ES2908271T3

ES2908271T3 - Método para unir dos piezas en bruto

Info

Publication number: ES2908271T3
Application number: ES18749383T
Authority: ES
Inventors: Antoine Riquelme; I Ferrer Elisenda Vila; Sanchez Pedro Rubio; Gregori Mireia Illana
Original assignee: Autotech Engineering SL
Current assignee: Autotech Engineering SL
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2038-08-08
Also published as: RU2019144109A; JP2020529319A; KR102499123B1; JP7142033B2; KR20200040229A; RU2019144109A3; US20200180077A1; EP3664954B1; EP3664954A1; EP3441178A1; WO2019030249A1; US11813696B2; CN111107960A

Abstract

Método para unir una primera pieza en bruto (A) y una segunda pieza en bruto (B), en el que al menos una de las primeras y segundas piezas en bruto (A; B) comprende al menos una capa (111; 112) de aluminio o de una aleación de aluminio, comprendiendo el método: - colocar la primera y la segunda (A; B) piezas en bruto para soldar; - soldar por láser las primeras y segundas piezas en bruto (A; B) siguiendo una trayectoria de soldadura sin utilizar un material de relleno, y - deformación en caliente y enfriamiento de las piezas brutas soldadas para formar un componente, caracterizado por el hecho de que la trayectoria de soldadura combina un movimiento lineal a lo largo de una dirección de soldadura (320; WD) y movimientos oscilantes sustancialmente transversales a la dirección de soldadura (320; WD).

Description

DESCRIPCIÓN

Método para unir dos piezas en bruto

[0001] La presente invención se refiere a un método para unir dos piezas en bruto (“blanks”) y a los productos obtenidos u obtenibles mediante dicho método. En particular, la presente invención se refiere a un método para soldar con láser sustratos de acero que tienen un revestimiento de aluminio o de aleación de aluminio.

ANTECEDENTES

[0002] El desarrollo de nuevos materiales y procesos para la producción de piezas metálicas con el objetivo de reducir el peso de los componentes a bajo coste es de suma importancia en la industria del automóvil. Normalmente, en la industria del automóvil se utilizan piezas en bruto de acero de alta resistencia o de acero de ultra alta resistencia (“Ultra High Strength Steel”, UHSS) para la fabricación de componentes de un esqueleto estructural. El esqueleto estructural de un vehículo, por ejemplo de un coche, en este sentido puede incluir, por ejemplo, un parachoques, pilares (pilar A, pilar B, pilar C), vigas de impacto lateral, un panel de balancín y amortiguadores.

[0003] Para alcanzar estos objetivos, la industria ha desarrollado aceros de ultra alta resistencia (UHSS), que presentan una resistencia máxima optimizada por unidad de peso y propiedades de conformabilidad ventajosas. Los UHSS pueden tener una resistencia última a la tracción de al menos 1000 MPa, preferiblemente de aproximadamente 1500 MPa o hasta 2000 MPa o más.

[0004] Algunos de estos aceros están diseñados para alcanzar una microestructura después del tratamiento térmico, que les confiere buenas propiedades mecánicas y los hace especialmente adecuados para el proceso de estampación en caliente utilizado para formar piezas de acero en partes particulares de automóviles. Dado que durante el proceso de estampación en caliente la pieza en bruto está sometida a atmósferas agresivas, el acero suele estar recubierto para evitar la corrosión y la oxidación.

[0005] En un intento de minimizar el peso de los componentes respetando los requisitos estructurales, pueden utilizarse las técnicas denominadas "tailored blank". En estas técnicas, los componentes pueden estar hechos de una pieza metálica compuesta que se obtiene soldando varias piezas en bruto con diferentes espesores, tamaños y propiedades. Al menos en teoría, con este tipo de técnica se puede optimizar el uso del material. Se pueden unir piezas en bruto de diferentes espesores o unir una pieza en bruto de acero con una pieza en bruto de acero revestido, por ejemplo, utilizando las propiedades específicas de cada material cuando se necesiten.

[0006] Para evitar la descarburación y la formación de incrustaciones durante el proceso de conformación, el 22MnB5 se presenta con un revestimiento de aluminio-silicio. La composición del 22MnB5 se resume a continuación en porcentajes del peso el resto es hierro Fe e impurezas :

[0007] Hay varios aceros 22MnB5 disponibles en el mercado que tienen una composición química similar. Sin embargo, la cantidad exacta de cada uno de los componentes de un acero 22MnB5 puede variar ligeramente de un fabricante a otro.

[0008] Usibor ®1500P se suministra en fase ferrítica-perlítica. Se trata de una estructura de grano fino distribuida en un patrón homogéneo. Las propiedades mecánicas están relacionadas con esta estructura. Tras el calentamiento, un proceso de estampación en caliente y el posterior enfriamiento, se crea una microestructura de martensita. Como resultado, la resistencia máxima y el límite elástico aumentan notablemente.

[0009] La composición de Usibor ®1500P se resume a continuación en porcentajes en peso (el resto es hierro (Fe) e impurezas inevitables :

[0010] Como ya se ha mencionado, Usibor ®1500P se suministra con un revestimiento de aluminio-silicio (AISi) para evitar daños por corrosión y oxidación. Sin embargo, este revestimiento tiene un inconveniente importante relacionado con su comportamiento en la soldadura. Si las piezas en bruto de Usibor® 1500P se sueldan sin ninguna otra medida, el aluminio del recubrimiento puede entrar en la zona de soldadura y esto puede causar una importante reducción de las propiedades mecánicas del componente resultante y aumentar la posibilidad de fractura débil en la zona de soldadura.

[0011] La presencia de aluminio en el cordón de soldadura evita la creación de martensita en un proceso posterior de deformación en caliente. Además, una alta concentración de aluminio conduce a la creación de intermetálicos. Dichos intermetálicos son generalmente frágiles, lo que implica una soldadura más débil y, después de un proceso de deformación en caliente como, por ejemplo, la estampación en caliente, los intermetálicos pueden conducir a una unión más débil. Si no se toman medidas, la resistencia última a la tracción de la soldadura puede disminuir de, por ejemplo, 1.500 MPa a, por ejemplo, 900 MPa, lo que puede provocar una rotura localizada en la zona de la soldadura cuando el componente resultante se somete a una carga de flexión (por ejemplo, un impacto).

[0012] Para superar este tipo de problemas, en el documento WO 2007/118939 se propuso un método que consiste en eliminar (por ejemplo, mediante ablación por láser) una parte del revestimiento en una zona cercana a la brecha de soldadura. Este método tiene la desventaja de que se necesita un paso adicional para la producción de las piezas en bruto (a medida “tailored”) y de los componentes y que, a pesar de la naturaleza repetitiva del proceso, este paso adicional requiere un proceso de calidad complejo con un número elevado de piezas que deben desecharse. Esto supone un aumento del coste de la etapa de soldadura y limita la competitividad de la tecnología en la industria.

[0013] El documento EP 2832887, que constituye la base del preámbulo de la reivindicación 1, divulga una pieza en bruto a medida para estampación en caliente que incluye una porción soldada formada por la soldadura a tope (“butt welding”) de una primera chapa de acero con revestimiento de aluminio y una segunda chapa de acero con revestimiento de aluminio, una concentración media A1 de un metal de soldadura en la porción soldada está en un rango de 0.La concentración media de A1 de un metal de soldadura en la porción soldada se encuentra en un rango de 0,3% a 1,5% de masa, un punto Ac 3 del metal de soldadura es de 1250°C o inferior, y además, una capa de aluminio formada durante la soldadura a tope está presente en una superficie de la porción soldada. Se proponen fórmulas específicas para una composición del material de acero.

[0014] El documento US 2008/0011720 propone un procedimiento para soldar por láser al menos una pieza metálica mediante un haz láser, teniendo dicha pieza una superficie que contiene aluminio, caracterizado porque el haz láser se combina con al menos un arco eléctrico para fundir el metal y soldar dicha(s) pieza(s). El láser delante del arco permite utilizar un hilo con núcleo de fundente o similar que contenga elementos inductores de la fase gamma (Mn, Ni, Cu, etc,) favorables al mantenimiento de una estructura austenítica en toda la zona fundida.

[0015] Sin embargo, se han encontrado problemas relacionados con la dilución sólo parcial de los materiales de relleno (“filler”) a lo largo de la profundidad de la zona de soldadura, lo que da lugar a una resistencia de soldadura reducida. Además, el material de relleno puede no distribuirse homogéneamente en la zona de soldadura. Esto puede provocar la acumulación de material ("bultos") en determinadas zonas, afectando así localmente al comportamiento de la zona de soldadura. Es decir, las propiedades mecánicas de la zona de soldadura pueden variar. Otro problema puede ser que el material de relleno deba precalentarse antes de aplicarse porque, de lo contrario, el arco eléctrico podría no ser capaz de fundirlo.

[0016] En conclusión, sigue siendo necesario proporcionar métodos para obtener una soldadura reforzada, que evite o al menos reduzca algunos de los problemas mencionados.

[0017] A lo largo de la presente invención, una pieza en bruto puede considerarse como un artículo que aún debe someterse a uno o más pasos de procesamiento (por ejemplo, deformación, mecanizado, tratamiento de la superficie u otros). Estos artículos pueden ser placas sustancialmente planas o tener formas más complicadas.

BREVE EXPLICACIÓN

[0018] En un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para unir una primera pieza en bruto y una segunda pieza en bruto, en el que al menos una de las primeras y segundas piezas en bruto comprende al menos una capa de aluminio o una aleación de aluminio, comprendiendo el método:

• colocar la primera y la segunda pieza en bruto para soldar;

• soldar con láser la primera y la segunda pieza en bruto siguiendo una trayectoria de soldadura, y

• deformación en caliente y enfriamiento de las piezas brutas soldadas para formar un componente,

en el que la trayectoria de soldadura combina un movimiento lineal a lo largo de una dirección de soldadura y movimientos oscilantes sustancialmente transversales a la dirección de soldadura, en el que la soldadura se realiza sin utilizar material de relleno (“filler”).

[0019] Según este aspecto, el aluminio puede estar presente en la zona de soldadura, pero no da lugar a peores propiedades mecánicas después de procesos de deformación en caliente, como la estampación en caliente. La resistencia a la tracción de la zona de soldadura puede ser del mismo nivel que las partes adyacentes del componente resultante. Los movimientos oscilantes de frecuencia suficiente conducen a una dilución del aluminio en toda la zona de soldadura, de manera que la concentración de aluminio localmente es tan baja que no da lugar a piezas intermetálicas, ni evita la formación de martensita en un proceso clásico de deformación y enfriamiento en caliente.

[0020] Por lo tanto, no es necesario eliminar total o parcialmente una capa de aluminio o de aleación de aluminio, como se proponía en algunos métodos de la técnica anterior, cuando se van a soldar piezas brutas de acero revestidas. De esta manera, el proceso de soldar dos piezas en bruto se lleva a cabo de una manera más rápida y más barata, ya que no es necesario un paso intermedio del proceso para eliminar la capa recubierta. Por otra parte, al no ser necesario añadir ningún material de relleno en la zona soldada, se evitan todos los inconvenientes relacionados con un flujo de gas de alta velocidad con un material de relleno.

[0021] Típicamente, el tipo de unión de la primera pieza en bruto y la segunda pieza en bruto se selecciona del grupo que consiste en una unión a tope de borde a borde (“edge-to-edge butt joining”), una unión de solapamiento (“overlap joining”) y una unión traslapada(“lap joining”), preferentemente una unión a tope de borde a borde.

[0022] Debe entenderse que el término unión a tope de borde a borde se refiere al caso en que la superficie estrecha de una pieza se une a la superficie estrecha de la otra pieza (véase la figura 1c). Esta configuración de borde a borde (o unión a tope o unión a tope de borde a borde) se utiliza normalmente para obtener una pieza en bruto soldada a medida.

[0023] Típicamente, la primera pieza en bruto y/o la segunda pieza en bruto comprenden un sustrato de acero con un revestimiento que comprende la capa de aluminio o de una aleación de aluminio donde dicho sustrato de acero es preferentemente un acero de ultra alta resistencia.

[0024] En una realización preferida de la presente invención, los movimientos oscilantes de la trayectoria de soldadura siguen un patrón de bucle sustancialmente circular o, alternativamente, son movimientos lineales recíprocos. Ejemplos de patrones que siguen un movimiento lineal recíproco son, pero no se limitan a, patrones en zigzag y sinusoidales.

[0025] Típicamente, el movimiento oscilante de la trayectoria de soldadura tiene una frecuencia entre 400 - 1500 Hz, preferiblemente entre 600 - 1200 Hz, siendo más preferible en el rango de 700 y 1000 Hz.

[0026] Típicamente, la trayectoria de soldadura tiene una anchura entre 0,5 - 10 mm, preferiblemente entre 0,5 - 5 mm, más preferiblemente entre 0,5 - 3 mm, siendo la más preferible entre 0,8 - 2 mm. En algunos ejemplos, se prefiere una trayectoria de soldadura con una anchura entre 0,8 - 1,2 mm.

[0027] El punto del rayo láser puede tener cualquier forma, como la circular, y su tamaño puede oscilar entre 0,2 mm y 1 mm, preferentemente entre 0,5 mm y 1 mm.

[0028] En otra realización de la presente invención, el rayo láser tiene una potencia máxima que oscila entre 0,5 kW y 10 kW, preferentemente entre 3 kW y 6 kW. En una realización ventajosa, se utiliza una potencia máxima de 4 kW. También puede utilizarse un gas protector, por ejemplo, argón o helio, para evitar la oxidación.

[0029] En algunos casos, la potencia del rayo láser puede ser controlada dinámicamente durante el movimiento oscilante del rayo láser, en particular, la potencia del rayo láser puede ser ajustada en aquellas pequeñas áreas donde el láser es utilizado más de una pasada o en aquellas áreas de puntos donde la dirección del láser cambia repentinamente para formar el movimiento oscilante. El efecto ventajoso de este control dinámico de la potencia del rayo láser es la posibilidad de adaptar la potencia durante el proceso de soldadura a lo largo de la trayectoria de soldadura en función de las características particulares de las piezas brutas a soldar.

[0030] Dependiendo del tipo de patrón del movimiento oscilante descrito por el rayo láser y/o de la anchura del punto láser, algunas áreas de la zona de soldadura pueden ser sometidas a la aplicación del rayo láser durante más tiempo o son sometidas a más de una pasada que otras áreas. En este sentido, la potencia del rayo láser aplicado puede ajustarse durante el proceso de soldadura para, por ejemplo, evitar un sobrecalentamiento de estas zonas mencionadas que están especialmente expuestas al rayo láser durante más tiempo que las otras zonas o en las que el rayo láser se aplica más de una pasada en comparación con otras zonas.

[0031] En otras realizaciones, en particular cuando se van a soldar dos piezas en bruto con diferentes espesores, la potencia del rayo láser aplicado puede ajustarse durante el proceso de soldadura, de manera que la potencia máxima del rayo láser se aplique en la pieza en bruto más gruesa, mientras que el mismo rayo láser se ajusta entonces a una potencia inferior y se aplica así en la pieza en bruto más fina.

[0032] Del mismo modo, el control dinámico de la potencia del rayo láser también puede aplicarse en los casos en que las piezas en bruto que se van a soldar tienen diferentes espesores de revestimiento. En este caso, también se prefiere aplicar el control dinámico de la potencia del rayo láser utilizando la máxima potencia del rayo láser en la pieza en bruto que tiene un revestimiento más grueso, mientras que se ajusta la menor potencia del rayo láser en la pieza en bruto que tiene un espesor más fino.

[0033] Se ha encontrado sorprendentemente que los mejores resultados para obtener un componente de piezas en bruto soldades utilizando la potencia láser controlada dinámicamente durante el proceso de soldadura oscilante de la presente invención se consiguen cuando la potencia inferior del rayo láser utilizado oscila entre el 10 y el 50%, preferiblemente entre el 15 y el 45% de la potencia máxima. Esta potencia inferior también puede denominarse potencia mínima. Por ejemplo, aplicando la potencia mínima del 10 al 50% de la potencia máxima en las zonas pequeñas en las que el haz láser se aplica más de una pasada, se evita el sobrecalentamiento de dicha zona pequeña, el aluminio se mezcla correctamente en la zona de soldadura, evitando así la formación de inclusiones de ferrita en la zona de soldadura.

[0034] Típicamente, el movimiento lineal a lo largo de la dirección de soldadura es conducido por el rayo láser a una velocidad dentro del rango de 1 a 10 m/min, preferiblemente de 2 a 8 m/min y más preferiblemente de 3 a 5 m/min. En una realización ventajosa, el movimiento lineal a lo largo de la dirección de soldadura es conducido por el rayo láser a una velocidad de 4 m/mm.

[0035] El movimiento oscilante se selecciona de manera que la cantidad de aluminio presente en el revestimiento se diluya suficientemente en la zona de soldadura y, por tanto, la concentración media en peso de aluminio debe ser siempre inferior al 5%, preferiblemente inferior al 3%, más preferiblemente inferior al 1%.

[0036] El método de la presente invención puede utilizarse para formar, por ejemplo, piezas en bruto a medida (“tailored blanks”) mediante la unión a tope de dos piezas en bruto. Uno de los piezas en bruto o ambos piezas en bruto pueden comprender un sustrato de acero con un revestimiento que comprende una capa de aluminio o una aleación de aluminio. La técnica de las piezas en bruto soldadas a medida (TWB) se utiliza para adaptar localmente las propiedades de un componente. En la técnica de soldadura a medida, se pueden unir piezas en bruto de diferentes espesores o materiales.

[0037] Una configuración típica de unión a tope para soldar dos piezas en bruto de diferente grosor consiste en colocar ambas piezas en bruto de forma que sus bases (superficies inferiores) se sitúen en el mismo plano geométrico, estando ambas piezas en contacto por uno de sus bordes. Cuando se utiliza una configuración de unión a tope, el rayo láser se mueve siguiendo la dirección de la soldadura, mientras que es perpendicular a la superficie de ambas piezas en bruto a soldar.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0038] A continuación se describirán ejemplos no limitantes de la presente divulgación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

Las figuras 1a, 1b y 1c ilustran tres configuraciones diferentes para unir dos piezas en bruto.

La figura 2 ilustra un ejemplo preferido de unión de dos piezas en bruto;

La figura 3 ilustra un ejemplo de soldadura por rayo láser de dos piezas en bruto;

Las figuras 4 y 5 ilustran un patrón de trayectoria de soldadura según algunos ejemplos de la presente invención;

La figura 6 ilustra un ejemplo de soldadura por rayo láser de dos piezas en bruto según otro ejemplo de la presente invención; y

La figura 7 ilustra un diagrama de flujo de un método para formar un producto.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0039] Las figuras 1a, 1b y 1c ilustran tres configuraciones diferentes para unir una primera pieza en bruto A que tiene un sustrato de acero 121 y un revestimiento 111 con una segunda pieza en bruto B que tiene un sustrato de acero 122 y un revestimiento 112.

[0040] La figura 1 a ilustra un ejemplo de un método para unir una primera pieza en bruto A con una segunda pieza en bruto B en una configuración de unión de solapamiento (“overlap joining”), es decir, colocando la primera pieza en bruto A sobre la segunda pieza en bruto B. El rayo láser se aplica sobre la superficie externa de la primera pieza en bruto A y la región de la pieza en bruto A, donde se aplica el rayo láser, se funde en todo su espesor (140), mientras que la región de la segunda pieza en bruto B alcanzada por el láser no se funde necesariamente en todo su espesor (140).

[0041] La figura 1b representa un ejemplo de un método para unir una primera pieza en bruto A con una segunda pieza en bruto B en una configuración de unión traslapada(“lap joining”), es decir, colocando la primera pieza en bruto A sobre la segunda pieza en bruto B, estando la primera pieza en bruto A al menos parcialmente deslizada con respecto a la segunda pieza en bruto B. El rayo láser se aplica en la zona de contacto (140) entre ambas piezas en bruto que es accesible desde el exterior para el dispositivo láser.

[0042] La figura 1c muestra un ejemplo de un método para unir una primera pieza en bruto A con una segunda pieza en bruto B en una configuración de borde a borde (también conocida como "unión a tope" o "unión a tope de borde a borde"). La soldadura borde a borde consiste en colocar la primera pieza en bruto A junto a la segunda pieza en bruto B de forma que ambas piezas en bruto estén en contacto por sus secciones laterales y aplicar el rayo láser sobre la unión entre ambas piezas en bruto (140).

[0043] La figura 2 ilustra un ejemplo preferido de un método para unir una primera pieza en bruto A con una segunda pieza en bruto B. Una primera región 131 de la primera pieza en bruto A debe unirse a una segunda porción o región 132 de la segunda pieza en bruto B. En este ejemplo, las dos piezas en bruto A, B deben unirse a tope, es decir, una soldadura de borde a borde.

[0044] En el ejemplo de la figura 2, tanto la primera pieza en bruto A como la segunda pieza en bruto B pueden ser un sustrato UHSS revestido, por ejemplo un sustrato de acero 22MnB5 revestido como, por ejemplo, Usibor® 1500 P. Ambas piezas en bruto comprenden, por tanto, un sustrato de acero 121, 122 sobre el que puede proporcionarse una capa de revestimiento 111, 112. El revestimiento aplicado puede ser de aluminio o de una aleación de aluminio, por ejemplo, de aluminio-silicio. La figura 2 muestra una única capa de revestimiento 111, 112. Sin embargo, también puede utilizarse una pluralidad de capas de revestimiento. El revestimiento se aplica en la superficie superior e inferior del sustrato de acero.

[0045] La figura 3 ilustra una vista en sección transversal de un dispositivo de soldadura láser 221 que tiene un cabezal láser 222 del que sale un haz láser 220. El rayo láser 220 es capaz de fundir las regiones 131, 132 de las piezas en bruto A, B (véase la figura 2) en un baño de soldadura 230. En este ejemplo, las regiones de los piezas en bruto 131, 132 se funden en todo su espesor. En este sentido, los materiales del sustrato de acero 121, 122 así como el material de recubrimiento de las capas de recubrimiento 111, 112 se mezclan en conjunto en el baño de soldadura 230.

[0046] Por lo general, el punto del rayo láser puede tener cualquier forma, por ejemplo, circular. El tamaño del punto, también llamado diámetro del haz puede oscilar entre 0,2 mm y 1 mm, preferiblemente entre 0,5 mm y 1 mm.

[0047] El rayo láser tiene una potencia máxima que oscila entre 0,5 y 10 kW, preferentemente entre 3 kW y 6 kW. También puede utilizarse un gas protector, como el argón o el helio, para evitar la oxidación de la superficie de las piezas en bruto, especialmente de la región soldada.

[0048] La figura 4 muestra una vista superior de un ejemplo de patrón de soldadura 310 que sigue una dirección de soldadura 320 que es paralela a la junta de borde a borde. El patrón de soldadura 310 en este ejemplo comprende una combinación de un movimiento sustancialmente lineal a lo largo de la dirección de soldadura, es decir, siguiendo un cordón de soldadura; y movimientos oscilantes que son sustancialmente perpendiculares a la dirección de soldadura. En este ejemplo, un bucle sustancialmente circular, es decir, con una excentricidad cercana a 0, se repite con una frecuencia predeterminada y dicho movimiento se realiza superpuesto al movimiento lineal a lo largo de la dirección de soldadura. Sin embargo, también pueden utilizarse bucles elípticos, es decir, con una excentricidad entre 0 y 1, u otros patrones no lineales.

[0049] Como se ha mencionado anteriormente, para evitar cualquier sobrecalentamiento no deseado especialmente de las zonas (330, 340), donde el rayo láser se aplica más tiempo, el rayo de potencia del láser se controla dinámicamente durante el proceso de soldadura oscilante. Se utiliza una potencia inferior del rayo láser del 20 al 45% de la potencia máxima del rayo láser. En este caso, se obtiene un perfil de dureza homogéneo sin la presencia de inclusiones ferríticas en la soldadura, lo que mejora la calidad de la zona soldada.

[0050] La frecuencia del patrón de soldadura puede estar entre 400 y 1500 Hz, preferiblemente entre 600 y 1200 Hz, y más preferiblemente entre 700 y 1000 Hz. En otras palabras, el rayo láser oscila a lo largo del patrón de soldadura a una frecuencia de 400 a 1500 Hz, preferiblemente de 600 a 1200 Hz, y más preferiblemente de 700 a 1000 Hz. El rango particular de frecuencia entre 700 y 800 Hz se ha encontrado particularmente ventajoso. Al mismo tiempo, el rayo láser se mueve linealmente en la dirección del patrón de soldadura a una velocidad de 1 a 10 m/min, preferiblemente a una velocidad de 2 a 8 m/min.

[0051] Se ha descubierto que los patrones de soldadura con altas frecuencias son capaces de diluir el aluminio en toda la zona de soldadura de tal manera que las concentraciones medias en peso de aluminio en toda la zona de soldadura son siempre inferiores al 5%, en particular inferiores al 3%, y más particularmente inferiores al 1% Se ha descubierto que la resistencia resultante de la zona de soldadura tras el enfriamiento en caliente de la matriz de deformación se mejora si se puede evitar la presencia de aluminio en las capas intermetálicas mientras se minimiza la cantidad de aluminio en la capa externa.

[0052] La baja concentración de aluminio en el cordón de soldadura no podría crear compuestos intermetálicos y, por tanto, la zona de soldadura no se debilitaría.

[0053] Por lo tanto, cuando se implementa un patrón de trayectoria de soldadura lineal y oscilante de acuerdo con la presente invención, no hay necesidad de eliminar el revestimiento de la capa de aluminio 111, 112 de las piezas en bruto A, B antes de la soldadura. No se necesita ni la ablación parcial ni la completa. La fabricación de componentes formados en caliente puede simplificarse y, por lo tanto, conducir a una reducción de costes y a un funcionamiento más rápido.

[0054] La figura 5 muestra una vista superior de patrones de soldadura alternativos 401,402 que siguen una dirección de soldadura indicada por las flechas. El patrón de soldadura 401 ilustra un patrón en zigzag mientras que el patrón de soldadura 402 muestra una forma sinusoidal. La frecuencia de ambos patrones de soldadura 401, 402 puede variarse para crear una soldadura sin alta concentración de aluminio y que al mismo tiempo tenga la resistencia requerida. En este caso, se prefiere el uso de un rayo láser controlado dinámicamente por las mismas razones mencionadas anteriormente.

[0055] La figura 6 muestra una realización alternativa del método de la presente invención. En este caso, el rayo láser puede aplicarse alternativamente siguiendo la flecha de dirección de soldadura (WD) dentro del plano de la sección transversal media (P) y formando un ángulo a con respecto a la dirección normal (N) que es perpendicular a la superficie de las piezas en bruto soldados. Se ha comprobado que esta inclinación del rayo láser es especialmente ventajosa, sobre todo cuando las dos piezas brutas a soldar y/o el revestimiento de las mismas tienen espesores diferentes. Normalmente, el ángulo a puede oscilar entre 0 y 70 grados, preferentemente entre 10 y 50 grados, con respecto a la dirección normal (N).

[0056] La figura 7 muestra un diagrama de flujo de un proceso según la presente invención para obtener un producto final estampado en caliente y templado en matriz. En primer lugar, puede utilizarse un proceso de soldadura 510 según cualquiera de los ejemplos divulgados en el presente documento para soldar una primera pieza en bruto A y una segunda pieza en bruto B. La pieza en bruto soldada resultante puede calentarse 520 en, por ejemplo, un horno hasta aproximadamente su temperatura de austenización. A continuación, la pieza en bruto puede ser deformada en caliente 530, por ejemplo, estampada en caliente, para formar un componente que tenga una configuración geométrica específica, como por ejemplo, un componente de pilar B. Después del proceso de deformación en caliente, la pieza en bruto puede ser templada 540 para obtener una microestructura de martensita que proporcione características mecánicas satisfactorias, en particular en la zona soldada de la pieza en bruto soldada.

[0057] Aunque sólo se han descrito aquí algunos ejemplos, son posibles otras alternativas, modificaciones, usos y/o equivalentes de los mismos. Además, todas las posibles combinaciones de los ejemplos descritos también están cubiertas. Por lo tanto, el alcance de la presente divulgación no debe estar limitado por ejemplos particulares, sino que debe determinarse únicamente mediante una lectura justa de las reivindicaciones que siguen.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para unir una primera pieza en bruto (A) y una segunda pieza en bruto (B), en el que al menos una de las primeras y segundas piezas en bruto (A; B) comprende al menos una capa (111; 112) de aluminio o de una aleación de aluminio, comprendiendo el método:

- colocar la primera y la segunda (A; B) piezas en bruto para soldar;

- soldar por láser las primeras y segundas piezas en bruto (A; B) siguiendo una trayectoria de soldadura sin utilizar un material de relleno, y

- deformación en caliente y enfriamiento de las piezas brutas soldadas para formar un componente, caracterizado por el hecho de que

la trayectoria de soldadura combina un movimiento lineal a lo largo de una dirección de soldadura (320; WD) y movimientos oscilantes sustancialmente transversales a la dirección de soldadura (320; WD).

2. El método según la reivindicación 1, en el que la unión de la primera pieza en bruto (A) y la segunda pieza en bruto (B) se selecciona del grupo que consiste en una unión a tope de borde a borde, una unión de solapamiento y una unión traslapada.

3. El método según la reivindicación 2, en el que la unión de la primera pieza en bruto (A) y la segunda pieza en bruto (B) es una unión a tope de borde a borde, formando así una pieza en bruto soldada a medida.

4. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la primera pieza en bruto (A) y/o la segunda pieza en bruto (B) comprenden un sustrato de acero (121; 122) con un revestimiento (111; 112) que comprende la capa de aluminio o de una aleación de aluminio, y en el que dicho sustrato de acero (121; 122) es preferentemente un acero de ultra alta resistencia.

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los movimientos oscilantes de la trayectoria de soldadura siguen un patrón de bucle sustancialmente circular.

6. El método según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los movimientos oscilantes son movimientos lineales recíprocos.

7. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el movimiento oscilante tiene una frecuencia entre 400 - 1500 Hz, preferentemente entre 600 - 1200 Hz.

8. El método según la reivindicación 7, en el que el movimiento oscilante tiene una frecuencia de entre 700 - 1000 Hz.

9. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la trayectoria de soldadura tiene una anchura de entre 0,5 -10 mm, preferentemente de entre 0,8 - 1,2 mm.

10. El método según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el rayo láser (220) tiene un tamaño de punto que va de 0,2 mm a 1 mm, preferentemente de 0,5 mm a 1 mm.

11. El método según una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el rayo láser (220) tiene una potencia máxima que oscila entre 0,5 kW y 10 kW, preferentemente entre 3 kW y 6 kW.

12. El método según la reivindicación 1, en el que la potencia del rayo láser (220) se controla dinámicamente durante el movimiento oscilante, y en el que se utiliza una potencia mínima de entre el 10 y el 50% de la potencia máxima, preferiblemente de entre el 20 y el 45% de la potencia máxima.

13. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el movimiento lineal a lo largo de la dirección de soldadura se lleva a cabo por el láser a una velocidad que va de 1 a 10 m/min, preferentemente a una velocidad que va de 2 a 8 m/min.

14. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la zona soldada tiene sustancialmente la misma resistencia a la tracción que las porciones adyacentes del componente.

15. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que el revestimiento de aluminio no se elimina total o parcialmente antes de la soldadura.