ES2338276T3 - Procedimiento para la fabricacion de una chapa resistente a la corrosion, conformable, con recubrimiento de toda la superficie de chapas de acero unidas y tratadas termicamente. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de una chapa resistente a la corrosion, conformable, con recubrimiento de toda la superficie de chapas de acero unidas y tratadas termicamente. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de una chapa resistente a la corrosión, conformable, a partir de chapas de acero sin recubrir (1, 1'') que comprende las siguientes etapas: a) Colocación de las chapas de acero (1, 1'') a tope; b) Soldadura de la junta o juntas planas (14) mediante soldadura a tope por medio de un haz de rayos de soldadura (13) para formar un cordón de soldadura (2) a lo largo de la junta plana (14) respectiva; c) Recubrimiento de las chapas de acero (1, 1'') unidas entre sí en toda su superficie, incluido el cordón o cada cordón de soldadura (2), tras el enfriamiento de los cordones de soldadura (2) con un recubrimiento metálico, caracterizado porque entre la etapa b) y la etapa c) se realiza la siguiente etapa: d) Tratamiento térmico del cordón o cordones de soldadura (2) inmediatamente después o incluso durante la formación del cordón de soldadura (2) mediante un haz de rayos incandescente (15), siendo ajustados el tiempo de actuación y la intensidad del haz de rayos incandescente (15) de tal manera que la temperatura del cordón de soldadura (2) se mantiene, durante el enfriamiento tras la soldadura mediante el haz de rayos incandescente (15), en una franja de temperatura entre 800ºC y 500ºC durante un periodo de tiempo de 1 hasta 3 segundos, a efectos de impedir la formación de martensita en la zona del cordón de soldadura (2).
Description
Procedimiento para la fabricación de una chapa
resistente a la corrosión, conformable, con recubrimiento de toda la
superficie de chapas de acero unidas y tratadas térmicamente.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de chapas conformables y resistentes a la corrosión,
según las partes introductorias de las reivindicaciones 1 y 2
(véase, por ejemplo, la patente EP 659 518 para la reivindicación 1
y FR 2 854 827 para la reivindicación 2). Las chapas fabricadas
según este procedimiento pueden ser utilizadas para la fabricación
de contenedores para el envasado de alimentos, por ejemplo, latas
de conservas o de bebidas, o también en otros ámbitos en los que se
necesitan chapas resistentes a la corrosión y fácilmente
conformables, por ejemplo para la fabricación de piezas de
carrocería de automóviles. Para poder utilizar chapas para la
fabricación de envases de alimentos o piezas de carrocería para
automóviles, las chapas han de ser resistentes a la corrosión. Para
envases de alimentos, por ejemplo, la chapa tiene que ser tan
resistente a la corrosión que la superficie de la chapa no resulte
atacada por el producto agresivo contenido. Por este motivo, las
chapas de acero que han de ser utilizadas para la fabricación de
envases de alimentos son dotadas de un recubrimiento anticorrosivo.
Puede tratarse, por ejemplo, de un recubrimiento metálico, tal como
es el caso de la hojalata (chapa de acero estañada).
Para la fabricación de envases de alimentos la
chapa recubierta ha de ser conformada, por ejemplo, mediante un
proceso de embutición profunda. Para la fabricación de las chapas
recubiertas se recortan habitualmente los puntos defectuosos o
dañados y las piezas de chapa sin defectos se unen a continuación
por soldadura para formar una banda de chapa con una longitud
normalizada y ésta se enrolla sobre una bobina. Estas bandas de
chapa soldadas a partir de varias chapas de acero presentan un
comportamiento de conformación no satisfactorio, porque la chapa no
es suficientemente conformable en la zona de los cordones de
soldadura. Para la fabricación de latas de conservas se utilizan,
por ejemplo, chapas de acero resistentes a la corrosión que están
compuestas de un cuerpo soldado y dos tapas engatilladas. En la
zona de los cordones de soldadura, la chapa compuesta de chapas de
acero individuales presenta una dureza claramente más elevada que
las chapas de acero individuales, de lo cual resulta una peor
conformación de la chapa en la zona de los cordones de
soldadura.
Según el estado de la técnica ya se han dado a
conocer procedimientos para la fabricación de chapas de acero
conformables mediante los que se debía conseguir reducir la dureza
de los cordones de soldadura entre, como mínimo, dos chapas de
acero unidas entre sí, a efectos de mejorar su conformabilidad. Por
la patente EP 540 382 A1 se conoce, por ejemplo, un procedimiento
para la fabricación de una chapa de acero embutible que está
formada a partir de, como mínimo, dos elementos, según el cual los
bordes de los elementos son unidos mediante soldadura por radiación
y en el que antes de proceder a la soldadura se pasa un haz de rayos
láser por los bordes de los elementos a unir mediante soldadura y,
simultáneamente, se suministra oxígeno. De esta manera se consigue
una descarburación y una oxidación de los bordes.
El haz de rayos láser precedente tiene un efecto
desventajoso sobre la formación geométrica del borde de la chapa,
en especial, en grosores de chapa delgados, dado que debido al
aporte de energía térmica el material es estirado más allá de su
límite de plasticidad, lo que provoca elevadas tensiones propias y
deformaciones de componente en el borde de la chapa. Por lo tanto,
no parece que se pueda conseguir una realización exacta de la
subsiguiente soldadura por láser sin desplazamiento en altura,
anchuras cambiantes del cordón de soldadura y con una geometría de
cordón regular, lo cual es necesario, sin embargo, para obtener
resultados óptimos de conformación. Asimismo, este tipo de
tratamiento térmico, en combinación con una descarburación del
material, conduce a crear marcadas zonas afectadas por el calor con
una estructura muy blanda, donde el material siempre falla primero
durante las operaciones de conformación. La aportación de oxígeno a
la zona de soldadura conlleva también el peligro de que el material
se vuelva frágil y de que aparezcan oxidaciones superficiales en
zonas adyacentes al cordón de soldadura, donde la temperatura
permanece debajo de la temperatura de descomposición de FeO_{2}
en Fe y O_{2}.
A partir de ello, el objetivo de la invención es
dar a conocer una chapa con máxima resistencia a la corrosión y
buena conformabilidad que está compuesta de chapas de acero
individuales soldadas entre sí.
Este problema se resuelve mediante los
procedimientos según las reivindicaciones 1 y 2. Ejemplos de
realización preferentes de estos procedimientos se desprenden de
las reivindicaciones dependientes.
A continuación, se explica la invención más
detalladamente por medio de ejemplos de realización haciendo
referencia a los dibujos que se acompañan. Los dibujos
muestran:
En la figura 1, una representación esquemática
de una etapa parcial de los procedimientos de la invención, en base
a un corte longitudinal a través del cordón de soldadura de dos
chapas de acero unidas entre si;
En la figura 2, una vista en planta sobre las
chapas de acero unidas entre si durante una etapa parcial de los
procedimientos de la invención;
En la figura 3, la representación de un diagrama
temperatura-tiempo para el enfriamiento de un cordón
de soldadura durante una etapa del procedimiento de la
invención;
\newpage
En la figura 4a, una sección transversal a
través de un dispositivo que se puede utilizar durante el
procedimiento para el galvanizado por electrólisis de un cordón de
soldadura en una chapa de acero con un recubrimiento metálico,
mostrado en la etapa del proceso en la que se realiza el galvanizado
por electrólisis del cordón de soldadura;
En la figura 4b, una representación en sección
del dispositivo de la figura 4a, mientras se lleva a cabo una etapa
de limpieza para limpiar el cordón de soldadura galvanizado;
En la figura 4c, la vista en planta sobre la
regleta de ánodos superior del dispositivo de la figura 4a;
En la figura 5, la representación esquemática de
un dispositivo para la regeneración automatizada de un dispositivo
de aplicación del dispositivo de la figura 1 para aplicar un
electrolito sobre el cordón de soldadura;
En la figura 6, la representación esquemática de
una unidad de limpieza del dispositivo de la figura 4;
En la figura 7, una representación en sección de
la unidad de limpieza de la figura 6;
En la figura 8, una representación en sección de
una posible forma del ánodo del dispositivo de la figura 4;
En la figura 9, la representación esquemática de
un dispositivo de aplicación del dispositivo de la figura 4 para
aplicar un electrolito sobre el cordón de soldadura; y
En la figura 10, una representación esquemática
del dispositivo de la figura 4, mientras se lleva a cabo una etapa
de secado para secar el cordón de soldadura galvanizado y
limpiado.
De acuerdo con un procedimiento de la invención,
se produce una chapa resistente a la corrosión y con una buena
conformabilidad a partir de dos o más chapas de acero sin recubrir
que presentan grosores de chapa de 0,10mm hasta 0,70mm, colocando
las chapas de acero desnudas primero a tope una contra la otra y
procediendo, a continuación, a la soldadura a tope de cada junta
plana mediante un haz de rayos de soldadura con la formación de un
cordón de soldadura. El haz de rayos de soldadura puede ser un haz
de de electrones. Durante la soldadura o inmediatamente después se
lleva a cabo el tratamiento térmico de cada cordón de soldadura
mediante un haz de rayos incandescente producido preferentemente
por un haz de rayos láser. Una vez enfriados los cordones de
soldadura, la chapa formada por las chapas de acero soldadas entre
sí se recubre, como mínimo, en una cara o también en ambas caras
con un recubrimiento metálico, siendo recubierto también el cordón o
cada cordón de soldadura en una cara o en ambas caras.
Según otro procedimiento de la invención, se
produce una chapa resistente a la corrosión y con una buena
conformabilidad a partir de dos o más chapas de acero dotadas de un
recubrimiento metálico, según el cual primero se colocan las chapas
de acero recubiertas a tope una contra la otra y, a continuación, se
procede a la soldadura de la junta o juntas planas mediante un haz
de rayos de soldadura con la formación de un cordón de soldadura a
lo largo de la junta plana respectiva. Durante la soldadura o
inmediatamente después se lleva a cabo el tratamiento térmico de
cada cordón de soldadura mediante un haz de rayos incandescente. Una
vez enfriados los cordones de soldadura, se recubre cada cordón en
una cara o en ambas caras con un recubrimiento metálico. El
recubrimiento de los cordones de soldadura se realiza, en este caso,
preferentemente por galvanizado de cada cordón de soldadura.
Debido al tratamiento térmico de los cordones de
soldadura durante o inmediatamente después de la soldadura, según
la invención, se controla en el tiempo la temperatura del cordón de
soldadura durante el enfriamiento en un determinado periodo de
tiempo. Se ha demostrado que el aumento de la dureza de los cordones
de soldadura es producido por la formación de martensita y bainita,
así como debido a las tensiones propias de la soldadura durante el
enfriamiento del cordón de soldadura. Para la formación de
martensita resulta determinante, según la invención, la franja de
enfriamiento de 800ºC y 500ºC. Si, según la invención, se controla
esta franja de temperatura durante el enfriamiento del cordón de
soldadura y se pasa por la misma durante un periodo de tiempo más
largo de lo que indica la tasa de enfriamiento, se podrá suprimir la
formación de martensita y de bainita y reducir las tensiones
propias de la soldadura y, por lo tanto, se podrá evitar el aumento
de la dureza del cordón de soldadura. Debido a la menor dureza del
cordón de soldadura, la chapa formada por soldadura de chapas de
acero se deja conformar mejor.
Debido al recubrimiento metálico de los cordones
de soldadura en la siguiente etapa del procedimiento, los cordones
de soldadura son protegidos finalmente contra la corrosión, de
manera que por medio del procedimiento, según la invención, se
puede producir una chapa fácilmente conformable y, al mismo tiempo,
resistente a la corrosión.
Se ha demostrado que la formación de martensita
y bainita en los cordones de soldadura podrá ser suprimida de forma
muy eficaz si, de acuerdo con la invención, la temperatura del
cordón de soldadura se mantiene durante el enfriamiento durante un
periodo de tiempo de 1 hasta 3 segundos, preferentemente de 1,5
hasta 2 segundos, mediante el haz de rayos incandescente en la
franja de temperatura entre 800ºC y 500ºC que es determinante para
la composición estructural.
Preferentemente, tanto el haz de rayos de
soldadura como también el haz de rayos incandescente es un haz de
rayos láser, siendo el haz de rayos de soldadura dirigido sobre la
superficie de las chapas de acero a unir en forma de foco puntual
muy enfocado en la zona de la junta plana, mientras que el haz de
rayos incandescente es dirigido sobre la superficie del cordón de
soldadura como foco lineal o también en forma de un foco redondo,
rectangular o elíptico con una superficie de aplicación
considerablemente más grande con respecto al foco del haz de rayos
de soldadura. Preferentemente, el haz de rayos incandescente sigue
al haz de rayos de soldadura en el sentido de la soldadura. Luego,
se realiza un tratamiento térmico posterior del cordón de soldadura
a un intervalo de tiempo breve, una vez transcurrido el tiempo de
soldadura. Preferentemente, el diámetro del foco del haz de rayos
incandescente se elige de tal manera que, como mínimo, la anchura
total del cordón de soldadura queda recubierta por el foco del haz
de rayos incandescente. Sin embargo, el diámetro del foco del haz
de rayos incandescente puede ser ajustado para que sea más grande,
por ejemplo, a efectos de cubrir la zona afectada por el calor en
dirección lateral alrededor del cordón de soldadura o incluso zonas
que están fuera de su zona afectada por el calor. El tiempo de
actuación del haz de rayos incandescente puede ajustarse a través
de la velocidad de soldadura o bien a través de la longitud del foco
del haz de rayos incandescente cuando la velocidad de soldadura es
constante. Preferentemente, el haz de rayos incandescente se genera
mediante un haz de rayos láser porque esto facilita una gran
variación de la energía térmica aplicada al cordón de soldadura.
Sin embargo, se pueden utilizar también fuentes de calor inductivas
o conductivas para generar el haz de rayos incandescente, pero
éstas requieren claramente más energía para conseguir los mismos
resultados debido a su menor densidad de energía, y ello resulta
desventajoso ya que en este caso se provocan tensiones propias más
elevadas así como deformaciones o pliegues en la zona del cordón de
soldadura.
Para el tratamiento térmico del cordón de
soldadura durante el proceso de soldadura se utiliza preferentemente
un sistema de doble láser, que proporciona el haz de rayos de
soldadura en forma de un haz de rayos láser de soldadura y también
el haz de rayos incandescente en forma de un haz de rayos láser
incandescente. Debido a ello se puede llevar a cabo el tratamiento
térmico durante el proceso de soldadura directamente en el frente
del baño de soldadura y de forma sincronizada con éste, avanzando en
la dirección de la soldadura.
En la figura 1 se muestra esquemáticamente una
junta plana (14) entre dos chapas de acero (1, 1') colocadas a tope
una contra la otra, en un corte longitudinal. Mediante la proyección
de un haz de rayos de soldadura (13) que se proyecta sobre la junta
plana (14) como un foco puntual muy enfocado, ésta es soldada
mediante un procedimiento de soldadura a tope, avanzando el haz de
rayos de soldadura (13) en el sentido de la soldadura (S) a una
velocidad previamente ajustada. En la zona del haz de rayos de
soldadura de avance (13) se forma un baño de soldadura (16) en
forma de acero licuado. En el sentido de la soldadura (S)
inmediatamente detrás del haz de rayos de soldadura (13), se dirige
el haz de rayos incandescente (15) sobre la superficie de las
chapas de acero (1, 1') a lo largo del cordón de soldadura (2) que
se está formando, siendo el diámetro del foco del haz de rayos
incandescente considerablemente más grande comparado con el diámetro
del foco del haz de rayos de soldadura.
En la figura 2 se muestra el dispositivo de la
figura 1 en una vista en planta sobre las chapas de acero (1, 1')
unidas entre si. La forma del foco del haz de rayos incandescente
puede adoptar la forma de un foco ovalado o elíptico, tal como se
aprecia en la figura 2. Preferentemente, el foco del haz de rayos
incandescente (15) adopta la forma de un foco lineal, extendiéndose
el eje principal largo del foco lineal a lo largo del cordón de
soldadura (2) que se ha formado. Alrededor del foco del haz de rayos
incandescente se forma una zona incandescente (17). En esta zona
incandescente (17) el cordón de soldadura (2) que se forma al soldar
la junta plana (14) es sometido a un tratamiento térmico posterior,
inmediatamente después de haber trascurrido el tiempo de soldadura,
es decir, durante el enfriamiento del cordón de soldadura (2). El
ángulo de incidencia (a) con el que incide el haz de rayos
incandescente (15) sobre la superficie de la chapa de acero puede
ser ajustado según preferencia. El tiempo de actuación, la
intensidad y el ángulo de incidencia del haz de rayos incandescente
(15) están ajustados de tal manera, según la invención, que el
cordón de soldadura (2) permanece durante el enfriamiento en una
franja de temperatura entre 500ºC y 800ºC durante un periodo de
tiempo de 1 hasta 3 segundos. El haz de rayos de soldadura (13)
incide preferentemente, tal como se muestra en la figura 1,
perpendicularmente sobre la superficie de la chapa de acero, pero
también puede ser proyectado
oblicuamente.
oblicuamente.
En la figura 3 se representa la evolución en el
tiempo de la temperatura del cordón de soldadura (2) en un punto
determinado de la junta plana (14) durante y después de la
soldadura. Durante el tiempo de soldadura la temperatura aumenta
primero fuertemente al pasar el haz de rayos de soldadura (13) por
este punto. La temperatura alcanza valores por encima de la
temperatura de fusión (T_{S}) de la chapa de acero, de manera que
ésta se funde. Tras pasar el haz de rayos de soldadura (13), es
decir, una vez transcurrido el tiempo de soldadura, la temperatura
vuelve a caer, presentando la forma de la curva
temperatura-tiempo, que es provocada por la
actuación del haz de rayos de soldadura sobre el cordón de soldadura
(2), de forma idealizada la forma de una curva de Gauss, tal como
se aprecia en la figura 3. Durante, e incluso también, después de la
actuación del haz de rayos de soldadura, el aporte térmico al
cordón de soldadura (2) se realiza, de acuerdo con los
procedimientos de la invención, por el haz de rayos incandescente
(15) para mantener la temperatura del cordón de soldadura durante
un periodo de tiempo más largo dentro de la franja de temperatura
entre 500ºC y 800ºC. Esta franja de temperatura entre 500ºC y 800ºC
constituye el intervalo de transformación durante el cual el
enfriamiento del cordón de soldadura provocará la formación de
martensita si se pasa por esta franja de temperatura rápidamente,
de acuerdo con la tasa de enfriamiento natural. Al actuar el haz de
rayos incandescente (15), la temperatura del cordón de soldadura
(2) se mantiene, de acuerdo con la invención, durante un periodo de
tiempo más largo de 1 -3 segundos en la franja de temperatura que
corresponde al intervalo de transformación. Esto resulta de la
curva temperatura-tiempo resultante que se muestra
en la figura 3. En función de la duración y la intensidad del haz
de rayos incandescente, la temperatura del cordón de soldadura se
encuentra durante un periodo de tiempo más breve o más largo en el
intervalo de transformación. Se ha demostrado que la formación de
martensita podrá suprimirse ampliamente si la temperatura del cordón
de soldadura se mantiene en el intervalo de transformación, como
mínimo, durante un periodo de tiempo de 1,5 a 2 segundos.
El procedimiento de soldadura a tope descrito
anteriormente con tratamiento térmico simultáneo o subsiguiente del
cordón de soldadura por medio del haz de rayos incandescente se
aplica del mismo modo en ambos procedimientos, según la invención.
Según uno de los procedimientos, según la invención, se procede
primero a la soldadura de dos chapas de acero (1, 1') sin recubrir
entre sí y, a continuación, una vez soldadas, se recubren en toda
su superficie con un recubrimiento metálico, siendo dotados también
el cordón o cada cordón de soldadura (2) con el recubrimiento
metálico. El recubrimiento de toda la superficie de las chapas de
acero (1, 1') unidas se realiza, en este caso, del modo conocido,
por ejemplo, por zincado o cromado galvánico en una instalación de
zincado o cromado en banda en sí conocida.
Según el segundo procedimiento de la invención,
se unen entre sí chapas de acero (1, 1') ya dotadas de un
recubrimiento metálico mediante el procedimiento de soldadura a tope
descrito anteriormente y durante o después de la soldadura son
tratadas térmicamente mediante un haz de rayos incandescente (15).
Una vez enfriados los cordones de soldadura, éstos son dotados de
un recubrimiento metálico a modo de bandas por medio de galvanizado
por electrólisis. En la figura 4 se muestra un dispositivo que se
puede utilizar en el procedimiento, según la invención, para
aplicar el recubrimiento metálico a ambas caras del cordón de
soldadura (2), mostrando la figura 4a el dispositivo en la etapa de
galvanizado por electrólisis del cordón de soldadura, y la figura
4b el mismo dispositivo durante la realización de una etapa de
limpieza para limpiar el cordón de soldadura galvanizado.
El dispositivo mostrado en la figura 4 comprende
dos regletas de ánodos (4, 5) guiados en dirección vertical y
desplazables perpendicularmente con respecto a la superficie de las
chapas de acero (1, 1'). Las dos regletas de ánodos (4, 5) están
dispuestas sobre las caras opuestas de las chapas de acero (1, 1'),
alineadas entre sí y, preferentemente, montadas de forma flotante
una con respecto a otra. El dispositivo comprende, asimismo, un
dispositivo de alimentación para la alimentación de un electrolito
líquido que se utiliza para el galvanizado por electrólisis del
cordón de soldadura (2). El dispositivo de alimentación está
acoplado a un depósito de electrolito. Asimismo, el dispositivo
comprende un dispositivo de aplicación para aplicar el electrolito
sobre el cordón de soldadura (2), así como un ánodo (8) en el que
se puede aplicar una diferencia de potencial eléctrico con respecto
a las chapas de acero (1, 1'). Para sujetar y fijar las chapas de
acero (1, 1') está dispuesto un dispositivo de fijación (11)
mediante el cual las chapas de acero (1, 1') pueden posicionarse y
fijarse de tal manera que ambas regletas de ánodos (4, 5) quedan
dispuestas en la cara superior o inferior, respectivamente, de las
chapas de acero (1, 1') paralelamente con respecto a las mismas y se
extienden a lo largo de la junta plana (14).
La longitud de ambas regletas de ánodos (4, 5)
corresponde, como mínimo, a la anchura máxima de la chapa de acero
a tratar (1) (correspondiendo a la longitud máxima del cordón de
soldadura (2) a tratar). En la figura 4c se muestra la regleta de
ánodos superior (4), de las dos regletas de ánodos mostradas en la
figura 4a, en una vista en planta con la chapa de acero (1)
dispuesta debajo y dos guías verticales (30) que sirven para el
guiado de la regleta de ánodos (4). Las regletas de ánodos (4, 5)
están fabricadas de un material estable a la corrosión, por
ejemplo, de metal, en especial un metal noble resistente a los
ácidos, o bien de materiales no metálicos tal como, por ejemplo,
cerámica. Oportunamente, las regletas de ánodos (4, 5) están
fabricadas de un material eléctricamente aislante, dado que en este
caso se podrá prescindir de un dispositivo de protección contra la
carga eléctrica de las regletas de ánodos (4, 5). Las regletas de
ánodos (4, 5) tienen preferentemente una forma de perfil hueco que
se aprecia en las representaciones en sección de la figura 4a.
Dentro de la regleta de ánodos (4, 5) en forma
de perfil hueco está dispuesto el dispositivo de aplicación para
aplicar el electrolito sobre el cordón de soldadura (2, 3'), estando
este dispositivo de aplicación, según el ejemplo mostrado en la
figura 4a, formado por un tapón (7) de un material de poro abierto,
eléctricamente no conductor. El tapón (7) puede ser, por ejemplo,
una espuma de poro abierto o un material de fieltro o no tejido. El
tapón (7) emerge de una abertura que se extiende a lo largo de cada
regleta de ánodos (4, 5) y sobresale ligeramente con respecto a los
cantos inferiores dirigidos hacia las chapas de acero (1, 1') de
las regletas de ánodos (4, 5). Dentro del perfil hueco de cada
regleta de ánodos (4, 5) el tapón (7) comunica con un conducto
tubular (6). En el conducto tubular (6) están dispuestos orificios
de salida a través de los que el electrolito líquido que fluye en
el conducto tubular (6) fluye al tapón (7), pudiendo ser absorbido
por éste. Dentro de cada regleta de ánodos (4, 5) está dispuesto,
asimismo, un ánodo (8). En el ejemplo mostrado en la figura 4a, el
ánodo (8) está formado por un tubo eléctricamente conductivo,
preferentemente un tubo de metal que se extiende dentro de cada
regleta de ánodos (4, 5) en dirección longitudinal.
Para el galvanizado por electrólisis de un
cordón de soldadura (2) se introducen las chapas de acero (1, 1')
unidas entre sí mediante el procedimiento de soldadura a tope
descrito anteriormente en el dispositivo de tratamiento y allí se
posicionan de tal manera que el cordón de soldadura (2) se extiende
paralelamente a las dos regletas de ánodos (4, 5). Para posicionar
y fijar las chapas de acero (1, 1') en esta posición, el
dispositivo de tratamiento comprende un dispositivo de fijación
(11). Este dispositivo de fijación (11) está formado, según el
ejemplo mostrado en la figura 4a, por dos pares de mordazas (11a) y
(11b) que están dispuestas sobre la cara superior e inferior,
respectivamente, de las chapas de acero (1, 1'). Las mordazas pueden
ser desplazadas perpendicularmente con respecto a la superficie de
las chapas de acero (1, 1') igual que las regletas de ánodos (4,
5), y presentan en sus cantos inferiores dirigidos a las chapas de
acero (1, 1') sendas juntas (12). Para posicionar y fijar las
chapas de acero (1, 1') éstas se fijan entre los pares de mordazas
(11a, 11b), evitando la junta (12) al asentarse daños mecánicos de
las superficies de las chapas de acero y, además, estanqueizar el
espacio de proceso en la zona alrededor del cordón de soldadura (2)
a prueba de líquidos. Al fijar las chapas de acero (1, 1') en el
dispositivo de fijación (11) la superficie de la chapa, que presenta
una ondulación transversalmente al sentido de la soldadura y
laminación debido a las tensiones propias, queda alisada.
Después (o también antes) del posicionamiento y
la fijación de la chapa de acero en el dispositivo de fijación (11)
se colocan ambas regletas de ánodos (4, 5) a ambos lados de las
chapas de acero (1, 1'), sobre las mismas, en la zona del cordón de
soldadura (2), desplazando las regletas de ánodos (4, 5) en sus
respectivas guías (30) en dirección perpendicular con respecto a
las chapas de acero (1, 1'). El tapón (7) es presionado con una
presión predeterminada contra el cordón de soldadura (2). A
continuación, se aplica una tensión eléctrica entre el ánodo (8) y
las chapas de acero (1, 1') y al mismo tiempo se conduce un
electrolito líquido a través del dispositivo de alimentación al
dispositivo de aplicación, debido a lo cual el tapón (7) queda
empapado de electrolito líquido. La película de electrolito que se
forma en la superficie de las chapas de acero (1, 1') está señalada
en la figura 4a con la referencia (3). Como consecuencia de la
tensión aplicada entre las chapas de acero (1, 1') (o del cordón de
soldadura (2)) y el ánodo (8) los cationes presentes en el
electrolito se desplazan a la chapa de acero catódica y, en
especial, al cordón de soldadura (2). Mediante la absorción de
electrones, los cationes del electrolito son precipitados en la
superficie de la chapa o del cordón de soldadura como metal sólido.
Con parámetros eléctricos constantes y una concentración de cationes
estable en el electrolito, que presenta una conductividad eléctrica
predeterminada, el grosor de la capa del recubrimiento metálico
precipitado sobre el cordón de soldadura (2) queda determinado
exclusivamente por el tiempo de proceso que puede ser
predeterminado a través de un temporizador.
Para asegurar los parámetros de proceso
invariables para cada proceso de galvanizado de un cordón de
soldadura (2), el tapón (7) ha de ser renovado o regenerado en
intervalos de tiempo regulares, ya que la estructura de poro
abierto del tapón (7) puede descomponerse, en especial, debido a la
precipitación por sales y, por ello, un flujo regulado del
electrolito puede quedar interrumpido localmente sobre la superficie
de la chapa de acero. El recambio o la regeneración del tapón (7)
pueden realizarse mediante el recambio de las regletas de ánodos
(4, 5). Como alternativa, se puede utilizar una unidad de cambio de
tapón automatizada, tal como se muestra esquemáticamente en la
figura 5. Esta unidad de cambio de tapón comprende una bobina de
almacenamiento (18) sobre la que se enrolla el material del tapón.
Esta bobina de almacenamiento (18) está dispuesta al lado de cada
regleta de ánodos (4, 5). Cuando el tapón (7) esta gastado, se
desenrolla mediante disparo manual o automáticamente mediante un
temporizador previamente ajustado, se desenrolla material de tapón
nuevo de la bobina de almacenamiento (18) y se introduce en el
alojamiento de tapón de cada regleta de ánodos (4, 5), mientras que
simultáneamente la zona gastada del tapón (7) es enrollada sobre una
bobina de enrollado (19). Una bobina de enrollado (19) está
dispuesta al lado de cada regleta de ánodos (4, 5) en el lado
opuesto de la bobina de almacenamiento (18).
En cuanto se ha precipitado por galvanizado una
capa de metal suficientemente gruesa sobre el cordón de soldadura,
se desconecta la tensión eléctrica entre las chapas de acero (1, 1')
y el ánodo (8), y se para el suministro de electrolito. El
electrolito líquido que ha quedado sobre la superficie de la chapa
de acero se mantiene en circulación para evitar precipitaciones de
sales y, una vez desconectados la tensión eléctrica y el suministro
de electrolito, las regletas de ánodos (4, 5) son desplazadas de la
superficie de la chapa a su posición inicial, tal como se muestra
en la figura 4b.
A continuación, se realiza una limpieza de la
superficie de la chapa de acero eliminando los restos de electrolito
que han quedado sobre la superficie de la chapa de acero. A tal
efecto, el dispositivo dispone de un dispositivo de limpieza (13)
con carros de limpieza (13a, 13b) desplazables en dirección
horizontal paralelamente a la superficie de la chapa de acero,
teniendo asignadas la cara superior y la cara inferior de la chapa
de acero un carro de limpieza (13a) o (13b) respectivamente. En la
figura 6 se muestran esquemáticamente las trayectorias de
desplazamiento de los carros de limpieza (13a, 13b). Los carros de
limpieza (13a, 13b) son guiados en guías de las mordazas (11). Las
guías están realizadas en forma de ranuras (27) en las que se
acoplan puentes de guía (28) de los carros de limpieza (13), tal
como se muestra en sección en la figura 4b.
En la figura 7 se muestra un carro de limpieza
(13a) en sección. Cada carro de limpieza (13a, 13b) está dotado de
una tobera de proyección (15) de alta presión a través de la cual se
puede proyectar agua sobre la superficie de la chapa de acero (1).
Cada carro de limpieza (13a, 13b) dispone, además, de un dispositivo
de aspiración (16) que funciona con presión negativa. En la cara
inferior de cada carro de limpieza (13) están dispuestas juntas
(14) que se apoyan sobre la superficie de la chapa de acero y evitan
de esta manera daños en la superficie y, simultáneamente, cierran
de forma estanca el espacio de proceso alrededor del cordón de
soldadura (2) a prueba de líquidos. Debido al cierre estanco a los
líquidos se impide que el agua de enjuague pueda salir hacia fuera
y que aire externo pueda ser aspirado.
Para realizar la etapa de limpieza, cada carro
de limpieza (13a, 13b) es desplazado desde su posición inicial,
mostrada en la figura 6, horizontalmente y a lo largo del cordón de
soldadura (2) a través de la superficie de la chapa de acero. Para
limpiar la superficie de la chapa de acero se proyecta agua a través
de la tobera (15) sobre dicha superficie y, simultáneamente, se
aspira la mezcla de agua y electrolito que se forma debido a ello
mediante el dispositivo de aspiración (16). Si fuese necesario, el
proceso de limpieza puede ser repetido varias veces. El número de
ciclos de limpieza necesarios puede ser ajustado previamente
mediante un control. Una vez realizado el último ciclo de limpieza,
cada carro de limpieza (13a, 13b) retrocede a su posición
inicial.
Según el ejemplo del dispositivo de
recubrimiento mostrado en la figura 4a, el suministro del
electrolito líquido se realiza mediante el conducto tubular (6).
Según otro ejemplo alternativo, el electrolito líquido también
puede suministrarse a través de un ánodo tubular (8), disponiendo
asimismo dicho ánodo tubular (8) de orificios de salida a través de
los que el electrolito líquido puede penetrar en el tapón (7) que
rodea el ánodo (8). El tubo anódico (8) está realizado, según este
ejemplo, preferentemente, de un material resistente a los ácidos y
eléctricamente conductor, por ejemplo, acero inoxidable.
Según otro ejemplo, que se ha mostrado en las
figuras 8 y 9, el ánodo (8) está realizado en forma de un tubo
rectangular ranurado (20) (figura 8) en cuya cara inferior están
dispuestas molduras de estanqueidad (21). El tubo rectangular (20)
sirve como ánodo (8) y, a tal efecto, se aplica contra la chapa de
acero (1), con una tensión eléctrica, y al mismo tiempo sirve como
dispositivo de alimentación para suministrar el electrolito líquido
y como dispositivo de aplicación para aplicar el electrolito sobre
el cordón de soldadura. Un tubo rectangular (20) de este tipo está
dispuesto en la cara superior de la chapa de acero a lo largo del
cordón de soldadura (2), y en la cara inferior está dispuesto un
tubo rectangular (26) de construcción idéntica, tal como se muestra
en la figura 9.
Ambos tubos rectangulares (20, 26) están
conectados a un depósito (22) de un electrolito líquido (figura 9).
El electrolito líquido es bombeado a través de una bomba al tubo
rectangular (20) y a través de toberas de proyección es proyectado
sobre la superficie de la chapa de acero en la zona del cordón de
soldadura (2). Debido a ello, el espacio de proceso estanqueizado
por medio de las juntas (21) alrededor del cordón de soldadura (2)
es inundado con el electrolito líquido. Durante el proceso un exceso
de electrolito líquido puede ser aspirado de la superficie de la
chapa de acero (1) por medio de un dispositivo de aspiración y puede
ser conducido al depósito (22) para su reutilización. Una vez
acabado el galvanizado por electrólisis del cordón de soldadura
(2), tal como en el ejemplo descrito anteriormente, se realiza una
limpieza de la superficie de la chapa de acero mediante enjuague de
agua y la aspiración de la solución de agua y electrolito. A tal
efecto, según este ejemplo, cada tubo rectangular (20, 26) está
conectado con un circuito de agua (25) (figura 9). Una vez
realizado la limpieza, se lleva a cabo preferentemente un secado de
la superficie de la chapa de acero, en especial, en la zona del
cordón de soldadura (2) galvanizado por electrólisis. El proceso de
secado puede realizarse mediante aire a presión o aire caliente. A
tal efecto, en las mordazas (11a, 11b) están dispuestas toberas de
aire (17), que se muestran en la figura 10. Con estas toberas de
aire (17) se puede soplar aire de secado, bajo ángulos ajustables,
sobre la chapa de acero (1). El grado de secado se controla mediante
el tiempo de secado que puede ajustarse mediante un dispositivo de
control.
Con el dispositivo descrito, los cordones de
soldadura (2) pueden ser dotados, en forma de bandas, de un
recubrimiento metálico a efectos de proteger los cordones de
soldadura (2) contra la corrosión. Debido al tratamiento térmico de
los cordones de soldadura durante o después de la soldadura, las
chapas de acero unidas (1, 1') presentan una buena conformabilidad,
también en la zona de los cordones de soldadura (2) y, al mismo
tiempo, están protegidas contra la corrosión.
Claims (16)
1. Procedimiento para la fabricación de una
chapa resistente a la corrosión, conformable, a partir de chapas de
acero sin recubrir (1, 1') que comprende las siguientes etapas:
a) Colocación de las chapas de acero (1, 1') a
tope;
b) Soldadura de la junta o juntas planas (14)
mediante soldadura a tope por medio de un haz de rayos de soldadura
(13) para formar un cordón de soldadura (2) a lo largo de la junta
plana (14) respectiva;
c) Recubrimiento de las chapas de acero (1, 1')
unidas entre sí en toda su superficie, incluido el cordón o cada
cordón de soldadura (2), tras el enfriamiento de los cordones de
soldadura (2) con un recubrimiento metálico, caracterizado
porque entre la etapa b) y la etapa c) se realiza la siguiente
etapa:
d) Tratamiento térmico del cordón o cordones de
soldadura (2) inmediatamente después o incluso durante la formación
del cordón de soldadura (2) mediante un haz de rayos incandescente
(15), siendo ajustados el tiempo de actuación y la intensidad del
haz de rayos incandescente (15) de tal manera que la temperatura del
cordón de soldadura (2) se mantiene, durante el enfriamiento tras
la soldadura mediante el haz de rayos incandescente (15), en una
franja de temperatura entre 800ºC y 500ºC durante un periodo de
tiempo de 1 hasta 3 segundos, a efectos de impedir la formación de
martensita en la zona del cordón de soldadura (2).
2. Procedimiento para la fabricación de una
chapa resistente a la corrosión, conformable, a partir de chapas de
acero (1, 1') dotadas de un recubrimiento metálico que comprende las
siguientes etapas:
a) Colocación de las chapas de acero (1, 1') a
tope;
b) Soldadura de la junta o juntas planas (14)
mediante soldadura a tope por medio de un haz de rayos de soldadura
(13) para formar un cordón de soldadura (2) a lo largo de la junta
plana (14) respectiva;
c) Aplicación de un recubrimiento metálico en
forma de bandas sobre cada cordón de soldadura (2) tras el
enfriamiento de dicho cordón de soldadura (2), caracterizado
porque entre la etapa b) y la etapa c) se realiza la siguiente
etapa:
d) Tratamiento térmico del cordón o cordones de
soldadura (2) inmediatamente después o incluso durante la formación
del cordón de soldadura (2) mediante un haz de rayos incandescente
(15), estando ajustados el tiempo de actuación y la intensidad del
haz de rayos incandescente (15) de tal manera que la temperatura del
cordón de soldadura (2) se mantiene durante el enfriamiento, tras
la soldadura mediante el haz de rayos incandescente (15), en una
franja de temperatura entre 800ºC y 500ºC durante un periodo de
tiempo de 1 hasta 3 segundos, a efectos de impedir la formación de
martensita en la zona del cordón de soldadura (2).
3. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el recubrimiento de las chapas de acero
(1, 1') se lleva a cabo, en especial, mediante zincado galvánico,
zincado o cromado galvánico.
4. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el haz de rayos incandescente (15) sigue
al haz de rayos de soldadura (13) en el sentido de la soldadura
(S).
5. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el haz de
rayos incandescente (15) incide como foco lineal sobre el cordón de
soldadura (2).
6. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
temperatura del cordón de soldadura (2) se mantiene durante el
enfriamiento tras la soldadura mediante el haz de rayos
incandescente (15) en una franja de temperatura entre 800ºC y 500ºC
durante un periodo de tiempo de 1,5 hasta 2 segundos.
7. Procedimiento, según la reivindicación 2,
caracterizado porque el recubrimiento del cordón de soldadura
(2) se realiza mediante galvanizado por electrólisis de dicho
cordón de soldadura (2).
8. Procedimiento, según la reivindicación 7,
caracterizado porque se aplica una tensión eléctrica sobre
las chapas de acero (1, 1') en oposición a un ánodo (8) que se
extiende a lo largo del cordón de soldadura (2) distanciado del
mismo, para llevar a cabo el galvanizado por electrólisis del cordón
de soldadura (2) y, simultáneamente, se aplica un electrolito sobre
el cordón de soldadura (2).
9. Procedimiento, según la reivindicación 7,
caracterizado porque las chapas de acero recubiertas (1, 1')
son de hojalata o chapas de acero con un cromado especial y porque
el electrolito contiene cationes de estaño o cationes de cromo.
10. Procedimiento, según la reivindicación 8 ó
9, caracterizado porque el electrolito presenta una
conductividad eléctrica de 50 -500 mS/cm.
11. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el electrolito
se aplica sobre el cordón de soldadura (2) a través de un tapón (7)
realizado en un material de poro abierto, eléctricamente no
conductor, que se apoya en el cordón de soldadura (2).
12. Procedimiento, según la reivindicación 11,
caracterizado porque el tapón (7) se apoya con una presión
predeterminada sobre la superficie del cordón de soldadura (2) y
recubre éste por completo.
13. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque el electrolito
se pulveriza sobre el cordón de soldadura (2) por medio de un tubo
(20) que está dotado, como mínimo, de un orificio o tobera de
pulverización.
14. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque, durante el
galvanizado por electrólisis del cordón de soldadura (2), las
chapas de acero (1, 1') se mantienen en la zona alrededor del
cordón de soldadura (2) lo más rectas posible en un plano mediante
elementos de fijación (11).
15. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 8 a 14, caracterizado porque las chapas de
acero (1, 1') se limpian tras el galvanizado por electrólisis del
cordón de soldadura (2), como mínimo, en la zona alrededor de dicho
cordón de soldadura (2), de restos de electrolito que se han quedado
sobre la superficie.
16. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tiempo
de enfriamiento del cordón de soldadura (2) se alarga mediante el
haz de rayos incandescente (15) de tal manera que la velocidad de
enfriamiento, con la que se enfría el cordón de soldadura (2), se
mantiene por debajo de la velocidad de enfriamiento a la que sin la
actuación del haz de rayos incandescente (15) tendría lugar una
formación de martensita en la zona del cordón de soldadura.
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