 5 \mum)
\hskip0.1cm1,0% en peso de agente tensioactivo (Marlowet PW)
34,0% en peso de agua.
La cantidad correspondiente de agua se carga
inicialmente con el agente tensioactivo en una caldera. Bajo
agitación con un disolvedor se añaden sucesivamente los
constituyentes restantes y se homogeneíza durante 30 minutos.
Esta pasta se compara en cuanto a su actividad
con una pasta de fundente comercial para soldadura fuerte de
metales duros (tipo FH12, Degussa h especial). Para ello, se unta en
cada caso una chapa de acero inoxidable (1.4301) con una capa fina
de ambas pastas. A partir de un cordón de soldadura de 500 \mum de
espesor de la aleación
B-Ag60CuSn-600/700 se estampan
laminillas de soldadura redondas y se depositan sobre las chapas.
Se calientan éstas a continuación a 750ºC en un horno de cámara
sobre un bloque de plata y se retiran del horno después de 2
minutos. Después del enfriamiento, se mide la superficie mojada con
la soldadura y se expresa con relación a la superficie original de
la laminilla de soldadura (índice de mojado). El fundente
correspondiente a la invención proporciona en este ensayo un índice
de mojado de 6-7, mientras que el fundente comercial
da como resultado solamente un valor de 2-3.
35% en peso de bórax
40% en peso de ácido bórico
22% en peso de polvo de cuarzo
\hskip0.1cm1% en peso de boro amorfo (granulometría media < 5 \mum)
\hskip0.1cm2% en peso de aleación manganeso-níquel 60/40 (granulometría media < 63 \mum).
El fundente se prepara análogamente al Ejemplo
1. La mejora de la actividad se comprueba por una soldadura a tope
en T de acero galvanizado con la soldadura de latón
L-CuZn40. Para ello, una chapa de acero galvanizado
de 10 cm de longitud se dobla en un ángulo de 45º y se coloca sobre
una segunda chapa. Se aplica un alambre de soldadura de latón de 10
mm de longitud junto con el fundente en un vértice y se calienta con
el soplete oxiacetilénico a la temperatura de trabajo de la
soldadura. En este ensayo, la soldadura llena completamente la
abertura en el caso del empleo del fundente correspondiente a la
invención.
En comparación con ello, en el caso del empleo
de un fundente con la misma formulación, pero sin la adición
activadora de boro y aleación manganeso-níquel, la
soldadura fluye solamente hasta la mitad de la chapa doblada.
Claims (9)
1. Fundente a base de compuestos inorgánicos de
boro y/o halogenados para la soldadura fuerte de materiales
metálicos difícilmente humectables con soldadura a base de plata y
cobre,
que contiene
como adición activadora, referida a la cantidad
total del fundente, 0,01-10% en peso de boro
elemental y 0,01-10% en peso de wolframio en forma
elemental, como aleación o en forma de óxido o manganeso en forma
elemental, como aleación manganeso-níquel 40 o en
forma de óxido.
2. Fundente según la reivindicación 1,
que contiene
0,1-5% en peso de boro y
0,1-5% en peso de wolframio en forma elemental, como
aleación o en forma de óxido o manganeso en forma elemental, como
aleación manganeso-níquel 40 o en forma de
óxido.
3. Fundente según la reivindicación 1 ó 2,
que contiene
0,5-3% en peso de boro amorfo y
0,5-3% en peso de manganeso en forma elemental, como
aleación manganeso-níquel 40 o en forma de
óxido.
4. Fundente según las reivindicaciones 1 a
3,
que contiene
la adición activadora en forma finamente
pulverizada con una granulometría media < 45 \mum.
5. Fundente según las reivindicaciones 1 a
4,
que se encuentra en forma de una mezcla de
polvo, una pasta o una suspensión.
6. Empleo de una combinación activadora que
contiene, referido a la cantidad total del fundente,
0,1-10% en peso de boro elemental y
0,1-10% en peso de wolframio en forma elemental,
como aleación o en forma de óxido o manganeso en forma elemental,
como aleación manganeso-níquel 40 o en forma de
óxido como la adición intensificadora del mojado en fundentes a
base de compuestos inorgánicos de boro y/o halogenados para la
soldadura fuerte de materiales metálicos difícilmente humectables
con soldadura a base de plata y cobre.
7. Combinación
soldadura-fundente,
que contiene un fundente de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 5.
8. Combinación
soldadura-fundente según la reivindicación 7,
que se encuentra en forma de una mezcla de
polvo, una pasta o una suspensión y contiene una soldadura fuerte
finamente dividida.
9. Combinación
soldadura-fundente según la reivindicación 7,
que se encuentra en forma de piezas conformadas
por soldadura recubiertas de fundente.
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