MXPA06005902A - Procedimiento de soldadura de bandas de aleacion de aluminio. - Google Patents
Procedimiento de soldadura de bandas de aleacion de aluminio.Info
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Abstract
La invencion tiene por objetivo un procedimiento de ensamblaje de chapas de aleacion de aluminio que comprende una soldadura sin flujo en atmosfera controlada a una temperatura incluida entre 580 y 620 degree C, un enfriamiento rapido y opcionalmente un recalentado a una temperatura incluida entre 80 y 250 degree C, y en el que por lo menos una de las chapas esta constituida por una aleacion de alma que tiene la composicion (5 en peso) Si: 0.3 - 1.0 Fe < 1.0 Cu: 0.3 - 1.0 Mn: 0.3 - 2.0 Mg: 0.3 - 3.0 Zn < 6.0 Ti < 0.1 Zr < 0.3 Cr < 0.3 Ni < 2.0 Co < 2.0 Bi < 0.5 Y < 0.5 otros elementos < 0.05 cada uno y 0.15 en total, resto aluminio, y revestida en por lo menos una cara con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene de 4 a 15% de silicio y de 0.01 a 0.5% de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, y o de misch metal. En particular, el procedimiento esta destinado a la soldadura sin flujo de los intercambiadores de calor.
Description
PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA DE BANDAS DE ALEACION DE ALUMINIO
CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a la soldadura sin flujo en atmósfera controlada de bandas de aleación de aluminio revestidas en una o dos caras con una aleación de soldadura, y destinada en particular a la fabricación de intercambiadores de calor para el sector automotriz o de la construcción .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El uso, para la aplicación a intercambiadores de calor, de aleaciones de alma con endurecimiento estructural (en particular de la serie 6xxx: Al-Mg-Si) era muy corriente mientras que el procedimiento de soldadura usado era de tipo soldadura al vacio. El paso hacia la tecnología de la soldadura en atmósfera controlada con flujo no corrosivo Nocolok® asi como el costo elevado asociado a los hornos de vacío y a su mantenimiento acabaron con este uso. En efecto, el procedimiento Nocolok® impone obligaciones estrictas en cuanto al uso de aleaciones con magnesio, porque este elemento reacciona con el flujo, usado para disolver la capa de óxido, y lo hace inoperante. El porcentaje que suele darse a modo de límite es del orden de 0.3%. Más allá, sería necesaria una cantidad muy importante de flujo, y la REF. : 172686 operación resultaría extremamente costosa. Por otra parte, la resistencia a la corrosión de un gran .número de bandas para intercambiadores de calor radica en la formación de una capa anódica en la interfase alma/plaqueado, lo que impone un porcentaje muy pequeño de silicio en el alma. Por ejemplo, es el caso de las aleaciones descritas en la patente EP 0326337 (Alean}. Asi, se sustituyeron mayormente las aleaciones 6xxx por aleaciones 3xxx con bajo porcentaje de magnesio y bajo porcentaje de silicio, y se perdió el efecto de endurecimiento estructural . Hace poco, se han propuesto aleaciones de alma de tipo 3xxx con endurecimiento estructural, por ejemplo en la patente EP 0718072 (Hoogovens Aluminium Walzprodukte) o en la solicitud EP 1254965 (SAPA Heat Transfer) . En ambos casos, no se realizó ninguna modificación en las bandas para mejorar su aptitud para la soldadura en un horno Nocolok® estándar. Por consiguiente, ya sea el porcentaje de magnesio tiene que limitarse a un valor relativamente pequeño (por ejemplo menor a 0.35% como en el caso de la solicitud EP 1254965), pero en tal caso el efecto de endurecimiento estructural resulta relativamente disminuido, o es necesario aumentar la cantidad de flujo aplicada o usar un flujo alterno como el flujo con cesio descrito en la patente US 5771962 (Ford) . En ambos casos, esto se traduce en un aumento significativo del costo de la operación. La invención tiene por objetivo proponer un material que posea a la vez propiedades de endurecimiento estructural así como una buena aptitud para la soldadura en las líneas Nocolok® existentes.
OBJETIVO DE LA INVENCIÓN La invención tiene por objetivo un procedimiento de ensamblaje de chapas de aleación de aluminio que comprende una soldadura sin flujo en atmósfera controlada a una temperatura incluida entre 580 y 620°C, un enfriamiento rápido y opcionalmente un recalentado a una temperatura comprendida entre 80 y 250°C, y en el que por lo menos una de las chapas está ' constituida por una aleación de alma que tiene la composición (% en peso) : Si: 0.3-1.0 Fe < 1.0 Cu: 0.3-1.0 Mn: 0.3-2.0 Mg: 0.3-3.0 Zn < 6.0 Ti < 0.1 Zr < 0.3 Cr < 0.3 Ni < 2.0 Co < 2.0 Bi < 0.5 Y < 0.5 otros elementos < 0.05 cada uno y 0.15 en total, resto aluminio, y revestida en por lo menos una cara con una aleación de aluminio de soldadura que contiene de 4 a 15% de silicio y de 0.01 a 0.5% de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de misen metal. Una composición preferida para la aleación de alma es: Si: 0.3-1.0 Fe < 0.5 Cu: 0.35-1.0 Mn: 0.3-0.7 Mg : 0.35- 0.7 Zn < 0.2 Ti < 0.1 Zr < 0.3 Cr < 0.3 Ni < 1.0 Co < 1.0 Bi
< 0.5 Y < 0.5 otros elementos < 0.05 cada uno y 0.15 en total, resto aluminio. En el caso de la fabricación de intercambiadores de calor, el recalentado puede efectuarse en curso de funcionamiento en las partes calientes del intercambiador.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las figuras la y Ib representan, respectivamente en vista desde arriba y en vista lateral, las probetas en V usadas en los ejemplos para evaluar la aptitud para la soldadura . La figura 2 representa la definición de la anchura de la junta soldada en la prueba de aptitud para la soldadura descrita en los ejemplos.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención radica en la elección, para la soldadura sin flujo, de una composición especifica para la aleación de alma, en combinación con la adición a la aleación de plaqueado de uno o varios elementos que permiten modificar sus propiedades de superficie, como la tensión superficial o la composición de la capa de óxido. La aleación de alma contiene magnesio y cobre así como silicio y magnesio para que se pueda obtener un endurecimiento por precipitación de Mg2Si. El porcentaje de silicio tiene que ser superior a un 0.3% para permitir la formación de una cantidad suficiente de Mg2Si y seguir siendo inferior a 1% para poder guardar una diferencia suficiente entre las temperaturas de fusión de la aleación de alma y de la aleación de plaqueado. El porcentaje de magnesio está incluido entre 0.3 y 3.0%, y de preferencia entre 0.35 y 0.7%. Tiene que ser suficiente como para permitir la formación de Mg2Si y no queda limitado, como en la patente EP 1254955, por el riesgo de reacción con el flujo, puesto que no lo hay. Por el contrario a lo que se preconiza en la solicitud de patente EP 1254965, para formar Mg2Si no se procura obtener un exceso de silicio con respecto a la cantidad estequiométrica sino un exceso de magnesio. Sin embargo, puesto que el magnesio tiene una influencia desfavorable sobre la conformabilidad , es deseable limitarlo a un 0.7% para las aplicaciones que exigen una importante conformación . El cobre aumenta la resistencia mecánica de la aleación cuando está en solución sólida. Contrario a las enseñanzas de EP 1254965, la solicitante no observó ninguna disminución de la resistencia a la corrosión más allá de un 0.3%, a condición de no sobrepasar 1%, límite a partir del que precipita el cobre. En cambio, la presencia de cobre en solución sólida aumenta el potencial de corrosión. Una razón suplementaria para no sobrepasar 1% es que se evita bajar demasiado la temperatura de fusión de la aleación. La aleación de plaqueado suele ser una aleación de aluminio que contiene de 4 a 15% de silicio, y opcionalmente otros elementos adicionales como Cu, Mg o Zn. Una de las características de la invención es la adición a la aleación de plaqueado- de uno o varios elementos que permiten mejorar su humectabilidad y que pertenecen al grupo constituido por Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o misen metal, que es una mezcla de tierras raras no separadas. Esta mayor humectabilidad es la que permite evitar el uso de un flujo para la soldadura sin operar al vacío. La aleación de soldadura suele plaquearse por colaminado en la aleación de alma. En el caso en el que la aleación de soldadura se plaquea en una sola cara, la otra cara se puede revestir, de manera conocida en sí, con una aleación sacrificial, por lo general de tipo Al-Zn, destinada a mejorar la resistencia a la corrosión de la aleación de alma. La aleación de soldadura también se puede aplicar en forma de partículas, en particular de partículas Al-Si, como se describe por ejemplo en la patente EP 0568568 (Al can International) . Por lo general, para la soldadura en atmósfera controlada, las partículas de aleación de soldadura se asocian a partículas de flujo, en particular de flujo a base de fluoruros, como el fluoroaluminato de potasio, y de un ligante tal como una resina polimerica. En este caso, una ventaja específica de la invención es que se evita la presencia de flujo en el revestimiento. También se pueden incorporar a la aleación de alma de 0.05 a 0.5% de bismuto y/o de 0.01 a 0.5% de itrio. La soldadura se efectúa sin flujo en atmósfera controlada, por ejemplo de nitrógeno o de argón, a una temperatura incluida entre los 580 y los 620°C, lo que posibilita la fusión de la aleación de soldadura y también garantiza la disolución de la aleación de alma . A esta disolución le sigue un enfriamiento rápido, por ejemplo con aire expulsado. Se puede efectuar un recalentado de la pieza ensamblada, a una temperatura incluida entre los
80 y los 250°C. En el caso de la fabricación de intercambiadores de calor, a veces es posible efectuar el recalentado durante el funcionamiento en las partes más calientes del intercambiador de calor, por ejemplo los tubos de radiadores de refrigeración de los motores de automóviles .
EJEMPLO Se colaron varias placas de aleaciones de alma cuyas composiciones respectivas se indican en la tabla 1:
asi como placas de aleación de plaqueado 4047 (Al-12% Si) ó 4047 + 0.19% Bi ó 4047 + 0.05% o 4047 + 0.05% Ca . Se realizan ensamblajes a partir de estas placas de suerte que el espesor de aleación de plaqueado represente 10% del espesor total. Estos ensamblajes se laminan en caliente, y después en frió, para producir bandas plaqueadas de 0.3 mm de espesor. Luego se someten estas bandas a un tratamiento de restauración de 10 h a 260°C. La probeta descrita en la figura 1 se usó para evaluar la aptitud para la soldadura de estos materiales. La "V" está constituida por una banda desnuda de aleación 3003, en estado H24, y de 0.3 mm de espesor. Se aplica un tratamiento de desengrase de 15 min a 250 °C al metal que se tiene que soldar. No se usa ninguna otra preparación de superficie y en particular no se aplica ningún flujo. La soldadura se hace en un horno de vidrio con doble pared, que permite visualizar los movimientos de soldadura liquida y la formación de las juntas durante el tratamiento. El ciclo térmico comprende una fase de elevación de la temperatura hasta los 610 °C a una velocidad de aproximadamente 0°C/min., de mantenimiento de 2 min a 610°C y de baja de aproximadamente 30°C/min. Todo esto se hace con barrido continuo de nitrógeno, con un caudal de 8 1/min. Los resultados se califican con una nota de A a E de acuerdo con la siguiente escala:
Los resultados se indican en la tabla 2:
Tabla 2
Alma Plaqueado Capacidad de soldadura M 4047 E M 4047+Bi B M+Bi 4047+Bi A M+Y 4047+Y B M 4047+Ca E Las características mecánicas se miden en los compuestos ?/4047+Bi, M+Bi/4047+Bi y ?+?/4047+?, a la vez después de la soldadura y después de diferentes tratamientos de recalentado. La tabla 3 presenta los valores obtenidos y los compara con una aleación N, usada clásicamente para las bandas destinadas a los intercambiadores de calor, y que tiene la composición:
Tabla 3
Compuesto Estado Rm (MPa) Ro.2 (MPa) A (%)
?/4047+Bi Después de la 202 95 9.3 soldadura ?/4047+Bi Después de la 236 169 5.8 · soldadura+4 h a 180°C ?/4047+Bi Después de la 236 191 3.3 soldadura+8 h a 180°C M+Bi/4047+Bi Después de la 210 100 8.4 soldadura Compuesto Estado Rm (MPa) Ro.2 A (%) (MPa) M+Bi/4047+?? Después de la 231 172 4.8 soldadura+4 h a 180°C M+Bi/4047+Bi Después de la 245 196 4.1 soldadura+8 h a 180°C M+Y/4047+Y Después de la 207 95 9.4 soldadura ?+?/4047+y Después de la 240 170 6.4 soldadura+4 h a 180°C +Y/4047+Y Después de la 256 198 5.2 soldadura+8 h a 180°C N/4045 Después de la 166 64 18.0 soldadura N/4045 Después de la 164 60 16.9 soldadura+4 h a 180°C N/4045 Después de la 163 60 17.0 soldadura+ 8 h a 180°C Se observa el efecto muy favorable sobre todo después del recalentado del endurecimiento .estructural sobre la resistencia mecánica. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Procedimiento de ensamblaje de chapas de aleación de aluminio, caracterizado porque comprende una soldadura sin flujo en atmósfera controlada de nitrógeno y/o de argón a una temperatura comprendida entre 580 y 620 °C, un enfriamiento rápido y opcionalmente un recalentado a una temperatura comprendida entre 80 y 250°C, y en el que por lo menos una de las chapas está constituida por una aleación de alma que tiene la composición (% en peso) : Si: 0.3-1.0 Fe < 1.0 Cu: 0.3-1.0 Mn: 0.3-2.0 Mg: 0.3-3.0 Zn < 6.0 Ti < 0.1 Zr < 0.3 Cr < 0.3 Ni < 2.0 Co < 2.0 Bi < 0.5 Y < 0.5 otros elementos < 0.05 cada uno y 0.15 en total, resto aluminio, y revestida en por lo menos una cara con una aleación de aluminio de soldadura que contiene de 4 a 15% de silicio y de 0.01 a 0.5% de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de misch metal. 2. Procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el porcentaje de cobre de la aleación de alma está incluido entre 0.35 y 1%. 3. Procedimiento de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el porcentaje de manganeso de la aleación de alma está incluido entre 0.3 y 0.7%. . Procedimiento de conformidad con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el porcentaje de magnesio de la aleación de alma está incluido entre 0.35 y 0.7%. 5. Procedimiento de conformidad con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el porcentaje de zinc de la aleación de alma es inferior a 0.2%. 6. Procedimiento de conformidad con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el porcentaje de bismuto de la aleación de alma está comprendido entre 0.05 y 0.5%. 7. Procedimiento de conformidad con una las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el porcentaje de itrio de la aleación de alma está comprendido entre 0.01 y 0.5%. 8. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la aleación de alma tiene la composición: Si: 0.3-1.0 Fe < 0.5 Cu: 0.35-1.0 Mn: 0.3-0.7 Mg: 0.35-0.7 Zn < 0.2 Ti < 0.1 Zr < 0.3 Cr < 0.3 Ni < 1.0 Co < 1.0 Bi < 0.5 Y < 0.5 otros elementos < 0.05 cada uno y 0.15 en total, resto aluminio. 9. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la aleación de soldadura se plaquea por colaminado en la aleación de alma. 10. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 8 , caracterizado porque el revestimiento de la aleación de soldadura está constituido por partículas, opcionalmente envueltas en una capa de resina. 11. Procedimiento de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se usa para la fabricación de intercambiadores de calor y porque el recalentado se efectúa en curso de funcionamiento de los intercambiadores de calor, en sus partes calientes.
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