ES2265580T3

ES2265580T3 - Procedimiento para unir dos planchas por un lado de un material de aluminio y por otro lado de un material de hierro o de titanio mediante una juntura por soldadura fuerte.

Info

Publication number: ES2265580T3
Application number: ES03750140T
Authority: ES
Inventors: Christian Schmaranzer; Karl-Heinz Stellnberger; Alois Leitner
Original assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Current assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2007-02-16
Anticipated expiration: 2023-10-06
Also published as: KR20050049506A; CA2501202C; US20050258218A1; DE50303409D1; CA2501202A1; EP1585612A1; KR100990005B1; EP1585612B1; WO2004030856A1; ATE326307T1; AU2003269575A1

Abstract

Procedimiento para unir dos planchas por un lado de un material de aluminio y por otro lado de un material de hierro o de titanio mediante una juntura por soldadura fuerte utilizando una aportación, dotándose el material de hierro o de titanio al menos en la región de unión con un recubrimiento preferiblemente a base de zinc o de aluminio, antes de aplicar la aportación para la formación de una costura de juntura con fusión, caracterizado porque se unen las dos planchas en forma de una junta a tope, aplicándose la aportación a base de aluminio para la formación de la costura de juntura en ambos lados de la plancha en una región que hace de puente para la unión sobre la plancha de material de hierro o de titanio en una anchura que corresponde al menos a tres veces el grosor de esta plancha.

Description

Procedimiento para unir dos planchas por un lado de un material de aluminio y por otro lado de un material de hierro o de titanio mediante una juntura por soldadura fuerte.

La invención se refiere a un procedimiento para unir dos planchas por un lado de un material de aluminio y por otro lado de un material de hierro o de titanio mediante una juntura por soldadura fuerte utilizando una aportación, dotándose el material de hierro o de titanio al menos en la región de unión con un recubrimiento preferiblemente a base de zinc o de aluminio, antes de aplicar la aportación para la formación de una costura de juntura con fusión, véase por ejemplo el documento GB-A-964 743.

Estado de la técnica

En el caso de la juntura térmica de un material de aluminio con un material de acero se funde el material de aluminio en la región de unión, de modo que el aluminio líquido por fusión reticula el material de acero y se genera tras el enfriamiento una juntura accionada por adherencia de materiales. En la región de transición entre los materiales se forman sin embargo fases intermetálicas frágiles, que determinan también de manera decisiva la capacidad de carga de la juntura. Para mantener el grosor de estas franjas de fases intermetálicas pequeño, deben influirse las condiciones de difusión en la región de transición de los materiales correspondientemente, limitándose la fase de fusión manteniendo velocidades de calentamiento y enfriamiento comparativamente grandes en un intervalo de tiempo corto.

Esto se consigue ventajosamente, cuando se disponen las planchas que van a juntarse en una unión superpuesta y se calientan en la región de superposición del material de acero con un rayo láser desenfocado. Las uniones de juntura superpuestas requieren sin embargo una rigidez más elevada para una conformación de las planchas unidas. Además debe contarse debido a la diferencia de potencial electroquímico entre los materiales de acero y de aluminio con una elevada tendencia a la corrosión en la región de la junta de superposición, puesto que en la región de superposición no puede contarse con un cierre completo de la juntura, incluso cuando se añade una aportación a base de aluminio al fundir el material de aluminio. Dificultades similares surgen al unir las planchas por un lado de un material de aluminio y por otro lado de uno de titanio, porque también en esta combinación de material aparece una franja de fase intermetálica frágil.

Para evitar la aparición de fases intermetálicas frágiles en la región de una costura de juntura entre un material de acero y uno de aluminio en su mayoría, finalmente se conoce (documento DE 10 017 453 A1) dotar el material de acero al menos en la región de unión de un recubrimiento a base de zinc o de aluminio, antes de aplicar una aportación a base de zinc para la formación de una costura de juntura con fusión entre el material de acero y el de aluminio. Esta aportación forma con el material de aluminio una juntura por soldadura metalúrgica por fusión y sirve como aleación de soldadura para la juntura con el material de acero, no entrando la aportación en contacto del líquido fundido con el material de acero, sino exclusivamente con el material de recubrimiento, de modo que pueden suprimirse las fases intermetálicas debido a la aportación seleccionada. Sin embargo es desventajoso en este procedimiento de unión conocido, que la costura de juntura formada mediante la aportación puede preverse en la región de la cuña entre dos regiones de superficie divergentes de los materiales que van a unirse e implica una aportación a base de zinc claramente diferente del material de aluminio. Si se utiliza una aportación a base de aluminio (documento US 3 202 793 A), entonces si bien puede evitarse este inconveniente, sin embargo la resistencia de esta juntura de soldadura fuerte es insuficiente, incluso cuando se dota la plancha de hierro en la región de juntura con punzaduras para mejorar la resistencia, para obtener a través de la aportación que atraviesa estas punzaduras una unión mejorada de esta aportación con la plancha de hierro.

Representación de la invención

La invención se base por tanto en indicar un procedimiento para unir dos planchas con junta a tope por un lado de un material de hierro o de titanio y por otro lado de un material de aluminio, que permite una juntura permanente, suficiente para todos los requisitos de carga, entre las planchas de materiales diferentes, sin deber utilizar una aportación a base de aluminio.

Partiendo de un procedimiento del tipo ilustrado anteriormente, la invención resuelve el objetivo planteado porque se unen las dos planchas en forma de una junta a tope, aplicándose la aportación a base de aluminio para la formación de la costura de juntura en ambos lados de la plancha en una región que hace de puente para la junta sobre la plancha del material de hierro o de titanio en una anchura correspondiente al menos a tres veces el grosor de esta plancha.

Dado que a consecuencia de estas medidas la aportación a base de aluminio hace de puente para la junta entre las planchas en ambos lados de las planchas, la costura de juntura formada mediante esta aportación a ambos lados de la plancha cubre una región del borde del material de hierro o de titanio, lo que no sólo amplía la superficie de unión, sino que representa también un requisito esencial para que no pueda aparecer en la región de junta un corrosión por fisura. Dado que además se reduce claramente la diferencia de potencial electroquímico entre el recubrimiento del material de hierro o de titanio y la aportación en comparación con la diferencia de potencial entre el material de hierro o de titanio y el material de aluminio, puede reducirse de manera decisiva una corrosión por contacto. Mediante el recubrimiento del material de hierro o titanio en la región de unión se reduce además la tendencia a la formación de fases intermetálicas frágiles. Con este propósito puede alearse también la aportación a base de aluminio de manera en sí conocida para aumentar la resistencia, de modo que se genera para la juntura según la invención una capacidad de carga elevada, puesto que se aumenta la sección transversal de soporte a través de la costura de juntura que hace de puente para la junta entre las dos planchas.

Para que pueda asegurarse una resistencia suficiente en todos los requisitos a través de la costura de juntura, la costura de juntura formada mediante la aportación debe cubrir por ambos lados el borde de la plancha del material de hierro o de titanio en una medida correspondiente. Si se aplica la aportación sobre la plancha del material de hierro o de titanio en una anchura correspondiente al menos a tres veces el grosor de esta plancha, entonces pueden mantenerse en la región de costura al menos los valores de resistencia, tal como se generan en las regiones de plancha posteriores.

Para conseguir una recepción de la carga progresiva entre los diferentes materiales evitando puntas de tensión excesivas, puede dotarse la plancha del material de hierro o de titanio ventajosamente en la región de junta al menos en un lado de la plancha con un chaflán, de modo que se reduce la sección transversal de soporte del material de hierro o de titanio contra el material de aluminio, mientras que la sección transversal del material de aluminio se aumenta correspondientemente. Pero este chaflán debe cubrirse tal como la zona de unión restante con un recubrimiento a base de zinc, de estaño o de aluminio; para garantizar la unión por material entre el material de hierro o de titanio y la aportación. La costura de juntura que hace de puente para la región de junta entre las planchas mediante la aportación si bien conlleva una sobreelevación de la región de junta, sin embargo no desempeña esta sobreelevación ningún papel decisivo a través de la costura de juntura a ambos lados por ejemplo para una conformación posterior de las planchas unidas a tope. En determinadas circunstancias puede aplanarse la costura de juntura también mediante una deformación plástica. Además es posible, unir las dos planchas de tal modo, que sus superficies en un lado se encuentran en un plano común, y doblar tras aplicar la costura de juntura en la región de costura en el respectivo grosor del saliente de la costura sobre la superficie común lejos de ésta. Mediante esta medida se genera en un lado una superficie que pasa sin escalones por encima de la costura de juntura de las planchas unidas.

Debido al recubrimiento por ambos lados de la región del borde del material de hierro o de titanio mediante la costura de juntura se limita una posible corrosión por fisuras en la región de transición entre el borde longitudinal de la costura de juntura en el lado del material de hierro o de titanio y su recubrimiento. Si el material de recubrimiento presenta una solubilidad limitada, entonces aparece el peligro en ciertas circunstancias, de que el material de recubrimiento se enriquezca en esta zona de transición en la aportación a base de aluminio y forme un punto de partida para una agresión por corrosión. Para poder prevenir incluso este peligro reducido de una manera sencilla, puede cubrirse la costura de juntura formada entras las dos planchas al menos en un lado de la plancha en la región de transición para el material de hierro o de titanio recubierto mediante un recubrimiento anticorrosivo, especialmente una capa de pintura.

Los recortes de plancha por un lado de un material de hierro o de titanio y por otro lado de un material de aluminio, que se unen con ayuda de una costura por soldadura según la invención, pueden conformarse también en la región de la costura de juntura, sin sobrecargar la costura de juntura, lo que permite una producción sencilla de piezas a partir de tales recortes de plancha, porque los recortes de plancha se unen antes de una deformación en frío y después se conforman conjuntamente mediante la deformación en frío. Un requisito para esto es que pueden transmitirse a través de la juntura por soldadura fuerte las fuerzas necesarias, para poder plastificar los recortes de plancha unidos y mediante esto poder conformarlos. Esto se consigue porque se aplica la costura de juntura en el lado del recorte de plancha del material de hierro o de titanio en una anchura, que corresponde al menos a tres veces el grosor de este recorte de plancha. Esta condición que puede cumplirse con poco esfuerzo, garantiza que se mantengan en un intervalo admisible las tensiones normales críticas para la capacidad de carga de la costura de juntura en la región de la zona de aleación de soldadura entre la aportación a base de aluminio y el recorte de plancha del material de hierro o de titanio incluso en el caso de una conformación plástica de los recortes de plancha unidos, porque justamente se aumenta la superficie de unión correspondientemente.

Si bien la costura de juntura a partir de la aportación que hace de puente para la región de junta entre los recortes de plancha conlleva un exceso de la región de junta, sin embargo no desempeña esta sobreelevación ningún papel para la conformación posterior de los recortes de plancha unidos a tope, porque las sobreelevaciones pueden tenerse en cuenta por ejemplo mediante los rebajos correspondientes en molde de formación. Pero para la reducción de las sobreelevaciones de la costura puede aplanarse también la costura de juntura formada mediante la aportación entre los dos recortes de plancha antes de la deformación en frío conjunta de los recortes de plancha unidos.

Breve descripción de los dibujos

Mediante los dibujos se describe con más detalle el procedimiento según la invención.

Muestran:

la figura 1 dos recortes de plancha unidos según el procedimiento según la invención por un lado de un material de acero y por otro lado de uno de aluminio en una vista en alzada,

la figura 2 un corte a través de la costura de juntura entre los recortes de plancha unidos a tope en un corte según la línea II-II de la figura 1 en una escala mayor,

la figura 3 una representación correspondiente a la figura 2 con una costura de juntura aplanada mediante una deformación plástica,

la figura 4 una representación correspondiente también a la figura 2 de una variante de construcción de una costura de juntura producida según la invención,

la figura 5 una costura de juntura correspondiente a la figura 4, sin embargo tras una deformación adicional y

la figura 6 la pieza producida mediante una deformación en frío a partir de los recortes de plancha unidos según la figura 1 en diagrama simplificado en una escala mayor.

Modo para la realización de la invención

Para poder producir la pieza ilustrada en la figura 6, por ejemplo una viga laminada, a partir de un recorte 1 de plancha deformado en frío de un material de hierro y un recorte 2 de plancha deformado también en frío de un material de aluminio, se parte de recortes 1 y 2 de plancha planos, tal como se indican en la figura 1. Estos recortes 1 y 2 de plancha se unen en forma de una junta a tope. Para este propósito se dota el recorte 1 de plancha del material de hierro en la región del borde que forma el sitio de unión con chaflanes 3 a ambos lados, tal como puede observarse esto en la figura 2. Estos chaflanes 3 presentan tal como las superficies restantes de la región de unión un recubrimiento preferiblemente a base de zinc. Tras un acercamiento de los recortes 1 y 2 de plancha que van a unirse se aplica en la región de unión una aportación a base de aluminio a ambos lados de los recortes 1 y 2 y se funde con ayuda de un arco eléctrico, generándose entre el material de aluminio del recorte 2 de plancha y la aportación a base de aluminio que forma la costura 4 de juntura una juntura de soldadura de fusión metalúrgica. Esta juntura de soldadura obtenida mediante una fusión del material de aluminio se ilustra mediante un rayado uniforme del recorte 2 de plancha y de la costura 4 de juntura, indicándose el borde original del recorte 2 de plancha con una línea discontinua. La aportación de líquido de fusión representa para la unión al recorte 1 de plancha del material de hierro una aleación de soldadura, que sin embargo no sólo se aplica en la región inmediata de unión de los dos recortes 1 y 2 de plancha, sino que hace de puente para la unión y se extiende a ambos lados del material de hierro. A este respecto la aportación que forma la aleación de soldadura se aplica en una región de recubrimiento, que presenta al menos una anchura b correspondiente a tres veces el grosor d. Mediante la ampliación asociada a esto de la longitud de unión se limitan por un lado las tensiones normales, también decisivas para la capacidad de carga de la costura de juntura, en la región de la zona de la aleación de soldadura a una medida admisible y por otro lado se mantienen las perdidas de resistencia debidas a la corrosión de la juntura mediante modos de corrosión correspondientemente largos con las pérdidas de resistencia debidas a la corrosión del material de base más débil de los recortes 1 y 2 de plancha, de modo que a lo largo de la vida útil total de la pieza la región de unión presenta valores de resistencia, que corresponden al menos a los valores de resistencia del más débil de los dos recortes 1 y 2 de plancha.

Tras la producción de la costura 4 de juntura pueden dotarse los recortes 1 y 2 de plancha unidos de una capa anticorrosiva. Para este propósito pueden someterse los recortes 1 y 2 de manera convencional a un lacado por inmersión, cubriéndose la región 5 de transición entre la costura 4 de juntura y el recorte 1 de plancha recubierto del material de acero mediante la capa de pintura con la ventaja, de que no puede aparecer en esta región 5 de transición ninguna corrosión, que pudiera reproducirse hacia la región de unión inmediata con el tiempo.

Dado que para el ajuste recíproco de las propias resistencias se selecciona el grosor del recorte de plancha del material de aluminio mayor que el grosor d del recorte 1 de plancha del material de acero, puede generarse mediante la costura 4 de juntura una sobreelevación correspondiente entre los dos recortes 1 y 2 de plancha. Para limitar esta sobreelevación sin poner en peligro la juntura entre los dos recortes 1 y 2 de plancha, puede aplanarse según la figura 3 la costura 4 de juntura indicada por líneas y puntos en su forma original mediante una deformación plástica, tal como se representa esto en líneas continuas.

La disposición simétrica representada en las figuras 2 y 3 de los recortes 1 y 2 de plancha no es necesaria en ningún caso para la producción según la invención de una costura 4 de juntura. Así podrían encontrarse por ejemplo las superficies de los recortes 1 y 2 de plancha sobre un lado en un plano conjunto, tal como se muestra esto en la figura 4. Con una disposición de este tipo se genera una costura 4 de juntura deformada de manera diferente, sin que se modifiquen las relaciones básicas. Dado que en el ejemplo de realización según la figura 4 tiene poco sentido dotar el borde del recorte 1 de plancha también en el lado de las superficies alineado con el recorte 2 de plancha con un chaflán, sólo se trata el lado opuesto del borde de la plancha con un chaflán 3. En esto caso es recomendable también un biselado 6 del recorte 2 de plancha del material de aluminio, para garantizar una formación de la costura ventajosa. Adicionalmente puede deformarse según la figura 5 la región de la costura de tal modo, que se genera en dicho lado de la plancha una superficie común continua sin escalones a través de la costura 4 de juntura. Esto se consigue entonces, cuando se doblan los recortes de plancha en la región de la costura tanto como el grosor respectivo del saliente de la costura a través de la superficie común alejándose de ésta, tal como puede deducirse esto de la figura 5.

Los recortes 1 y 2 de plancha se deforman según la figura 6 tras la unión mediante una juntura por soldadura fuerte juntos para dar la pieza, por ejemplo mediante un doblado o una conformación por embutición profunda. Las fuerzas necesarias para la deformación plástica de los recortes 1 y 2 de plancha pueden transmitirse en estas deformaciones en frío sin problema a través de la costura 4 de juntura. La sobreelevación por la costura 4 de juntura puede tenerse en cuenta en las deformaciones plásticas de los recortes 1 y 2 de plancha unidos, en primer lugar planos, mediante una formación correspondiente de las herramientas, por ejemplo mediante ajustes en la región de la costura 4 de juntura. Pero la sobreelevación puede aplanarse también mediante una deformación plástica según la figura 3.

Por supuesto la invención no se limita al ejemplo de realización representado. Así puede utilizarse en lugar de un recorte 1 de plancha de un material de hierro un recorte de un material de titanio, que puede unirse de manera comparable mediante una aleación de soldadura de manera resistente a la corrosión a través de una aportación a base de aluminio con un material de aluminio, cuando se mantienen los parámetros según la invención.

Claims

1. Procedimiento para unir dos planchas por un lado de un material de aluminio y por otro lado de un material de hierro o de titanio mediante una juntura por soldadura fuerte utilizando una aportación, dotándose el material de hierro o de titanio al menos en la región de unión con un recubrimiento preferiblemente a base de zinc o de aluminio, antes de aplicar la aportación para la formación de una costura de juntura con fusión, caracterizado porque se unen las dos planchas en forma de una junta a tope, aplicándose la aportación a base de aluminio para la formación de la costura de juntura en ambos lados de la plancha en una región que hace de puente para la unión sobre la plancha de material de hierro o de titanio en una anchura que corresponde al menos a tres veces el grosor de esta plancha.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se dota la plancha de material de hierro o de titanio antes de la aplicación del recubrimiento en la región de la unión al menos en un lado de la plancha con un chaflán.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque se aplana la costura de juntura formada mediante el aporte entre las dos planchas tras la aplicación de la aportación mediante una deformación plástica.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se unen las dos planchas con una superficie que se encuentra en un plano común sobre uno de los lados y se curvan hacia fuera tras la aplicación de la costura de juntura en la región de la costura en el grosor correspondiente del saliente de la costura sobre la superficie común lejos de ésta.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se cubre la costura de juntura formada mediante la aportación entre las dos planchas al menos en un lado de la plancha en la región de transición hacia el material de hierro o de titanio recubierto mediante un capa anticorrosiva, especialmente una capa de pintura.

6. Procedimiento para producir una pieza a partir de recortes de plancha unidos, deformados en frío por un lado de un material de aluminio y por otro lado de un material de hierro o de titanio, caracterizado porque se unen los recortes antes de una deformación en frío conjunta mediante una juntura por soldadura fuerte en forma de una junta a tope utilizando una aportación a base de aluminio, que se aplica para la formación de la costura de juntura a ambos lados del recorte de plancha de material de hierro o de titanio con fusión sobre un recubrimiento del material de hierro o de titanio en una anchura correspondiente al menos a tres veces el grosor de este recorte de plancha.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque se aplana la costura de juntura formada mediante la aportación entre los dos recortes de plancha antes de la deformación en frío conjunta de los recortes de plancha unidos.