ES2287801T3 - Procedimiento de soldadura de bandas de aleacion de aluminio. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de ensamblaje de chapas de aleación de aluminio que comprende una soldadura fuerte sin fundente en atmósfera controlada de nitrógeno y/o argón a una temperatura comprendida entre 580 y 620°C, un enfriamiento rápido y eventualmente temple a una temperatura comprendida entre 80 y 250°C, y en el cual al menos una de las chapas está constituida por una aleación de núcleo cuya composición es la siguiente (en % 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 en total 0, 15%, el resto aluminio; y está revestida en al menos una de sus caras con una aleación de aluminio para soldadura fuerte que contiene de 4 a 15% de silicio y de 0, 01 a 0, 5% de al menos uno de los elementos siguientes: Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y, o mezcla de metales.

Description

Procedimiento de soldadura de bandas de aleación de aluminio.
Ámbito 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 cambiadores térmicos para el sector automovilístico o de la construcción.
Estado de la técnica
La utilización, para la aplicación a cambiadores térmicos, de aleaciones de alma con endurecimiento estructural (en particular de la serie 6xxx: Al-Mg-Si) era muy corriente mientras el procedimiento de soldadura utilizado era de tipo soldadura al vacío. El paso hacia la tecnología de la soldadura en atmósfera controlada con flujo no corrosivo Nocolok® así como el coste elevado asociado a los hornos de vacío y a su mantenimiento acabaron con esta utilización. En efecto, el procedimiento Nocolok® impone obligaciones estrictas en cuanto a la utilización de aleaciones con magnesio, porque este elemento reacciona con el flujo, utilizado para disolver la capa de óxido, y lo hace inoperante. El porcentaje que suele darse a modo de límite es del orden de un 0,3%. Más allá, sería necesaria una cantidad muy importante de flujo, y la operación resultaría pues extremamente costosa.
Por otra parte, la resistencia a la corrosión de un gran número de bandas para cambiadores térmicos 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 (Alcan).
Así, se sustituyeron muy 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, sea el porcentaje de magnesio tiene que limitarse a un valor relativamente pequeño (por ejemplo inferior a un 0,35% como en el caso de la solicitud EP 1254965), pero en tal caso el efecto de endurecimiento estructural resulta relativamente disminuido, sea es necesario aumentar la cantidad de flujo aplicada o utilizar 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 coste de la operación.
La invención tiene por objeto 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.
Objeto de la invención
La invención tiene por objeto un procedimiento de ensamblaje de chapas de aleación de aluminio que comprende una soldadura sin flujo en atmósfera controlada a una temperatura incluida entre los 580 y los 620ºC, un enfriamiento rápido y eventualmente un revenido a una temperatura incluida entre los 80 y los 250ºC, 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 mischmetal.
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 cambiadores térmicos, el revenido puede efectuarse en curso de funcionamiento en las partes calientes del cambiador térmico.
Descripción de las figuras
Las figuras 1a y 1b representan, respectivamente en vista desde arriba y en vista lateral, las probetas en V utilizadas 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 de la invención
La invención radica en la elección, para la soldadura sin flujo, de una composición específica 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 Mg_{2}Si.
El porcentaje de silicio tiene que ser superior a un 0,3% para permitir la formación de una cantidad suficiente de Mg_{2}Si 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 preferentemente entre 0,35 y 0,7%. Tiene que ser suficiente como para permitir la formación de Mg_{2}Si, y no queda limitado, como en la patente EP 1254965, por el riesgo de reacción con el flujo, puesto que no lo hay. Contrariamente a lo que se preconiza en la solicitud de patente EP 1254965, para formar Mg_{2}Si 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 confor-
mación.
El cobre aumenta la resistencia mecánica de la aleación cuando está en solución sólida. Contrariamente a lo que nos enseñó 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 eventualmente 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 mojabilidad y que pertenecen al grupo constituido por Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o mischmetal, que es una mezcla de tierras raras no separadas. Esta mayor mojabilidad es la que permite evitar la utilización 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 (Alcan 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 como una resina polimérica. 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 620ºC, 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 revenido de la pieza ensamblada, a una temperatura incluida entre los 80 y los 250ºC.
En el caso de la fabricación de cambiadores térmicos, a veces es posible efectuar el revenido durante el funcionamiento en las partes más calientes del cambiador térmico, por ejemplo los tubos de radiadores de refrigeración de los motores automóviles.
\newpage
Ejemplo
Se colaron varias placas de aleaciones de alma cuyas composiciones respectivas se indican en el cuadro 1:
CUADRO 1
1
así como placas de aleación de plaqueado 4047 (Al-12% Si) o 4047 + 0,19% Bi o 4047 + 0,05% Y o 4047 + 0,05% Ca. Se realizan ensamblajes a partir de estas placas de suerte que el espesor de aleación de plaqueado represente el 10% del espesor total. Estos ensamblajes se laminan en caliente, y después en frío, para producir bandas plaqueadas de 0,3 mm de espesor. Luego se someten estas bandas a un tratamiento de restauración de 10 h a 260ºC.
La probeta descrita en la figura 1 se utilizó 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 250ºC al metal que se tiene que soldar. No se utiliza 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, lo que permite visualizar los movimientos de soldadura líquida y la formación de las juntas durante el tratamiento. El ciclo térmico comprende una fase de elevación de la temperatura hasta los 610ºC a una velocidad de unos 20ºC/min., de mantenimiento de 2 min. a los 610ºC y de baja de unos 30ºC/min. Todo esto se hace con barrido continuo de nitrógeno, con un caudal de 8 l/min.
Los resultados se califican con una nota de A a E según la siguiente escala:
2 
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados se indican en el cuadro 2:
CUADRO 2
3
Las características mecánicas se miden en los compuestos M/4047 + Bi, M + Bi/4047 + Bi y M + Y/4047 + Y, a la vez después de la soldadura y después de diferentes tratamientos de revenido. El cuadro 3 presenta los valores obtenidos y los compara con una aleación N, clásicamente utilizada para las bandas destinadas a los cambiadores térmicos, y que tiene la composición:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
4 
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
CUADRO 3
5
6
Se observa el efecto muy favorable del endurecimiento estructural sobre la resistencia mecánica, sobre todo después del revenido.

Claims (11)

1. Procedimiento de ensamblaje de chapas de aleación de aluminio que comprende una soldadura fuerte sin fundente en atmósfera controlada de nitrógeno y/o argón a una temperatura comprendida entre 580 y 620°C, un enfriamiento rápido y eventualmente temple a una temperatura comprendida entre 80 y 250°C, y en el cual al menos una de las chapas está constituida por una aleación de núcleo cuya composición es la siguiente (en % 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 en total 0,15%, el resto aluminio;
y está revestida en al menos una de sus caras con una aleación de aluminio para soldadura fuerte que contiene de 4 a 15% de silicio y de 0,01 a 0,5% de al menos uno de los elementos siguientes: Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y, o mezcla de metales.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de cobre de la aleación está comprendido entre 0,35 y 1%.
3. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el contenido de manganeso de la aleación está comprendido entre 0,3 y 0,7%.
4. Procedimiento según alguna de las "reivindicaciones 1 a 3", caracterizado porque el contenido de magnesio de la aleación está comprendido entre 0,35 y 0,7%.
5. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el contenido de zinc de la aleación del núcleo es inferior al 0,2%.
6. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el contenido de bismuto de la aleación del núcleo está comprendido entre 0,05 y 0,5%.
7. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el contenido de itrio de la aleación del núcleo está comprendido entre 0,01 y 0,5%.
8. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la aleación del núcleo presenta la siguiente 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 en total 0,15% el resto aluminio.
9. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la aleación para soldadura fuerte está aplicada sobre la aleación del núcleo mediante unión por laminación.
10. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la aleación para soldadura fuerte está constituida por partículas, eventualmente recubiertas por una capa de resina.
11. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se lo utiliza para la fabricación de intercambiadores de calor y porque el temple se efectúa durante el funcionamiento de los intercambiadores, en sus partes calientes.
ES04805531T 2003-11-28 2004-11-24 Procedimiento de soldadura de bandas de aleacion de aluminio. Expired - Lifetime ES2287801T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

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