ES2300670T3 - Metodo de metalizado de una tira metalica para su uso en la fabricacion de un tubo de paredes multiples. - Google Patents

Abstract

Un método de metalizado de una tira metálica, en el que una lámina de acero (2) se sumerge en un primer baño electrolítico (11) y por consiguiente en un segundo baño electrolítico (12), la lámina se metaliza en ambos lados con una fina capa de un metal en el primer baño y se metaliza solo en un lado con dicho metal en el segundo baño, sumergiéndose posteriormente la lámina en un tercer baño electrolítico (13) en el que el electrodo tiene polaridad invertida con respecto al del primer y segundo baños retirando de este modo el metal para dejar una capa metalizada (3) solamente en un lado de la lámina metálica, caracterizado porque dicho metal es cobre, dichos primer y tercer baños son baños a base de cianuro y dicho segundo baño es a base de ácido.

Description

Método de metalizado de una tira metálica para su uso en la fabricación de un tubo de paredes múltiples.

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La invención se refiere a un método de metalizado de una tira metálica para su uso en la fabricación de un tubo de paredes múltiples que comprende un enrollamiento de una tira metálica metalizada a través de al menos dos vueltas completas para formar un tubo que tiene al menos una pared doble que tiene una capa metalizada en el interior del tubo, estando dicho enrollamiento seguido de un calentamiento del tubo para provocar que las paredes del tubo, que están en contacto entre sí, se suelden.

Un método para fabricar un tubo de paredes múltiples se conoce del documento FR 1 015 678. De acuerdo con el método conocido, se usa una tira metálica metalizada en ambos lados con cobre. Una vez que la tira metálica se enrolla, el tubo se calienta para soldar el cobre en las superficies de contacto entre las paredes del tubo. Puede usarse cinc o estaño para la soldadura para reducir el punto de fusión del cobre.

Una desventaja del método conocido es que la tira metálica se metaliza en ambos lados con cobre. La capa de cobre en el lado externo del tubo no tiene ningún fin técnico real. Durante el proceso de soldadura, la capa externa de cobre se funde y el cobre fundido forma gotas en la pared externa del tubo que conducen a una superficie desigual. Además, la capa externa de cobre reduce la transferencia de calor en el interior del tubo cuando se aplica calor por medio de radiación o inducción. La capa de cobre en la pared externa también plantea algunas restricciones de fabricación tales como el uso de un revestimiento negro durante el proceso de soldadura. Como este revestimiento negro ensucia el dispositivo de soldadura, se requiere una limpieza regular. Cuando el tubo se calienta aplicándole una corriente mediante contacto directo, el cobre fundido afecta a los contactos eléctricos a alta temperatura.

Un proceso para el electrometalizado de un lado de piezas de trabajo de acero planas se describe en el documento EP 0 410 955. El método comprende el depósito de una capa fina de material sobre ambos lados de la pieza de trabajo, metalizar con el mismo material sobre sólo un lado y después la separación electrolítica de la capa fina del lado opuesto.

El documento DE 20 61 560 describe un método para fabricar una tubería de doble pared a partir de de una tira de acero enrollada que tiene una capa de cobre (soldadura) solamente en un lado.

La invención se refiere a un método de metalizado de una tira metálica de acuerdo con la reivindicación 1.

La invención se describirá a continuación con más detalle en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una vista de sección de una tira metálica;

La figura 2 muestra una vista de sección de un tubo obtenido mediante la aplicación del método de acuerdo con la invención;

La figura 3 muestra a mayor escala una sección transversal a través de la pared del tubo;

Las figuras 4, 5, 6 y 7 muestran curvas que ilustran la energía de calentamiento en función del grosor de la pared;

La figura 8 muestra una realización preferida de un método para fabricar una tira metálica monometalizada.

En los dibujos, se ha asignado el mismo signo de referencia al mismo elemento o a un elemento análogo.

La figura 1 muestra una vista de sección de una tira metálica metalizada 1. La tira está hecha de acero, preferiblemente de acero inoxidable. Se aplica una capa de cobre 3 sobre el metal 2 de la lámina metálica para obtener una tira metálica metalizada. Un método para obtener dicha tira metálica metalizada se describirá con más detalle en referencia a la figura 8.

La tira metálica metalizada 1 se usa para fabricar un tubo de paredes múltiples 4 tal como se ilustra en la figura 2. Aunque la figura 2 muestra un tubo de doble pared, será evidente que la invención no se limita a un tubo de doble pared. Dicho tubo de doble pared se obtiene enrollando el metal metalizado hasta dos vueltas completas. Para obtener un tubo de n paredes (n > 2) se requieren n vueltas completas de la lámina. Después de enrollar el tubo, la capa de cobre 3 se sitúa en el lado interno para formar la pared interna del tubo. Por consiguiente el lado de acero 2 forma la pared externa del tubo. Esto provoca que en el interfaz 5 entre dos paredes sucesivas la capa de cobre 3 de una pared superior se enfrente al lado de acero de las paredes inferiores, como se ilustra en la figura 3.

Para obtener un tubo hermético, es necesario calentar las tiras enrolladas que forman el tubo, para provocar que la superficie de las paredes del tubo, que están en contacto unas con otras, se suelden. Usando la tira metálica monometalizada, la capa de cobre se soldará directamente al acero. La soldadura de cobre a metal tal como acero, acero inoxidable o hierro, supera los prejuicios técnicos de que el cobre debe soldarse mediante cobre con cobre o cobre con estaño, níquel o cinc. La soldadura de una tira de acero con cobre en un lado y con metal desnudo en otro lado ha mostrado de forma sorprendente resultados notables. Los experimentos han demostrado una excelente unión de las paredes.

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Tradicionalmente, la soldadura se realiza pasando el tubo formado a través de un horno de radiación, también llamado tubos de mufla. De acuerdo con el método conocido, un revestimiento negro, que comprende principalmente betún, se aplica sobre el lado externo del tubo para mejorar la transferencia de calor. La desventaja de usar este revestimiento negro es que contamina considerablemente el dispositivo de soldadura y por lo tanto requiere una limpieza frecuente del mismo.

Los experimentos realizados con el tubo monometalizado de acuerdo con la invención han demostrado sorprendentemente que la transferencia de calor de radiación mejoró de forma significativa. La ausencia de cobre en el lado externo del tubo ha aumentado la transferencia de calor hacia la zona de soldadura. La transferencia de calor era tan eficaz que ya no se necesitaba el revestimiento negro, lo que reduce considerablemente la contaminación del dispositivo y proporciona un tubo más limpio. Como se necesitaba menos limpieza, podía obtenerse una mayor productividad y por consiguiente una reducción de los costes de producción.

La soldadura también puede realizarse usando una bobina de inducción para inducir corriente eléctrica dentro del tubo. Con esta realización no hay contacto directo entre el tubo y la bobina inductora. Al aplicar una corriente eléctrica a la bobina de inducción, se crea un campo magnético que a su vez, induce una corriente eléctrica dentro del tubo.

Cuando la temperatura del tubo está por debajo del punto de Curie, la corriente eléctrica se concentra en la superficie externa del tubo. Si se usa un tubo con cobre en su lado externo (método convencional) la densidad de corriente en mayor en la capa de cobre debido a la mejor conductividad eléctrica del cobre con respecto al acero. Los experimentos han demostrado que la capa de cobre actúa incluso como protección electromagnética para la corriente inducida y reduce la transferencia de energía al acero.

La soldadura también podía realizarse aplicando directamente una corriente eléctrica al tubo, por ejemplo por medio de un conductor eléctrico, rollos o almohadillas deslizantes. La corriente se suministra a través del contacto directo entre estos rollos o almohadillas y el tubo y se le obliga a fluir dentro del tubo que actúa como resistencia eléctrica. El calor desarrollado de esta manera en el tubo provocará que el cobre se funda y se suelde con el acero. Sin embargo, cuando de acuerdo con el método convencional, también había cobre en el lado externo, este último cobre también empezaba a fundirse y se acumulaba en los rollos o almohadillas. Como de acuerdo con la invención ya no hay cobre en el lado externo, esta acumulación se evita y se ahorra energía y ya no se consume energía para calentar en cobre en la capa externa. Teniendo la superficie de acero en el lado externo, el proceso de calentamiento es más fiable ya que la corriente fluye a través del acero hacia el interfaz donde se realiza la soldadura.

La figura 4 ilustra la transferencia de energía como función del grosor de la pared del tubo con doble metalizado. El eje horizontal representa el grosor de la pared del tubo en micrómetros y el eje vertical la densidad de energía en 1010 W/m^{3}. Siendo el origen el lado externo del tubo y \mu el lado interno de un tubo de doble pared. En este ejemplo, las mediciones se han realizado en un tubo en el que se usó inducción para soldar. Como puede observarse en esta figura 4, para una densidad situada entre 0 y 3 \mu, el gráfico muestra un pico en la energía de calentamiento en el revestimiento externo de cobre. Esto significa que se requiere una gran cantidad de energía para calentar la capa externa de cobre, es decir para cruzar la capa de cobre. Cuando se ha alcanzado el nivel del acero, la transferencia de energía se reduce sustancialmente. La capa de cobre actúa por lo tanto como protección magnética para el acero y restringe por consiguiente la transferencia de calor. Además, esto da como resultado la sublimación de parte del cobre que se deposita de nuevo en las partes frías de las bobinas de inducción.

Las figuras 5, 6 y 7 muestran curvas en las que se realiza una comparación entre tubos de acero monometalizados (Cu/Fe) y tubos de acero con metalizado doble (Cu/Cu) usando inducción a 100 KHz, 200 KHz y 400 KHz respectivamente. Como puede observarse, el pico debido a la capa externa de cobre no está presente para un tubo de acero monometalizado. Además, la curva muestra un patrón continuo por todo el grosor del tubo. A mayor frecuencia de calen-
tamiento por inducción, mayor es el hueco entre el tubo de acero mono- y doble metalizado y su superficie externa.

Una aplicación principal de un tubo de paredes múltiples son los tubos de freno para automoción. Esta aplicación impone un patrón de alta calidad en el tubo, es decir sin ningún agujero, falta de soldadura o picadura. La calidad del tubo se controla usando un ensayador de corriente Eddy. Este equipo es un ensayo no destructivo, basado en corriente de alta frecuencia inducida en el tubo. Una bobina induce la corriente y una segunda bobina, colocada cadena abajo de la primera bobina, capta la corriente inducida. Las corrientes en la primera y segunda bobinas se comparan entre sí para detectar una distorsión entre las dos señales que indique un fallo de producción.

La principal dificultad para manejar dicho ensayador de corriente Eddy de manera fiable se origina a partir de la física de la herramienta. De hecho, usando alta frecuencia para generar una corriente de ensayo en el tubo, las leyes de la física implican que la corriente de ensayo fluye principalmente a través de la superficie del tubo. Cuando se usa un acero con doble metalizado, la capa externa de cobre forma la principal ruta de corriente para la corriente de ensayo en detrimento del resto del material. Además, cualquier desviación del grosor de la capa de cobre aumenta el ruido en la señal de ensayo. Con el tubo de acuerdo con la presente invención, donde no hay cobre presente en la capa externa, la corriente de ensayo se concentra en el área crítica del tubo a ensayar. Sorprendentemente no se registró ruido en la señal de ensayo lo que permitía aumentar la sensibilidad del equipo de ensayo.

Otra ventaja de la presente invención es que la aplicación de una capa de sacrificio tal como cinc, galfan o aluminio para potenciar la resistencia a la corrosión, puede realizarse de forma más fácil. Cuando la capa de sacrificio se aplicó sobre la capa de cobre, como en el caso de la técnica anterior, podían crearse células electroquímicas muy perjudiciales entre el hierro, el cobre y la capa de sacrificio. Estas células aceleraban la disolución de la capa de sacrificio.

Si la capa de sacrificio se depositó con un proceso de inmersión en caliente, se observó que la capa de cobre no podía alearse completamente con la capa de sacrificio y que el cobre migró a la superficie de la capa de sacrificio mediante pequeñas chimeneas. En al etapa final, cuando se aplicó una capa orgánica de protección tal como nylon sobre la capa de sacrificio, por ejemplo mediante extrusión o revestimiento en polvo, estas chimeneas formaban bolsas de gas creando una presión sobre la capa orgánica que producía burbujas en la superficie de la capa orgánica. El uso de una tira monometalizada evitaba estos problemas ya que la capa externa de cobre del tubo ya no está presente.

Además, usando técnicas de inmersión en caliente con un tubo que tiene cobre en su lado externo, el cobre está en contacto directo con el metal fundido para la capa de sacrificio. Este contacto directo conduce a una contaminación por cobre del material de revestimiento. Usando un tubo de metal desnudo, el metal líquido ya no se contamina ni tampoco se contaminará la capa de sacrificio.

La figura 8 muestra una primera realización de un dispositivo que permite producir una tira metálica monometalizada. El dispositivo comprende tres baños electrolíticos sucesivos 11, 12 y 13 a través de los que se desplaza la tira metálica 10. El primer baño 11 y el tercer baño 13 son baños a base de cianuro, mientras que el segundo baño 12 es un baño a base de ácido. Cada baño comprende una serie de ánodos 14, 15 y 16. Los ánodos 15 y 16 se enfrentan a un lado de la tira mientras que el ánodo 14 se enfrenta al otro lado de la tira.

En el primer 11 y segundo baño 12 se aplica un voltaje positivo en los ánodos una vez que la tira 10 se conecta con tierra o con un voltaje negativo. El primer baño electrolítico basado en cianuro 11 provoca que una fina capa de cobre de por ejemplo 0,2 \mu se aplique a ambos lados de la tira. En el segundo baño 12 los ánodos 14 están protegidos para no aplicar una capa de cobre sobre el lado de la tira metálica enfrentado a estos electrodos. El baño a base de ácido provoca que se aplique una capa de cobre adicional de por ejemplo 3 \mu en el lado enfrentado a los electrodos 15 y 16.

En el tercer baño basado en cianuro 13, se invierte la polaridad. Se aplica un voltaje negativo en los electrodos 14 o se conectan a tierra mientras se aplica un voltaje positivo a la tira. Esta polaridad invertida provoca la completa retirada de la capa de cobre enfrentada a los ánodos 14 y de la película fina de por ejemplo 0,2 \mu del lado. De esta manera se obtiene una tira monometalizada.

Claims (10)

1. Un método de metalizado de una tira metálica, en el que una lámina de acero (2) se sumerge en un primer baño electrolítico (11) y por consiguiente en un segundo baño electrolítico (12), la lámina se metaliza en ambos lados con una fina capa de un metal en el primer baño y se metaliza solo en un lado con dicho metal en el segundo baño, sumergiéndose posteriormente la lámina en un tercer baño electrolítico (13) en el que el electrodo tiene polaridad invertida con respecto al del primer y segundo baños retirando de este modo el metal para dejar una capa metalizada (3) solamente en un lado de la lámina metálica, caracterizado porque dicho metal es cobre, dichos primer y tercer baños son baños a base de cianuro y dicho segundo baño es a base de ácido.

2. Un método para fabricar un tubo de paredes múltiples usando una tira metálica metalizada fabricada de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo dicho método un enrollamiento de dicha tira metálica metalizada a través de al menos dos vueltas completas para formar un tubo que tiene al menos una pared doble que tiene una capa metalizada en el interior del tubo, estando dicho enrollamiento seguido de un calentamiento del tubo para provocar que la superficie de las paredes del tubo que están en contacto entre sí se suelden, caracterizado porque dicha tira metálica se sitúa a un lado, estando el otro lado formado por el acero de la tira metálica y en el que dicha soldadura se realiza soldando directamente el lado metalizado sobre el acero.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicha soldadura se realiza pasando el tubo formado a través de un horno de radiación.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicha soldadura se realiza induciendo una corriente eléctrica en dicho tubo.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicha soldadura se realiza aplicando una corriente eléctrica por medio de contactos eléctricos en contacto con la superficie de acero.

6. Un método de fabricación de un tubo de paredes múltiples (4) método que comprende:

a) electrometalizar una tira metálica de acuerdo con el método de la reivindicación 1 para obtener una tira metálica (2) que está metalizada solamente en uno de sus lados, estando el otro lado formado por el acero de la tira metálica;

b) enrollar la tira metálica metalizada (2, 3) a través de al menos dos vueltas para formar un tubo (4) que tiene al menos una pared doble, estando la capa metalizada (3) en el interior del tubo (4); y

c) después de este enrollamiento, calentar el tubo para provocar que la superficie de las paredes del tubo, que están en contacto entre sí, se suelden de modo que dicha soldadura se realiza soldando directamente el lado metalizado sobre el acero, caracterizado porque dicho calentamiento se realiza (i) pasando el tubo formado a través de un horno de radiación o (ii) induciendo una corriente eléctrica en el tubo o (iii) aplicando una corriente eléctrica por medio de contactos eléctricos en contacto con la tira metálica.

7. Un método de fabricación de un tubo de paredes múltiples de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la tira está hecha de acero o de acero inoxidable.

8. Un método de fabricación de un tubo de paredes múltiples de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, en el que el tubo de acero desnudo tiene una capa de sacrificio aplicada sobre él, seleccionándose la capa de sacrificio entre el grupo constituido por cinc, galfan y aluminio.

9. Un método de fabricación de un tubo de paredes múltiples de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la capa de sacrifico se deposita mediante un proceso de inmersión en caliente.

10. Un método de fabricación de un tubo de paredes múltiples de acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que se aplica una capa orgánica de protección a la capa de sacrificio.