ES2288503T3 - Producto laminar de soldadura y metodo para fabricar un ensamblaje utilizando el producto laminar de soldadura. - Google Patents
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Abstract
Producto laminar de soldadura fuerte que tiene una lámina central (1) hecha de una aleación de aluminio, que tiene al menos una de las superficies de dicha lámina central revestida con una capa de revestimiento de aluminio (2), y una capa (3) que comprende níquel situada sobre la superficie externa de una o de ambas de dicha capa o capas de revestimiento de aluminio (2), caracterizado por que hay una capa (4) que comprende cinc o estaño como capa de ligazón entre dicha superficie externa de dicha capa o capas de revestimiento de aluminio y dicha capa (3) que comprende níquel y en el que la capa de revestimiento de aleación de aluminio comprende, en porcentaje en peso: Si del 2 al 18 Mg hasta el 8, 0 Zn hasta el 5, 0 Cu hasta el 5, 0 Mn hasta el 0, 30 In hasta el 0, 30 Fe hasta el 0, 80 Sr hasta el 0, 20 al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en: Bi del 0, 01 al 1, 0 Pb del 0, 01 al 1, 0 Sb del 0, 01 al 1, 0 Mg del 0, 2 al 2, 0 impurezas: cada una hasta el 0, 05, total hasta el 0, 20 resto: aluminio.
Description
Producto laminar de soldadura y método para
fabricar un ensamblaje utilizando el producto laminar de
soldadura.
La invención se refiere a un producto laminar de
soldadura fuerte en el que una capa que comprende níquel está
depositada sobre una de las superficies de una capa de revestimiento
hecha de una aleación de Al-Si que contiene Si
dentro del intervalo del 2 al 18% en peso. La invención también se
refiere a un ensamblaje unido por soldadura fuerte que comprende al
menos un componente hecho del producto laminar de soldadura fuerte y
a un método de fabricar un ensamblaje de componentes unidos por
soldadura fuerte.
A efectos de esta invención, por lámina de
soldadura fuerte se ha de entender una lámina central, por ejemplo
de aluminio o de aleación de aluminio, que tiene en al menos un lado
una aleación de aluminio apta para soldadura fuerte. Las aleaciones
típicas de aluminio aptas para soldadura fuerte que pueden servir
como capa de revestimiento son las aleaciones de la serie 4xxx de
Aluminium Association (AA), que típicamente tienen Si dentro del
intervalo del 2 al 18% en peso. Las aleaciones de aluminio aptas
para soldadura fuerte pueden acoplarse a la aleación central de
diversos modos conocidos en la técnica, por ejemplo mediante
colaminación, revestimiento o colada continua o semicontinua.
La Soldadura Fuerte en Atmósfera Controlada
(Controlled Atmosphere Brazing - CAB) y la Soldadura Fuerte al
Vacío (Vacuum Brazing - VB) son los dos procesos principales usados
a escala industrial para la soldadura fuerte del aluminio. La
soldadura fuerte industrial al vacío se usa desde la década de 1950,
mientras que la CAB se popularizó en los primeros años de la década
de 1980 tras la introducción del fundente Nocolok (marca
registrada) para soldadura fuerte. La soldadura fuerte al vacío
esencialmente es un proceso discontinuo y exige gran limpieza del
material. La ruptura de la capa presente de óxido se efectúa
fundamentalmente mediante la evaporación del magnesio de la
aleación de revestimiento. Siempre hay más magnesio presente en la
aleación de revestimiento que el necesario. El exceso de magnesio
se condensa en los lugares fríos del horno y tiene que eliminarse
frecuentemente. La inversión de capital que requiere un equipo
adecuado es relativamente elevada.
En comparación con la VB, la CAB requiere una
etapa adicional de proceso antes de efectuar la soldadura fuerte,
ya que antes de efectuarse la soldadura fuerte tiene que aplicarse
un fundente para soldadura fuerte. La CAB esencialmente es un
proceso continuo en el que, si se usa el fundente para soldadura
fuerte apropiado, pueden fabricarse grandes cantidades de
ensamblajes unidos por soldadura fuerte. El fundente para soldadura
fuerte disuelve la capa de óxido a la temperatura de la soldadura
fuerte, permitiendo que fluya apropiadamente la aleación de
revestimiento. Cuando se usa el fundente Nocolok, antes de la
aplicación del fundente tiene que limpiarse perfectamente la
superficie. Para obtener buenos resultados en la soldadura fuerte,
el fundente para soldadura fuerte tiene que aplicarse en toda la
superficie del ensamblaje unido por soldadura fuerte. Esta
aplicación puede ocasionar dificultades con ciertos tipos de
ensamblajes debido a su diseño. Por ejemplo, dado que los
intercambiadores térmicos del tipo de los evaporadores tienen una
superficie interna grande, pueden presentarse problemas a causa del
escaso acceso al interior. Para conseguir buenos resultados con la
soldadura fuerte, el fundente tiene que adherirse a la superficie de
aluminio antes de efectuar la soldadura fuerte. Lamentablemente,
debido a las vibraciones mecánicas el fundente para soldadura fuerte
puede desprenderse con facilidad tras el secado. Durante el ciclo
de soldadura fuerte se generan gases corrosivos, tales como HF, lo
cual exige que los materiales aplicados en el horno tengan gran
resistencia a la corrosión.
Idealmente debería disponerse de un material que
pudiera usarse en la CAB, pero que no tuviera los requisitos ni los
defectos de la aplicación del fundente para soldadura fuerte. Un
material de esta clase puede suministrarse a un fabricante de
ensamblajes unidos por soldadura fuerte y está listo para su
utilización directa después de conformar las partes del ensamblaje.
No tiene que efectuarse ninguna operación adicional de aplicación
del fundente para soldadura fuerte. Actualmente a escala industrial
sólo se usa un proceso de soldadura fuerte sin fundente. El
material de este proceso puede ser, por ejemplo, una lámina estándar
de soldadura fuerte hecha de una aleación central de la serie
AA3xxx y revestida en los dos lados con un revestimiento de una
aleación de la serie AA4xxx. Antes de que pueda usarse la lámina de
soldadura fuerte tiene que modificarse su superficie de tal modo
que la capa de óxido, que se produce de forma natural, no interfiera
durante el ciclo de soldadura fuerte. El método de conseguir una
soldadura fuerte buena es depositar una cantidad específica de
níquel sobre la superficie de la aleación de revestimiento. Si se
aplica apropiadamente, el níquel reacciona con el aluminio
subyacente. El níquel puede aplicarse usando una lámina
suplementaria de níquel entre las dos partes a unir o puede
depositarse por electrodeposición. Cuando se usa la
electrodeposición, la adherencia del níquel debería ser suficiente
para soportar las operaciones típicas de conformación que se
emplean, por ejemplo, en la fabricación de intercambiadores de
calor.
Los procesos de niquelado de una lámina de
aluminio de soldadura fuerte son conocidos por cada uno de los
documentos US-A-3.970.237,
US-A-4.028.200,
US-A-4.164.454, y SAE n.º 880446 de
B. E. Cheadle y K. F. Dockus. Según cada uno de estos documentos,
el níquel preferiblemente se deposita en combinación con plomo.
Alternativamente se deposita cobalto en combinación con plomo. En
la técnica es conocido que también puede usarse hierro en lugar de
níquel, cobalto o combinaciones de los mismos. La adición de plomo
se usa para mejorar la mojabilidad de la aleación de revestimiento,
durante el ciclo de soldadura fuerte. Una característica importante
de estos procesos de deposición es que el níquel preferentemente se
deposita sobre las partículas de silicio de la aleación de
revestimiento. Para obtener suficiente níquel sobre la superficie
para la soldadura fuerte, la aleación de revestimiento debería
contener un número relativamente grande de partículas de silicio que
actúen como núcleos en la deposición del níquel. Se cree que para
obtener suficientes lugares de nucleación antes de efectuarse la
deposición, debería eliminarse, mediante un pretratamiento químico o
mecánico, parte del aluminio en el que están embebidas las
partículas de silicio. Se cree que eso es una condición necesaria
para obtener un revestimiento suficiente de níquel que sirva como
núcleo para la acción de mojado de la aleación de la soldadura
fuerte o del revestimiento. A escala microscópica la superficie del
revestimiento que contiene Si de la lámina de soldadura fuerte se
cubre con glóbulos de níquel.
A continuación se mencionarán otras
descripciones de la deposición de Ni que se encuentran en la
bibliografía de la técnica anterior.
Libro de texto general de Wernick y Pinner,
"Tratamiento superficial y acabado del aluminio y de sus
aleaciones" ("The Surface Treatment and Finishing of Aluminium
and its Alloys"), 5ª edición, volumen 2, pp.
1023-1071. Este libro de texto describe en general
procesos de inmersión para deposición sobre aluminio.
Documento del Bureau of Mines Technology,
"Soldadura blanda del aluminio" ("Aluminium
Soft-Soldering"), 2301 N. T. I. S. Notas
Técnicas (fabricación), enero de 1985, n.º 1G, Springfield, VA, USA,
pp. 12-13. Este documento describe un método de
fabricar aluminio para soldadura blanda en el que las superficies
del aluminio se unen por soldadura de estaño-plomo
convencional. El método incluye en primer lugar limpiar
cuidadosamente la superficie de aluminio antes de la aplicación de
cinc. En segundo lugar se deposita una fina capa de cinc y
posteriormente se electrodeposita con una aleación de
níquel-cobre. Después efectuar de la
electrodeposición de níquel-cobre puede realizarse
la soldadura blanda usando procedimientos normales.
El documento
FR-A-2.617.868 describe un método de
fabricar un producto de aluminio con un revestimiento superficial,
apto para soldadura fuerte, de estaño o de una aleación de
estaño-bismuto, en el que el producto está provisto
de una capa intermedia. Esta capa intermedia se compone de una
primera capa de cinc y una segunda capa de níquel, cuyo níquel ha
sido depositado por electrolisis de un electrolito neutro. En este
caso, el aluminio o la aleación de aluminio subyacente no se funden
en el proceso de soldadura fuerte.
Un objeto de la invención es proporcionar un
producto laminar de soldadura fuerte que tiene una lámina central y
un material de aporte, que se funde durante la soldadura fuerte,
comprendiendo dicho material de aporte una capa de revestimiento de
una aleación de Al-Si y una capa de níquel situada
sobre la capa de revestimiento, en el que hay buena adhesión de la
capa de níquel con la capa de revestimiento.
Un objeto de la invención es proporcionar un
producto laminar de soldadura fuerte que puede usarse en un proceso
de soldadura fuerte al vacío, además de en un proceso de soldadura
fuerte en atmósfera controlada, en ausencia de fundente para
soldadura fuerte, pero idealmente adecuado para procesos de CAB en
ausencia de fundente para soldadura fuerte.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
método de fabricar un ensamblaje de componentes unidos por
soldadura fuerte usando el producto laminar de soldadura fuerte de
esta invención.
Según la invención, en un aspecto se proporciona
un producto laminar de soldadura fuerte que tiene una lámina
central (1) hecha de una aleación de aluminio, que tiene al menos
una de las superficies de dicha lámina central revestida con una
capa de revestimiento de aluminio (2), y una capa (3) que comprende
níquel situada sobre la superficie externa de al menos una de dicha
capa o capas de revestimiento de aluminio (2), y en el que hay una
capa (4) que comprende cinc o estaño como capa de ligazón entre
dicha superficie externa de dicha capa o capas de revestimiento de
aluminio y dicha capa (3) que comprende níquel y además en el que la
aleación de aluminio de revestimiento comprende, en porcentaje en
peso:
- Si
- del 2 al 18
- Mg
- hasta el 8,0
- Zn
- hasta el 5,0
- Cu
- hasta el 5,0
- Mn
- hasta el 0,30
- In
- hasta el 0,30
- Fe
- hasta el 0,80
- Sr
- hasta el 0,20
al menos un elemento seleccionado del grupo que
consiste en:
- Bi
- del 0,01 al 1,0
- Pb
- del 0,01 al 1,0
- Sb
- del 0,01 al 1,0
- Mg
- del 0,2 al 2,0
otros/impurezas: cada uno hasta el 0,05, total
hasta el 0,20
resto: aluminio.
Mediante la capa de ligazón que comprende cinc o
estaño se forma una unión muy eficaz entre la capa de revestimiento
de aleación de aluminio y la capa que comprende níquel,
manteniéndose eficaz esa unión durante la deformación posterior de
la lámina de soldadura fuerte, por ejemplo por doblado. El
revestimiento de la capa de níquel ya no depende de las
características superficiales de la capa de revestimiento desnuda.
El producto laminar de soldadura fuerte obtenido es adecuado para
soldadura fuerte sin fundente bajo condiciones de atmósfera
controlada.
La invención se basa en parte en la comprensión
de que para obtener una capa de níquel bien adherida sobre la capa
de revestimiento de aluminio que contiene Si del producto laminar de
soldadura fuerte, de modo que la unión siga siendo eficaz tras
experimentar una deformación grande, es extremadamente importante el
pretratamiento de la capa de revestimiento. Los procesos de la
técnica anterior aparentemente intentaban aplicar el níquel de
manera distribuida, principalmente en las partículas de silicio de
la superficie de la capa de revestimiento, en lugar de intentar
conseguir una capa uniforme de níquel. En la presente invención la
superficie de la aleación de revestimiento que contiene Si se
altera de tal modo que el revestimiento de níquel es independiente
de las partículas de silicio de su superficie. El niquelado no
tiene lugar sobre las partículas de silicio, sino sobre la capa de
ligazón aplicada que comprende cinc o estaño. Por consiguiente, dado
que el níquel se deposita sobre el total de la superficie de la
capa de revestimiento de aluminio, la reacción necesaria anterior a
la soldadura fuerte puede tener lugar mucho más fácilmente en
comparación con el proceso de la técnica anterior. El cinc o el
estaño aplicados no interfieren en absoluto durante el proceso de
soldadura fuerte y puede incluirse un componente que facilite la
soldadura fuerte, como se describe más abajo. Dado que el níquel se
deposita de modo regular y uniforme sobre la superficie, puede
reducirse o evitarse el uso de plomo para fomentar el mojado
durante la soldadura fuerte o pueden usarse otros elementos, tales
como bismuto, para esta finalidad. Una ventaja adicional importante
del níquel o níquel-plomo depositado de modo regular
y uniforme sobre la superficie es que puede reducirse la cantidad
total de níquel a aplicar para conseguir una soldadura fuerte sin
fundente buena. Otra ventaja es que el revestimiento superficial
completo elude las dificultades provocadas por el óxido de aluminio
de la superficie de la capa de revestimiento.
Además, la invención se basa en parte en la
comprensión de que la capa de revestimiento de aluminio comprende
al menos uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en
bismuto, plomo, antimonio, dentro del intervalo del 0,01 al 1,0%
cada uno, y la combinación de dos o más elementos preferiblemente no
excede del 1,0%, y puede estar presente magnesio dentro del
intervalo del 0,2 al 2,0%. La combinación de magnesio con uno o más
elementos distintos de este grupo no excede preferiblemente del
2,5%. Por lo tanto, el magnesio puede estar presente en la capa de
revestimiento de aluminio hasta el 8,0%, los intervalos preferidos
se exponen más abajo, para mejorar entre otras cosas las
propiedades mecánicas de la capa de revestimiento de aluminio,
aunque también se ha encontrado que el magnesio dentro del intervalo
del 0,2 al 2,0% también puede actuar, de modo similar, como los
elementos seleccionados del grupo de bismuto, plomo, litio y
antimonio. Preferiblemente, el nivel de magnesio en la capa de
revestimiento no excede del 2,0% cuando está presente esencialmente
sólo para fomentar la acción de mojado de la aleación de la
soldadura fuerte en combinación con la capa de níquel exenta de
plomo. Pueden añadirse elementos aleantes adicionales para mejorar
propiedades específicas de la capa de revestimiento. En el
documento
US-A-A-3.970.237 se
menciona que la capa de revestimiento de aluminio preferiblemente
se reviste con una capa de níquel, níquel-plomo,
cobalto, cobalto-plomo o combinaciones de los
mismos. Se cree que las adiciones de plomo mejoran la mojabilidad
durante la soldadura fuerte. Sin embargo, según la invención se ha
encontrado que no es necesario que la propia capa de níquel y/o
cobalto comprenda plomo como adición aleante. Sorprendentemente se
ha encontrado que puede obtenerse el mismo resultado, e incluso
mejores resultados, si a la propia capa de revestimiento de aluminio
se añade uno o más elementos del grupo Bi, Pb, Sb y Mg dentro de
los intervalos dados. Añadir a la capa de revestimiento de aluminio
uno o más de estos elementos aleantes tiene la ventaja de que la
composición del baño de deposición resulta menos complejo, lo cual
es un logro muy importante en sí mismo, mientras que la adición
aleante al revestimiento es muy simple cuando se fabrica la capa de
revestimiento. En consecuencia, la capa electrodepositada de níquel
esencialmente puede consistir en níquel y en las inevitables
impurezas. Desde el punto de vista operativo el bismuto es el
elemento aleante más preferido para la capa de revestimiento de
aluminio. Además se ha encontrado que el elemento bismuto es el
elemento aleante más preferido para fomentar el mojado y, por
consiguiente, se requiere menos cantidad de este elemento para
conseguir un efecto similar a la adición de plomo en la capa de
níquel. Aunque, dentro del intervalo dado, el plomo como elemento
aleante de la capa de revestimiento produce el efecto deseado,
preferiblemente se evita la adición de este elemento porque desde el
punto de vista medioambiental es un elemento muy indeseable.
Aunque ya es conocido aplicar una capa de cinc
antes del niquelado de artículos, se cree que esto no se ha hecho
en un producto laminar de soldadura fuerte revestido con una
aleación de aluminio y niquelado, en el cual, como se ha discutido
anteriormente, se ha considerado necesario depositar el níquel
directamente sobre la capa de revestimiento que contiene Si.
Pueden obtenerse resultados muy buenos en la
lámina de soldadura fuerte según la invención si la capa de ligazón
se aplica con un tratamiento de cincado por inmersión o un
tratamiento de estañado por inmersión, a los que suele aludirse
como deposición por desplazamiento.
En una realización del producto laminar de
soldadura fuerte según la invención, la capa aplicada que comprende
cinc o estaño sólo tiene un espesor de hasta 0,5 \mum, más
preferiblemente hasta 0,3 \mum (300 nm), y aún más
preferiblemente dentro del intervalo de 0,01 a 0,15 \mum
(10-150 nm). En los mejores resultados obtenidos
hasta ahora, se ha usado un espesor de unos 30 nm. Un espesor de
revestimiento mayor de 0,5 \mum requiere un tiempo prolongado de
tratamiento, p. ej. mediante deposición por desplazamiento, y se
considera que no aporta ventajas en cuanto a la mejora de la
adhesión.
La capa de cinc o estaño aplicada en el producto
laminar de soldadura fuerte de la invención, esencialmente puede
ser una capa de cinc puro o estaño puro o puede ser fundamentalmente
cinc o estaño (p. ej. al menos el 50% en peso). Pueden estar
presentes cantidades secundarias de elementos de impurezas o de
elementos añadidos deliberadamente, como se discute con mayor
detalle más abajo. Típicamente los elementos de impurezas están
presentes en menos del 10%, más comúnmente en menos del 5%, en peso,
en la capa de cinc o estaño.
La capa que comprende níquel preferiblemente es
una capa electrodepositada. La adhesión de la capa que comprende
níquel aplicada sobre la capa que comprende cinc o estaño es
excelente y puede soportar operaciones de conformación
relativamente fuertes sin que se produzca su deslaminación.
Preferiblemente, en este producto laminar de
soldadura fuerte la capa que comprende níquel tiene un espesor de
hasta 2,0 \mum, preferiblemente de hasta 1 \mum, y más
preferiblemente de hasta 0,5 \mum. Un espesor de revestimiento de
más de 2,0 \mum requiere un tiempo prolongado de tratamiento para
su deposición y durante la soldadura fuerte pueden producirse
arrugas en el material fundido de aporte. Un espesor mínimo
preferido para esta capa que contiene Ni es 0,3 \mum. No
obstante, pueden usarse otras técnicas tales como colaminación,
pulverización en caliente, Deposición Química en Fase de Vapor y
Deposición Física en Fase de Vapor.
Preferiblemente, en este producto laminar de
soldadura fuerte cada capa de revestimiento de aluminio tiene un
espesor comprendido aproximadamente entre el 2 y el 20% del espesor
total del producto laminar de soldadura fuerte.
Preferiblemente, en el producto laminar de
soldadura fuerte el material que se funde durante la soldadura
fuerte, conocido comúnmente como material de aporte, en particular
la capa de níquel y/o la capa de cinc o estaño, comprende uno más
elementos que durante la soldadura fuerte reducen la tensión
superficial de la aleación fundida de la soldadura fuerte. En la
invención sorprendentemente se ha encontrado que, contrariamente a
la enseñanza de la técnica anterior, no es necesario añadir plomo
como elemento aleante a la capa de Ni para fomentar la acción de
mojado de la aleación de la soldadura fuerte. Sin embargo, pueden
añadirse plomo y otros elementos adecuados, entre los que el más
preferido es el bismuto, a la capa de níquel o a la capa de cinc o
estaño o a las dos. Esto tiene varias ventajas desde el punto de
vista de fabricación de la lámina de soldadura fuerte.
Por lo tanto, en el material global de aporte
puede estar presente, en % en peso, al menos uno de:
- Bi
- del 0,01 al 0,5, preferiblemente del 0,05 al 0,5
- Mg
- del 0,2 al 2,0
- Sb
- del 0,01 al 0,5, preferiblemente del 0,05 al 0,5.
Por consiguiente, la propia capa de cinc o
estaño puede comprender uno o más elementos adicionales
seleccionados del grupo que consiste en bismuto, plomo, litio y
antimonio. La cantidad del elemento o elementos adicionales en
total puede ser de hasta el 50%, pero preferiblemente es menor del
25%, p. ej., dentro del intervalo del 1 al 25%.
En una realización preferida del producto
laminar de soldadura fuerte según la invención, la adición de
bismuto en la capa de revestimiento de aluminio tiene un límite
superior del 0,5%. Un límite inferior adecuado para la adición de
bismuto es el 0,01% y más preferiblemente el 0,05%.
En una realización preferida del producto
laminar de soldadura fuerte según la invención, la adición de
antimonio en la capa de revestimiento de aluminio tiene un límite
superior del 0,5%. Un intervalo adecuado para la adición de
antimonio es 0,01-0,3%.
En una realización la capa de revestimiento de
aluminio comprende Si, en % en peso, dentro del intervalo del 2 al
18%, y preferiblemente del 7 al 18%, como elemento aleante, y además
magnesio dentro del intervalo de hasta el 8,0%, y preferiblemente
hasta el 5,0%. Preferiblemente, el magnesio está dentro del
intervalo del 0,5 al 5%, y más preferiblemente del 0,5 al 2,5%.
Pueden añadirse elementos aleantes adicionales tales como, pero no
limitados a, Cu, Zn y Sr en las proporciones adecuadas. Se ha
encontrado que en el uso del producto laminar de soldadura fuerte,
la presencia de magnesio en la capa de revestimiento no tiene
efectos perjudiciales durante la soldadura fuerte. Lo cual es una
ventaja muy importante respecto a los productos laminares de
soldadura fuerte conocidos. En el diseño de las capas de
revestimiento de aluminio se tiene en cuenta que esto que puede
aportar resistencia al producto laminar total de soldadura fuerte o
alternativamente a los productos laminares de soldadura fuerte que
tienen capas de revestimiento más finas. Además, esto permite que la
lámina de soldadura fuerte que contiene Mg pueda aplicarse tanto
por Soldadura Fuerte al Vacío, como por Soldadura Fuerte en
Atmósfera Controlada sin fundente. La última posibilidad tiene
muchas ventajas económicas y técnicas. Además se ha encontrado que
debido a la adición de bismuto y de magnesio como elementos aleantes
se supera la necesidad de añadir a la capa de níquel
electrodepositada secuencialmente los elementos aleantes
fomentadores del mojado o de la adhesión. El producto laminar de
soldadura fuerte según la invención puede usarse fácilmente en las
líneas industriales de soldadura fuerte existentes.
En otra realización la capa de revestimiento de
aluminio comprende Si, en % en peso, dentro del intervalo del 2 al
18%, y preferiblemente del 7 al 18%, como elemento aleante, y además
cinc dentro del intervalo de hasta el 5%. Preferiblemente, el cinc
está dentro del intervalo del 0,5 al 3%. Además pueden añadirse
elementos aleantes tales como, pero no limitados a, Mg y Cu en las
proporciones adecuadas. Según la invención, se ha encontrado que
cuando se usa este producto laminar de soldadura fuerte, la
presencia de cinc en el revestimiento no tiene efectos
perjudiciales durante la soldadura fuerte. Lo cual es una ventaja
muy importante respecto a los productos laminares de soldadura
fuerte conocidos. En el diseño del revestimiento se tiene en cuenta
que esto puede aportar resistencia al producto laminar total de
soldadura fuerte. Además, el producto laminar de soldadura fuerte
en el que el revestimiento contiene deliberadamente cinc como
elemento aleante, puede aplicarse tanto por Soldadura Fuerte al
Vacío, como por Soldadura Fuerte en Atmósfera Controlada sin
fundente, usándose ambos procesos a escala industrial.
En otra realización la capa de revestimiento de
aluminio comprende Si, en % en peso, dentro del intervalo del 2 al
18%, y preferiblemente del 7 al 18%, como elemento aleante, y además
cobre dentro del intervalo de hasta el 5%. Preferiblemente, el
cobre está dentro del intervalo del 3,2 al 4,5%. Pueden añadirse
elementos aleantes adicionales tales como, pero no limitados a, Mg
y Zn en las proporciones adecuadas. Según la invención, se ha
encontrado que cuando se usa este producto laminar de soldadura
fuerte, la presencia de cobre en el revestimiento no tiene efectos
perjudiciales durante la soldadura fuerte. Lo cual es una ventaja
muy importante respecto a los productos laminares de soldadura
fuerte conocidos. En el diseño del revestimiento se tiene en cuenta
que esto puede aportar resistencia al producto laminar total de
soldadura fuerte. Además, el producto laminar de soldadura fuerte
en el que el revestimiento contiene deliberadamente cobre como
elemento aleante, puede aplicarse tanto por Soldadura Fuerte al
Vacío, como por Soldadura Fuerte en Atmósfera Controlada sin
fundente, usándose ambos procesos a escala industrial.
En todas las realizaciones de la capa de
revestimiento de aluminio puede estar presente indio ("In")
dentro del intervalo de hasta el 0,30% como elemento aleante, para
alcanzar un potencial de corrosión más electronegativo en la
aleación de aluminio del revestimiento, en comparación con la
aleación central de aluminio. Se ha encontrado que el indio es
mucho más eficaz para reducir el potencial de corrosión de la
aleación, en comparación con las adiciones de cinc. Típicamente, un
0,1% de In es tan eficaz como un 2,5% de Zn.
En todas las realizaciones de la capa de
revestimiento de aluminio, en la capa de revestimiento de aluminio
pueden estar presentes el manganeso y el zirconio como elementos de
impureza, dentro del intervalo de hasta el 0,30% cada uno, y
preferiblemente sólo están presentes hasta el 0,10%, y más
preferiblemente hasta el 0,05%.
En todas las realizaciones de la capa de
revestimiento de aluminio puede estar presente el hierro en la capa
de revestimiento, como elemento típico de impureza de las aleaciones
de aluminio, dentro del intervalo de hasta el 0,8% y
preferiblemente dentro del intervalo de hasta el 0,4%.
En todas las realizaciones de la capa de
revestimiento de aluminio, cuando se funde la aleación de
revestimiento, puede añadirse estroncio dentro del intervalo de
hasta el 0,20% para modificar el silicio presente en la capa de
revestimiento durante la solidificación. El máximo más preferido de
la adición de estroncio es hasta el 0,05%.
En una realización del producto laminar de
soldadura fuerte según la invención, la lámina central es una
aleación de aluminio que comprende magnesio dentro del intervalo de
hasta el 8,0%. En una realización preferida el magnesio está dentro
del intervalo del 0,5 al 5,0%. Pueden añadirse elementos aleantes
adicionales tales como, pero no limitados a, Cu, Zn, Bi, V, Fe, Zr,
Ag, Si, Ni, Co y Mn en las proporciones adecuadas. Se ha encontrado
que cuando se usa el producto laminar de soldadura fuerte de la
invención, la presencia de magnesio en la capa de revestimiento de
aluminio no tiene efectos perjudiciales durante la soldadura fuerte.
Lo cual es una ventaja muy importante respecto a los productos
laminares de soldadura fuerte conocidos. La difusión de Mg
procedente de la capa central hacia el revestimiento, durante la
fabricación del propio producto laminar de soldadura fuerte y
durante su aplicación en un proceso posterior de soldadura fuerte,
parece que no tiene efectos perjudiciales en la aptitud para la
soldadura fuerte del producto laminar de soldadura fuerte según la
invención. Esto se tiene en cuenta en el diseño de los productos
laminares de soldadura fuerte de alta resistencia que tienen una
lámina central de aluminio que tiene magnesio dentro del intervalo
dado como elemento de refuerzo. El producto puede aplicarse tanto
por Soldadura Fuerte al Vacío (VB), como por Soldadura Fuerte en
Atmósfera Controlada sin fundente (CAB), usándose ambos procesos
extensivamente a escala industrial.
En el producto laminar de soldadura fuerte según
la invención, la lámina central puede acoplarse a la capa de
revestimiento de aluminio mediante una capa intermedia. Los
beneficios de tener una capa intermedia o intercapa de este tipo se
describen por ejemplo en el documento
US-A-2.821.014, cuyo contenido se
incorpora aquí por referencia.
La invención además proporciona un ensamblaje
unido por soldadura fuerte que comprende al menos un componente
hecho del producto laminar de soldadura fuerte producido según la
invención, descrito anteriormente y en las reivindicaciones.
Según un aspecto adicional de la invención se
proporciona un método de fabricar un ensamblaje unido por soldadura
fuerte usando el producto laminar de soldadura fuerte según la
invención, que comprende las etapas secuenciales de proceso de:
(a) conformar las partes, de las cuales al menos
una está hecha a partir del producto laminar de soldadura fuerte de
la invención, como se ha expuesto más arriba;
(b) ensamblar las partes formando un
ensamblaje;
(c) soldar por soldadura fuerte el ensamblaje,
al vacío o en atmósfera inerte, en ausencia de fundente para
soldadura fuerte y a temperatura elevada, durante un período de
tiempo suficiente para fundir y extender la aleación de aporte,
cuya aleación de aporte está formada por al menos la aleación de
revestimiento (2), la capa de ligazón (4) y la capa de Ni (3);
(d) enfriar el ensamblaje unido por soldadura
fuerte. La velocidad de enfriamiento puede estar dentro del
intervalo de las velocidades típicas de enfriamiento de los hornos
de soldadura fuerte. Las velocidades típicas de enfriamiento son
velocidades de enfriamiento de al menos 10ºC/min o más, típicamente
40ºC/min o más.
Dependiendo de la aleación de aluminio de la
lámina central, el proceso puede incluir la etapa adicional de
proceso (e) de estabilizar mediante reposo el ensamblaje unido por
soldadura fuerte y enfriado, para optimizar las propiedades
mecánicas y/o de corrosión del ensamblaje resultante.
Se ha encontrado que el uso del producto laminar
de soldadura fuerte según la invención da lugar a una temperatura
de soldadura fuerte menor en unos 10ºC. Esta reducción de la
temperatura de soldadura fuerte proporciona una reducción
significativa del tiempo de proceso a escala industrial de un ciclo
completo de soldadura fuerte, típicamente se ha encontrado una
reducción de tiempo del 20% o más.
Según un aspecto adicional de la invención se
proporciona un método de uso de la aleación de aluminio de
revestimiento, expuesta más arriba y en las reivindicaciones, en un
producto laminar de soldadura fuerte.
Según un aspecto adicional de la invención se
proporciona un método de uso de la aleación de aluminio de
revestimiento, expuesta más arriba y en las reivindicaciones, en un
producto laminar de soldadura fuerte, en un método de fabricar un
ensamblaje unido por soldadura fuerte, en un proceso de soldadura
fuerte en atmósfera inerte (CAB) en ausencia de fundente para
soldadura fuerte.
Ahora se ilustrará la invención por medio de
varios ejemplos no limitativos y con referencia a los dibujos, en
los que:
la Fig. 1 es una sección longitudinal
esquemática que muestra la estructura del producto laminar de
soldadura fuerte según el estado de la técnica;
la Fig. 2 es una sección longitudinal
esquemática que muestra la estructura del producto laminar de
soldadura fuerte según la invención;
la Fig. 3 es una sección longitudinal
esquemática que muestra la estructura del producto laminar de
soldadura fuerte según la invención.
La Fig. 1 muestra esquemáticamente una lámina de
soldadura fuerte según la técnica anterior, tal como se obtendría
según el proceso del documento
US-A-3.970.237 por ejemplo. El
producto laminar de soldadura fuerte consiste en una lámina central
1 que tiene uno o ambos lados revestidos con una capa de
revestimiento de aluminio 6 que comprende una aleación de
Al-Si. Encima del revestimiento 6 está aplicada una
fina capa de níquel 3, preferiblemente una capa de
níquel-plomo, por electrodeposición.
La Fig. 2 muestra esquemáticamente una lámina de
soldadura fuerte según la presente invención, en la que entre la
capa de revestimiento 2 que comprende una aleación de
Al-Si-Bi y la capa de Ni 3 está
aplicada una capa adicional 4 de cinc o estaño, cuyas ventajas se
han expuesto anteriormente. En la Fig. 2 las capas 4 y 3 se
muestran sólo en un lado de la lámina de soldadura fuerte, pero al
experto en la técnica le resultará evidente de inmediato que esas
capas también pueden aplicarse en ambos lados del producto laminar
de soldadura fuerte. La composición de las diversas capas y sus
ventajas se han expuesto anteriormente.
La Fig. 3 muestra esquemáticamente una lámina
adicional de soldadura fuerte según la presente invención, que
tiene las capas de la Fig. 2 y una capa intermedia 5 adicional
situada en ambos lados entre la lámina central 1 y la capa de
revestimiento 2. En la Fig. 3 las capas 4 y 3 se muestran sólo en un
lado de la lámina de soldadura fuerte, pero al experto en la
técnica le resultará evidente de inmediato que esas capas también
pueden aplicarse en los dos lados del producto laminar de soldadura
fuerte. Además, la capa intermedia 5 también puede aplicarse en un
lado de la lámina de soldadura fuerte, preferiblemente en el lado
que también comprende las capas 4 y 3. Las composiciones posibles
de las diversas capas y sus ventajas se han expuesto
anteriormente.
A escala de laboratorio se trataron, como se
expone en la Tabla 2, láminas de ensayo de aluminio de soldadura
fuerte, fabricadas revistiendo por un lado la aleación central
(AA)3003 de Aluminium Association con aleaciones de aluminio
de revestimiento de la serie AA4000 de cuatro composiciones
diferentes (véase la Tabla 1), y que tenían un espesor total de 0,5
mm y un espesor de la capa de revestimiento de unas 50 \mum.
El tratamiento consistió en las siguientes
etapas secuenciales de proceso:
- limpieza por inmersión durante 180 s en
ChemTec 30014 (desengrasante y limpiador de ataque alcalino,
disponible comercialmente), seguida de enjuague;
- ataque alcalino a temperatura ambiente durante
20 s en ChemTec 30203 (limpiador de ataque alcalino, disponible
comercialmente), seguido de enjuague;
- opcionalmente, decapado a temperatura ambiente
durante 4 s en un baño oxidante ácido, típicamente un
25-50% en volumen de ácido nítrico, que comprende
ChemTec 11093 (activador del decapado, disponible comercialmente),
seguido de enjuague;
- cincado por inmersión a temperatura ambiente
usando ChemTec 024202 durante 12 s, seguido de enjuague;
- electrodeposición de níquel y enjuague.
Para la electrodeposición de níquel se ha usado
un baño básico exento de plomo, indicado como "L-" en la Tabla
2. El baño básico sin plomo estaba compuesto por 50 g/l de sulfato
de níquel, 50 g/l de cloruro de níquel, 30 g/l de citrato sódico y
75 ml/l de hidróxido de amonio (30%). Las condiciones de deposición
a 26ºC fueron tales que en un tiempo de deposición de 50 s se
produjo una capa niquelada de 0,5 \mum de espesor usando una
densidad de corriente de 3 A/dm^{2}.
Los especímenes niquelados se han ensayado en
cuanto a su adhesión usando el ensayo de domo (5 mm) de Erichsen y
el ensayo de plegado en T. A las evaluaciones de la adhesión se les
asignaron los valores: (-) = pobre, (\pm) = aceptable, y (+) =
buena. La aptitud para la soldadura fuerte se ha evaluado como
sigue. Los ensayos de soldadura fuerte se realizaron en un horno
pequeño de cuarzo, a escala de ensayos de laboratorio. Se cortaron
pequeñas muestras de 25 mm x 25 mm de las láminas niqueladas. Se
dobló por el centro con un ángulo de 45º una pequeña tira de una
aleación AA3003 que medía 30 mm x 7 mm x 1 mm y se aplicó sobre las
muestras. La tira situada sobre las muestras se calentó bajo
nitrógeno fluyente, con un calentamiento de unos 10 minutos desde
temperatura ambiente hasta 580ºC, un tiempo de reposo a 580ºC
durante 1 minuto, y un enfriamiento desde 580ºC hasta la
temperatura ambiente. En el proceso de soldadura fuerte se evaluó la
posible formación de arrugas, la depresión capilar y la formación
de nervios. A la evaluación global se asignó: (-) = pobre aptitud
para la soldadura fuerte, (-/\pm) = aceptable aptitud para la
soldadura fuerte, (\pm) = buena aptitud para la soldadura fuerte,
y (+) = excelente aptitud para la soldadura fuerte. Los resultados
obtenidos se resumen en la Tabla 2.
A partir de los resultados de la Tabla 2 puede
verse que la aplicación de un tratamiento de cincado es esencial
para tener buena adhesión de la capa depositada de Ni. A partir de
los resultados de la aleación de revestimiento n.º 1 puede verse
que la omisión de la etapa de decapado sigue proporcionando buena
adhesión de la capa depositada de Ni. Los resultados de la capa de
revestimiento n.º 2 demuestran que la adición de Bi al revestimiento
proporciona excelente aptitud para la soldadura fuerte. Por
consiguiente, la adición de plomo a la capa de níquel puede
omitirse según la invención. Los resultados de la capa de
revestimiento n.º 3 demuestran que la adición de Bi al
revestimiento en combinación con magnesio sigue proporcionando
excelente aptitud para la soldadura fuerte. Los resultados de la
capa de revestimiento n.º 4 demuestran que la adición de Bi al
revestimiento, en combinación con cinc, sigue proporcionando
excelente aptitud para la soldadura fuerte. Mientras que si no están
presentes en la capa de revestimiento ni el bismuto ni el plomo, ni
presente en la capa de níquel el plomo, proporciona pobre aptitud
para la soldadura fuerte (véase la aleación de revestimiento n.º
1).
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Claims (17)
1. Producto laminar de soldadura fuerte que
tiene una lámina central (1) hecha de una aleación de aluminio, que
tiene al menos una de las superficies de dicha lámina central
revestida con una capa de revestimiento de aluminio (2), y una capa
(3) que comprende níquel situada sobre la superficie externa de una
o de ambas de dicha capa o capas de revestimiento de aluminio (2),
caracterizado porque hay una capa (4) que comprende cinc o
estaño como capa de ligazón entre dicha superficie externa de dicha
capa o capas de revestimiento de aluminio y dicha capa (3) que
comprende níquel y en el que la capa de revestimiento de aleación de
aluminio comprende, en porcentaje en peso:
- Si
- del 2 al 18
- Mg
- hasta el 8,0
- Zn
- hasta el 5,0
- Cu
- hasta el 5,0
- Mn
- hasta el 0,30
- In
- hasta el 0,30
- Fe
- hasta el 0,80
- Sr
- hasta el 0,20
al menos un elemento seleccionado del grupo que
consiste en:
- Bi
- del 0,01 al 1,0
- Pb
- del 0,01 al 1,0
- Sb
- del 0,01 al 1,0
- Mg
- del 0,2 al 2,0
impurezas: cada una hasta el 0,05, total hasta
el 0,20
resto: aluminio.
2. Producto laminar de soldadura fuerte según la
reivindicación 1, en el que dicha capa de ligazón (4) es una capa
electrodepositada.
3. Producto laminar de soldadura fuerte según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicha capa
de ligazón (4) tiene un espesor de no más de 0,5 \mum,
preferiblemente no más de 0,3 \mum.
4. Producto laminar de soldadura fuerte según la
reivindicación 3, en el que dicha capa de ligazón (4) tiene un
espesor dentro del intervalo de 20 a 150 nm.
5. Producto laminar de soldadura fuerte según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha capa
(3) que comprende níquel tiene un espesor de no más de 2,0 \mum,
preferiblemente no más de 1,0 \mum.
6. Producto laminar de soldadura fuerte según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha capa
de revestimiento de aluminio (2) contiene Mg en una cantidad en peso
dentro del intervalo del 0,5 al 5,0.
7. Producto laminar de soldadura fuerte según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha capa
de revestimiento de aluminio (2) contiene Zn en una cantidad en peso
dentro del intervalo del 0,5 al 3,0.
8. Producto laminar de soldadura fuerte según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicha capa
de revestimiento de aluminio (2) contiene Bi en una cantidad en peso
dentro del intervalo del 0,01 al 0,5.
9. Producto laminar de soldadura fuerte según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicha
lámina central (1) está acoplada a dicha capa de revestimiento de
aluminio (2) mediante una capa intermedia (5).
10. Producto laminar de soldadura fuerte según
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha
lámina central (1) es una aleación de aluminio que comprende
magnesio en una cantidad dentro del intervalo de hasta el 8,0.
\newpage
11. Un ensamblaje de componentes unidos por
soldadura fuerte, siendo al menos uno de dichos componentes un
producto laminar de soldadura fuerte según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10.
12. Método de fabricar un ensamblaje de
componentes unidos por soldadura fuerte, que comprende las etapas
secuenciales de proceso de:
(a) formar dichos componentes, de los cuales al
menos uno está hecho a partir de un producto laminar de soldadura
fuerte según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10;
(b) ensamblar los componentes formando un
ensamblaje;
(c) soldar por soldadura fuerte el ensamblaje,
al vacío o en atmósfera inerte, en ausencia de fundente para
soldadura fuerte y a temperatura elevada, durante un período de
tiempo suficiente para fundir y extender la capa de
revestimiento;
(d) enfriar el ensamblaje unido por soldadura
fuerte.
13. Método de uso de una aleación de aluminio de
revestimiento en una lámina de soldadura fuerte según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
14. Método de uso de una aleación de aluminio de
revestimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10
en un proceso de soldadura fuerte, en atmósfera inerte y en ausencia
de material fundente para soldadura fuerte.
15. Método de uso según la reivindicación 14, en
el que la aleación de aluminio de revestimiento comprende, en % en
peso,
- Si
- del 2 al 18, preferiblemente del 7 al 18
- Bi
- del 0,01 al 1,0, preferiblemente del 0,01 al 0,5
otros: cada uno hasta el 0,05%, total hasta el
0,20%
resto: aluminio.
16. Método de uso según la reivindicación 14, en
el que la aleación de aluminio de revestimiento comprende, en % en
peso,
- Si
- del 2 al 18, preferiblemente del 7 al 18
- Mg
- del 0,5 al 8,0, preferiblemente del 0,5 al 2,5
- Bi
- del 0,01 al 1,0, preferiblemente del 0,01 al 0,5
otros: cada uno hasta el 0,05%, total hasta el
0,20%
resto: aluminio.
17. Método de uso según la reivindicación 14, en
el que la aleación de aluminio de revestimiento comprende, en % en
peso,
- Si
- del 2 al 18, preferiblemente del 7 al 18
- Zn
- hasta el 5,0, preferiblemente del 0,5 al 3,0
- Bi
- del 0,01 al 1,0, preferiblemente del 0,01 al 0,5
otros: cada uno hasta el 0,05%, total hasta el
0,20%
resto: aluminio.
Applications Claiming Priority (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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