ES3041657T3 - Method for manufacturing a double-layered heat exchange wall - Google Patents

Method for manufacturing a double-layered heat exchange wall

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ES3041657T3
ES3041657T3 ES22840250T ES22840250T ES3041657T3 ES 3041657 T3 ES3041657 T3 ES 3041657T3 ES 22840250 T ES22840250 T ES 22840250T ES 22840250 T ES22840250 T ES 22840250T ES 3041657 T3 ES3041657 T3 ES 3041657T3
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Abstract

La invención se refiere a un método para fabricar una pared de intercambio de calor de doble capa que comprende una primera y una segunda capa metálica. Este método comprende los siguientes pasos sucesivos: (i) proporcionar una primera lámina metálica destinada a formar la primera capa, una segunda lámina metálica destinada a formar la segunda capa y una tira de hierro Fe° con un espesor de entre 10 μm y 100 μm; (ii) ensamblar la primera y la segunda lámina metálica y la tira de hierro Fe°, insertando esta última entre las láminas; (iii) prensar mecánicamente el conjunto obtenido al final del paso anterior bajo una presión mínima de 1 MPa; (iv) soldar periféricamente el conjunto prensado obtenido al final del paso (iii). y (v) tratar térmicamente el conjunto soldado obtenido al final del paso (iv), siendo este tratamiento térmico llevado a cabo por compresión isostática en caliente realizada a una temperatura de entre 800 °C y 1200 °C, a una presión de entre 108 Pa y 2108 Pa, durante un tiempo de entre 1 h y 3 h. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso de fabricación de una pared de intercambio de calor de doble capa
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método de fabricación de una pared de intercambio de calor de doble capa, estando esta pared de doble capa destinada en particular a equipar dispositivos de tipo intercambiador de calor.
Estos intercambiadores de calor encuentran aplicación en la industria química o en el sector energético. Estado de la técnica anterior
Los intercambiadores de calor son dispositivos para transferir energía térmica de un primer fluido a un segundo fluido, sin mezclarlos.
Existen diferentes tipos de intercambiadores de calor de dos fluidos, incluidos aquellos equipados con una pared de intercambio de calor denominada "de doble capa", que comprende dos capas de espesores diferentes o idénticos y cada una de ellas destinada a entrar en contacto con uno de los fluidos termoportadores.
La particular estructura de la pared de doble capa tiene la ventaja de proporcionar una mayor seguridad al intercambiador de calor equipado con ella, ya que cada capa realiza, de manera redundante, una doble función, a saber, la función de sellado para evitar que los dos fluidos termoportadores entren en contacto entre sí y la función de resistir la presión de los fluidos termoportadores.
Esta doble función es especialmente importante, por ejemplo, en los casos en que el intercambiador de calor se utiliza en instalaciones, como reactores químicos, en los que es necesario garantizar, de forma segura y eficaz, el intercambio de calor entre un primer fluido como metales o sales metálicas fundidos reactivos, por ejemplo a base de sodio, litio o potasio, y un segundo fluido como el agua. De hecho, cualquier fallo en la pared de intercambio de calor que equipa dichas instalaciones tendría graves consecuencias para el funcionamiento debido a la reactividad química del termoportador con el medio a enfriar. En este caso específico, las tensiones en servicio, además de la presión estática de los fluidos y la corrosión de las superficies, surgen de las tensiones de origen térmico y de las tensiones de fatiga impuestas por los ciclos de funcionamiento o las vibraciones inducidas por la termohidráulica.
La mayoría de las paredes de intercambio de calor de doble capa consideran dejar una holgura mecánica, o espacio, entre las dos capas.
Conectando este espacio a un sistema de detección, es posible detectar la presencia de líquido procedente de la perforación de una de las dos capas antes de que se altere la integridad de la segunda.
Sin embargo, la presencia de este hueco es especialmente penalizadora respecto a las propiedades de conductividad térmica de la pared de intercambio de calor y, además, no permite responder eficazmente a una hipotética perforación simultánea de la primera capa y de la segunda capa que la constituye.
Para mejorar la conductividad térmica de las paredes de intercambio de calor de doble capa, se ha propuesto rellenar al menos parcialmente el espacio entre la primera capa y la segunda capa.
De esta manera, el documento US 2013/0205861, con referencia [1] en el resto de esta descripción, propone un método de fabricación de una pared de intercambio de calor formada por un tubo de doble capa en el que, después de una etapa de pulido de la superficie interna del tubo externo así como de la superficie externa del tubo interno, se interponen alambres trenzados en el hueco formado por los tubos externo e interno y luego se realiza un trefilado y un tratamiento térmico.
El documento CN 203928838, con referencia [2], propone un método de fabricación de una pared de intercambio de calor también formada por un tubo de doble capa que comprende una etapa de relleno del hueco entre los tubos interior y exterior con un polvo metálico. Al garantizar una distribución radial de la temperatura, este polvo metálico proporciona una buena conductividad térmica al tubo de doble capa y también ayuda a mitigar los riesgos de degradación relacionados con las transiciones térmicas repentinas.
El documento US 2013/070889, con referencia [3], propone un método de fabricación de un tubo de doble capa implementando una etapa de mecanizado en frío de un conjunto formado por un tubo interno insertado dentro de un tubo externo en el que:
- o bien el tubo externo, que está hecho de acero ferrítico con al menos un 2%en masa de cromo, comprende, en su superficie interna, una capa de óxido de calamina que contiene cromo con un espesor de entre 10 pm y 30 pm y el tubo interno, que está hecho de acero o una aleación con al menos un 2 % en masa de cromo, comprende, en su superficie externa mecanizada y/o rectificada hasta un espesor de al menos 0,1 mm, una capa de calamina,
- o bien el tubo interno, que está hecho de acero ferrítico con al menos un 2 % en masa de cromo, comprende, en su superficie externa, una capa de óxido de calamina que contiene cromo con un espesor de entre 10 pm y 30 pm y el tubo externo, que está hecho de acero o una aleación con al menos un 2 % en masa de cromo, comprende, en su superficie interna mecanizada y/o rectificada hasta un espesor de al menos 0,1 mm, una capa de calamina.
La etapa de mecanizado en frío implementada en el proceso de documento [3] se lleva a cabo de tal manera que se logre una tasa de reducción del 5 % al 30 % del espesor externo.
El documento GB 2241 339, con referencia [4], también propone un método de fabricación de una pared de intercambio de calor que comprende tres tubos metálicos concéntricos que están en contacto íntimo, en sus interfaces, para asegurar un buen contacto térmico entre los tres tubos. Este contacto íntimo se puede conseguir mediante soldadura fuerte o blanda. En el documento [4], el tubo intermedio puede estar hecho de un material a base de hierro o acero y los tubos interior y exterior de cobre o una aleación de cobre.
Si bien mejoran las propiedades de conductividad térmica de los tubos de doble capa, los métodos de fabricación descritos en los documentos [1] a [4] presentan conductividades térmicas demasiado penalizadoras para el funcionamiento previsto.
El objetivo de la presente invención es, por tanto, proponer un método de fabricación de una pared de intercambio de calor de doble capa que presente una doble función de estanqueidad y de resistencia a la presión de los fluidos termoportadores, en particular resistiendo a la propagación de defectos de fatiga, ofreciendo entonces esta pared de intercambio de doble capa unas garantías máximas de integridad en servicio con una penalización mínima de la conductividad térmica.
Divulgación de la invención
El objeto antes mencionado y otros se consiguen mediante un método de fabricación de una pared de intercambio de calor de doble capa que comprende una primera capa y una segunda capa, siendo la primera y la segunda capa metálicas.
De acuerdo con la invención y de acuerdo con la reivindicación 1, el método de fabricación comprende las siguientes etapas sucesivas (i) a (v), y opcionalmente (vi):
(i) el suministro:
• de una primera chapa destinada a formar la primera capa y que tiene un espesor e-i,
• de una segunda chapa destinada a formar la segunda capa y que tiene un espesor e<2>, y
• de un fleje de hierro Fe0 que tiene un espesor e<3>entre 10 pm y 100 pm y, ventajosamente, entre 50 pm y 100 pm;
(ii) el ensamblaje de la primera y segunda chapas y el fleje de hierro Fe0, insertándose el fleje entre la primera y la segunda chapas;
(iii) el prensado mecánico del ensamblaje obtenido al final de la etapa anterior bajo una presión mínima de 1 MPa;
(iv ) la soldadura periférica del ensamblaje prensado obtenido al final de la etapa (iii);
(v) el tratamiento térmico del ensamblaje soldado obtenido al final de la etapa (iv), realizándose este tratamiento térmico mediante compresión isostática en caliente realizada a una temperatura comprendida entre 800 °C y 1200 °C, a una presión comprendida entre 108 Pa y 2,108 Pa, por una duración de entre 1 h y 3 h;
y, cuando corresponda,
(vi) un tratamiento adicional como cimbreo, plegado, templado, temple normalizado o recocido.
El método según la invención permite formar, entre la primera y la segunda capa, una interfase metálica de hierro puro. Esta interfase, dúctil y densa, que rellena todo el volumen inicial del hueco existente entre la primera y la segunda chapa, asegura así una unión mecánica uniforme entre la primera y la segunda capa. La ausencia de juego entre estas primeras y segundas capas permite evitar el movimiento de estas dos capas una con respecto a la otra: estas dos capas ahora forman una sola pared, luego se deforman de la misma manera que una pared monolítica durante la tensión mecánica o la conformación posterior. Gracias al método de fabricación según la invención, se obtiene una pared de doble capa que tiene una calidad geométrica que no requiere calibración después de la etapa de tratamiento térmico mediante prensado isostático en caliente.
La interfase metálica de hierro puro también proporciona a la pared de doble capa excelentes propiedades de conductividad térmica al garantizar una muy buena transferencia de calor entre la primera y la segunda capa, lo que tiene el efecto de aumentar la eficiencia de un intercambiador de calor equipado con dicha pared de doble capa. De manera inesperada y sorprendente, los inventores descubrieron que esta interfase dúctil y densa de hierro Fe0 garantiza una conductividad térmica mayor o igual al 80 % de la conductividad térmica de una pared sólida equivalente, o incluso mayor al 95 % en el caso particular de la implementación del fleje de hierro Fe0.
Esta ductilidad de la interfase metálica de hierro permite también desviar y/o detener la propagación de grietas por fatiga, en particular grietas por fatiga de gran número de ciclos, que se habrían formado y propagado dentro de una de las dos capas, preservando así la integridad de la otra capa. En particular, cuando las grietas por fatiga se desvían, se propagan a la interfaz metálica dúctil, proporcionando así una vida útil un 30 % más larga a temperatura ambiente.
Esta interfase de hierro también se caracteriza por un sello que le permite evitar la propagación capilar del fluido proveniente de dicha grieta entre las dos capas.
El método según la invención permite fabricar una pared de doble capa con un espesor etot.
El método según la invención comprende las etapas (i) a (v), y opcionalmente (vi), mencionadas anteriormente y detalladas a continuación.
Durante la etapa (i) del método de fabricación según la invención, se proporcionan dos chapas, una primera chapa que está destinada a formar la primera capa de la pared de doble capa, y una segunda chapa que está destinada a formar la segunda capa de esta misma pared de doble capa.
La primera chapa tiene un espesor, indicado e-i, mientras que la segunda chapa tiene un espesor, indicado e<2>. Según una realización, el espesor ei de la primera chapa y el espesor e<2>de la segunda chapa tienen unas dimensiones comprendidas entre 1 mm y 30 mm, ventajosamente entre 1 mm y 5 mm y, preferiblemente, entre 1 mm y 2 mm. Sin embargo, aunque incluidos en intervalos de valores idénticos, los espesores ei y e<2>de la primera y la segunda chapas no son necesariamente idénticos.
Se especifica que la expresión "entre... y..." que se utiliza arriba pero también en el resto de la presente descripción para definir un intervalo, debe entenderse como que define no solo los valores del intervalo, sino también los valores de los límites de este intervalo.
En la etapa (i) del método de fabricación según la invención se proporciona también un fleje que está hecho de hierro con grado de oxidación 0, es decir, hierro puro Fe0.
Este fleje de hierro Fe0 tiene un espesor, anotado e<3>, que está comprendido entre 10 pm y 100 pm y, ventajosamente, entre 50 pm y 100 pm.
El método de fabricación según la invención comprende, después de la etapa (i), una etapa (ii) de ensamblaje de las primera y segunda chapas y del fleje de hierro Fe0, insertándose del fleje entre la primera y la segunda chapa.
En otras palabras, al final de la etapa (ii), obtenemos un ensamblaje en el que el fleje de hierro Fe0 está intercalado entre la primera y la segunda chapas.
En una realización alternativa del método de fabricación según la invención y de acuerdo con la reivindicación 2, las etapas (i) y (ii) que se acaban de describir pueden sustituirse respectivamente por las siguientes etapas (i')y(ii'):
(i') el suministro:
de una primera chapa destinada a formar la primera capa y que tiene un espesor e<1>, y
de una segunda chapa destinada a formar la segunda capa y que tiene un espesor e<2>, comprendiendo esta segunda chapa, en una de sus superficies, un recubrimiento de hierro Fe0; y
(ii') el ensamblaje de la primera chapa y la segunda chapa recubierta, el recubrimiento de hierro Fe0 colocándose entre la primera y la segunda chapas,
Durante la etapa (i') de esta variante del método de fabricación según la invención, se proporcionan dos chapas, una primera chapa que está destinada a formar la primera capa de la pared de doble capa, y una segunda chapa que está destinada a formar la segunda capa de esta misma pared de doble capa.
Al igual que antes, la primera chapa tiene un espesor, indicado ei, mientras que la segunda chapa tiene un espesor, indicado e<2>.
Según una realización, el espesor e<1>de la primera chapa y el espesor e<2>de la segunda chapa tienen unas dimensiones comprendidas entre 1 mm y 30 mm, ventajosamente entre 1 mm y 5 mm y, preferiblemente, entre 1 mm y 2 mm. Como ya se ha indicado anteriormente, aunque incluidos en intervalos de valores idénticos, los espesores e<1>y e<2>de la primera y la segunda chapa no son necesariamente idénticas.
En esta variante, la segunda chapa comprende, en una de sus superficies, un recubrimiento de hierro con grado de oxidación 0, es decir, hierro puro Fe0.
Este revestimiento de hierro Fe0 tiene un espesor, indicado e<3>, entre 10 pm y 100 pm y, ventajosamente, entre 50 pm y 100 pm.
En otras palabras, la segunda chapa recubierta tiene un espesor, indicado e?, tal como e<2>' = e<2>+ e<3>.
Según una realización de esta variante del método de fabricación según la invención, el recubrimiento de hierro Fe0 se obtiene por proyección en frío ("cold spray" según la terminología anglosajona) de polvo de hierro Fe0 sobre una de las superficies de la segunda chapa.
En esta variante, el método de fabricación según la invención comprende, después de la etapa (i'), una etapa (ii') de ensamblaje de la primera chapa y la segunda chapa recubierta, el recubrimiento de hierro Fe0 colocándose entre la primera y la segunda chapa.
En otras palabras, al final de la etapa (ii'), se obtiene un conjunto en el que el recubrimiento de hierro Fe0 se coloca entre la primera y la segunda chapa.
La elección de implementar un fleje de hierro Fe0 de 10 pm a 100 pm de espesor, así como la producción, por proyección en frío, de un recubrimiento de hierro Fe0 de 10 pm a 100 pm de espesor permite la creación, entre la primera y la segunda capa, de una interfase de hierro dúctil Fe0. Esta interfase dúctil de hierro Fe0 permite ralentizar y desviar significativamente la velocidad de propagación de las grietas por fatiga que se habrían formado en el interior de una de estas dos capas y, en consecuencia, aumentar hasta un 30 % la vida por fatiga de la otra capa (no dañada) y, por tanto, de la pared de doble capa fabricada mediante el método según la invención.
Como se verá en los ejemplos siguientes, la elección recaerá ventajosamente en la producción de la interfase de hierro a partir de la intercalación de un fuelle de hierro Fe0 lo que permite obtener una pared de doble capa con propiedades mecánicas y de conductividad térmica superiores a las de una pared de doble capa en la que la interfase de hierro se obtiene por proyección en frío de un polvo de hierro Fe0.
En una variante ventajosa, el método según la invención comprende además una etapa de limpieza de las superficies de la primera chapa y de las superficies de la segunda chapa o de la segunda chapa recubierta, realizándose esta etapa de limpieza antes de la etapa (ii) o (ii') de ensamblaje.
En otra variante ventajosa, el método según la invención comprende además una etapa de rectificado de la primera chapa y de la segunda chapa, opcionalmente revestida, realizándose esta etapa de rectificado antes de la etapa (ii) o (ii') de ensamblaje.
El método de fabricación según la invención comprende, después de la etapa (ii) o (ii') de ensamblaje, una etapa (iii) de prensado mecánico del conjunto obtenido al final de la etapa (ii) o (ii'), realizándose este prensado mecánico bajo una presión mínima de 1 MPa.
La elección de esta etapa (iii) de prensado mecánico tiene la ventaja de reducir aún más el volumen del espacio existente entre la primera chapa y la segunda chapa, posiblemente recubierta. De este modo, la cantidad de gas contenida entre estas dos chapas se vuelve insignificante.
El método de fabricación según la invención comprende, después de la etapa (iii) de prensado mecánico, una etapa (iv) de soldadura periférica del conjunto tal como se obtiene al final de la etapa (iii). De esta manera se obtiene una soldadura alrededor del perímetro de la primera y la segunda chapas.
Esta etapa (iv) de soldadura, que puede realizarse mediante cualquier técnica de soldadura que permita obtener una soldadura estanca al gas, permite aislar la interfase de hierro Fe0 interpuesto entre la primera y la segunda chapas.
La etapa (iv) de soldadura puede realizarse en particular mediante láser, mediante varilla, mediante haz de electrones o incluso, y ventajosamente, mediante un método de soldadura por arco con electrodo no fusible, en su caso en presencia de un metal de aportación. Este último tipo de soldadura puede realizarse en particular mediante soldadura TIG (TIG es el acrónimo de la expresión inglesa "Tungsten Inert Gas") sin metal de aportación.
La presencia de la interfase de hierro Fe0 permite que la composición de las uniones soldadas y la composición de la primera y segunda chapa permanezcan inalteradas, conservando así sus propiedades mecánicas. Esta elección de la interfase de hierro Fe0 permite por tanto el ensamblaje, mediante soldadura fiable, de las paredes de doble capa fabricadas por el método según la invención con las estructuras de un dispositivo que están destinadas a equipar, por ejemplo con las de un intercambiador de calor. De hecho, el hierro Fe0 de la interfase modifica solo marginalmente la composición de la soldadura periférica, la interfase no altera por tanto las propiedades mecánicas de esta soldadura periférica así producida.
El método de fabricación según la invención comprende, al final de la etapa (iv) de soldadura, una etapa (v) de tratamiento térmico del ensamblaje soldado tal como se obtiene al final de la etapa (iv).
Esta etapa (v) de tratamiento térmico se lleva a cabo mediante compresión isostática en caliente (CIC) realizada a una temperatura entre 800 °C y 1200 °C, a una presión entre 108 Pa y 2,108 Pa, por una duración de entre 1 y 3 horas.
Esta etapa (v) de compresión isostática en caliente permite soldar por difusión la primera chapa y la segunda chapa, eventualmente revestida, y obtener así una unión mecánica uniforme entre estas primera y segunda chapas. Al final de la etapa (v) de compresión isostática en caliente, esta unión mecánica uniforme se forma mediante la interfase de hierro Fe.
En una variante ventajosa, el método según la invención comprende además al menos una etapa de rectificación del conjunto, realizándose esta o estas etapas de rectificación antes de la etapa (iv) de soldadura y/o antes de la etapa (v) de tratamiento térmico.
En una variante particularmente ventajosa, el método según la invención no comprende una etapa de desgasificación entre la etapa (iii) de prensado mecánico y la etapa (iv) de soldadura y/o no comprende una etapa de desgasificación entre la etapa (iv) de soldadura y la etapa (v) de tratamiento térmico.
La eliminación de una o dos etapas de desgasificación, especialmente complejas de implementar a nivel industrial en el contexto de la fabricación de paredes de doble capa, contribuye a una reducción significativa de los tiempos de ciclo, de los costes y de los plazos de producción.
El método según la invención permite fabricar paredes de doble capa de longitudes y geometrías variables. Los materiales del primer tubo y del segundo tubo (excluyendo el revestimiento) pueden ser iguales o diferentes. Estos materiales pueden incluir hierro.
En una variante ventajosa, la primera y la segunda chapas están realizadas en un material que comprende hierro, siendo este material ventajosamente elegido entre el hierro Fe0 y un acero, por ejemplo acero martensítico como el Eurofer-97,
En una realización preferida, los materiales de la primera y la segunda chapa son idénticos,
En una variante, el método según la invención comprende además al menos una etapa (vi) de tratamiento adicional. Este tratamiento adicional (vi) tiene por objeto, en particular, conferir una forma específica y/o unas propiedades mecánicas particulares a la pared de doble capa fabricada mediante el método según la invención. Este tratamiento adicional (vi) puede elegirse, por ejemplo, entre cimbreo, plegado, templado, temple normalizado o recocido, o incluso ser una combinación de tratamientos adicionales (templado seguido de temple normalizado).
Mediante dicho tratamiento adicional (vi), la pared de doble capa puede, por ejemplo, moldearse en un tubo con sección circular, cuadrada o rectangular.
La invención se comprenderá mejor a la luz de la descripción adicional que sigue y que se refiere a las figuras adjuntas 1 y 2.
Se especifica que esta descripción adicional se da solo como ilustración del objeto de la invención y que en ningún caso debe interpretarse como una limitación de este objeto que está definido por las reivindicaciones 1 a 11.
Breve descripción de las figuras
La figura 1 ilustra la evolución de la progresión de una grieta por fatiga (indicada como a y expresada en mm), a temperatura ambiente, en función del número de ciclos (indicado como N) de dos paredes de doble capa obtenidas mediante un método según la invención (indicadas como RS y CS) y de una pared masiva similar de referencia (indicada como Masiva).
La figura 2 ilustra la evolución de la conductividad térmica equivalente (denotada A y expresada en W/m.K) en función de la temperatura (denotada T y expresada en K) de dos paredes de doble capa obtenidas mediante un método según la invención (denominadas RS y CS) y de una pared masiva similar de referencia (denotada Masiva).
Exposición detallada de realizaciones particulares
1. Fabricación de paredes de doble capa según el método según la invención y de una pared de referencia 1.1. Mediante el método según la invención se fabricó una primera pared de doble capa, denotada RS, Se laminaron dos chapas de Eurofer-97 para darles un espesor de 6,00 mm (+0,0/-0,1 mm) para la primera chapa y un espesor de 4 mm (+0,0/-0,1 mm) para la segunda chapa.
Luego se laminó una chapa de hierro metálico Fe0 hasta obtener un fuelle con un espesor de 100 pm.
Después de lijar y limpiar las superficies de las dos chapas, se ensamblaron de forma intercalada las dos chapas y el fleje interponiendo este fleje de hierro metálico entre la primera y la segunda chapa.
A continuación, se procedió al prensado mecánico del ensamblaje ejerciendo una presión de 1 MPa con una prensa, seguido de una soldadura periférica por TIG alrededor de todo el perímetro del conjunto.
A continuación, el conjunto soldado se sometió a un tratamiento térmico mediante la realización de un ciclo de compresión isostática en caliente (CIC) realizado a una temperatura de 1100 °C, a una presión de 1200 bar (1,2.108 Pa), durante 1 h, luego tratamientos térmicos adicionales de templado después de mantener a una temperatura de 980 °C durante 30 min y temple a 760 °C durante 90 min.
Al final de estos tratamientos térmicos se obtiene la pared de doble capa RS.
1.2. Se fabricó una segunda pared de doble capa, designada CS, mediante el método según la invención, Se laminaron dos chapas de Eurofer-97 para darles un espesor de 6,00 mm (+0,0/-0,1 mm) para la primera chapa y un espesor de 4 mm (+0,0/-0,1 mm) para la segunda chapa.
A continuación se realizó una deposición por pulverización en frío (cold spray) de polvo de hierro metálico sobre una de las superficies de la segunda chapa para formar un recubrimiento de hierro con un espesor de más de 100 pm.
Después de la rectificación del depósito hasta un espesor de 100 pm y la posterior limpieza de las superficies de las dos chapas, se procedió al ensamblaje de la primera chapa y de la segunda chapa revestida, posicionándose el recubrimiento de hierro metálico entre la primera y la segunda chapas.
El conjunto así obtenido fue sometido posteriormente a las etapas de prensado mecánico, soldadura, tratamiento térmico por CIC y tratamientos térmicos adicionales descritos en el capítulo 1.1. anterior.
Al final de estos tratamientos térmicos obtenemos la pared de doble capa CS.
1.3. También se creó una pared de referencia denotada Masiva.
Se laminó una chapa de Eurofer-97 para darle un espesor de 10,00 mm (+0,0/-0,1 mm).
Luego, la chapa se sometió a las etapas de tratamiento térmico por CIC y de tratamiento térmico adicionales descritos en el capítulo 1.1 anterior.
Al final de estos tratamientos térmicos se obtiene la pared de referencia Masiva.
2. Caracterización de las paredes de doble capa RS y CS y de la pared de referencia Masiva
2.1. Se tomaron muestras de flexión de 10 x 10 x 55 mm de cada una de las paredes RS, CS y Masiva. En cada una de las muestras, marcadas respectivamente como RS, CS y Masiva, se realizó una muesca de 2 mm, marcada con el punto A en la Figura 1, para permitir el inicio de una grieta por fatiga durante la carga de fatiga.
Luego se examinó la propagación de esta muesca sometiendo las muestras a ciclos de tensión de flexión de tres puntos a una tensión máxima constante del 60 % del límite elástico del material de la chapa. Se mantiene una fuerza mínima de 150 N para no separar la herramienta de la muestra. Se sigue el trayecto de la grietain situpor correlación de imágenes.
Con referencia al área marcada con B en la Figura 1, se observa que las muestras RS y CS de acuerdo con la invención se caracterizan por una propagación retardada de grietas en comparación con la de las muestras de referencia Masiva.
Con referencia al área marcada C en la Figura 1, también se observa que las muestras RS y CS de acuerdo con la invención exhiben un estancamiento de la longitud de la grieta en la interfase (distancia de propagación de 6 mm). Esto conduce a un aumento de la vida útil de las paredes de doble capa RS y CS en comparación con la pared de referencia Masiva.
Estos resultados destacan claramente que la elección de una interfase dúctil de Fe0 permite modificar significativamente la velocidad de propagación de grietas y aumentar significativamente la vida por fatiga a temperatura ambiente de la capa no dañada.
2.2. Se midió la conductividad térmica de cada una de las muestras RS, CS y Masiva.
Haciendo referencia a los resultados ilustrados en la Figura 2, se puede observar que las muestras RS y CS fabricadas mediante el método según la invención tienen una conductividad térmica A muy cercana a la muestra de referencia Masiva y que este coeficiente de conductividad térmica representa al menos el 80 % de la conductividad térmica de la pared de referencia Masiva para la pared de doble capa CS y casi el 95 % para la pared de doble capa RS.
Bibliografía
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[4] GB 2241 339 A

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Método de fabricación de una pared de intercambio de calor de doble capa que comprende una primera capa y una segunda capa, siendo la primera y la segunda capa metálicas, este método de fabricación se caracteriza porque comprende las siguientes etapas sucesivas (i) a (v), y opcionalmente (vi):
    (i) el suministro:
    . de una primera chapa destinada a formar la primera capa y que tiene un espesor e-i, . de una segunda chapa destinada a formar la segunda capa y que tiene un espesor e<2>, y . de una tira de hierro Fe0 que tiene un espesor e<3>entre 10 pm y 100 pm y, ventajosamente, entre 50 pm y 100 pm;
    (ii) el ensamblaje de la primera y segunda chapas y el fleje de hierro Fe0, insertándose el fleje entre la primera y la segunda chapas;
    (iii) el prensado mecánico del ensamblaje obtenido al final de la etapa anterior bajo una presión mínima de 1 MPa;
    (iv) la soldadura periférica del ensamblaje prensado obtenido al final de la etapa (iii);
    (v) el tratamiento térmico del ensamblaje soldado obtenido al final de la etapa (iv), realizándose este tratamiento térmico mediante compresión isostática en caliente realizada a una temperatura comprendida entre 800 °C y 1200 °C, a una presión comprendida entre 108 Pa y 2,108 Pa, por una duración de entre 1 h y 3 h;
    y, cuando corresponda,
    (vi) un tratamiento adicional como cimbreo, plegado, templado, temple normalizado o recocido.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que las etapas (i) y (ii) se sustituyen respectivamente por las etapas (i') y (ii') siguientes:
    (i') el suministro:
    . de una primera chapa destinada a formar la primera capa y que tiene un espesor e-i, y . de una segunda chapa destinada a formar la segunda capa y que tiene un espesor e<2>, comprendiendo esta segunda chapa, en una de sus superficies, un recubrimiento de hierro Fe0, teniendo este recubrimiento un espesor e<3>entre 10 pm y 100 pm y, ventajosamente, entre 50 pm y 100 pm, teniendo la segunda chapa recubierta un espesor e<2>' tal como e<2>' = e<2>+ e<3>; y
    (ii') el ensamblaje de la primera chapa y la segunda chapa recubierta, colocándose el recubrimiento de hierro Fe0 entre la primera y la segunda chapa.
  3. 3. Método según la reivindicación 2, en el que el revestimiento de hierro Fe0 se obtiene por proyección en frío de polvo de hierro Fe0 en una de las superficies de la segunda chapa.
  4. 4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la etapa (iv) de soldadura se realiza mediante un proceso de soldadura por arco con un electrodo no consumible, en su caso en presencia de un metal de aportación.
  5. 5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además una etapa de limpieza de las superficies de la primera chapa y de las superficies de la segunda chapa recubierta, llevándose a cabo esta etapa de limpieza antes de la etapa (ii) o (ii') de ensamblaje.
  6. 6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende además una etapa de rectificado de las primera y segunda chapas, llevándose a cabo esta etapa de rectificado antes de la etapa (ii) o (ii') de ensamblaje.
  7. 7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además al menos una etapa de rectificación del conjunto, siendo esta o estas etapas de rectificación implementadas antes de la etapa (iv) de soldadura y/o antes de la etapa (v) de tratamiento térmico.
  8. 8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que no comprende una etapa de desgasificación entre la etapa (iii) de prensado mecánico y la etapa (iv) de soldadura y/o entre la etapa (iv) de soldadura y la etapa (v) de tratamiento térmico.
  9. 9.Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la primera y la segunda chapas están realizadas en un material que comprende hierro, siendo este material ventajosamente seleccionado entre el hierro Fe0 y un acero.
  10. 10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que los materiales de la primera y la segunda chapa son idénticos.
  11. 11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que los espesores e<1>y e<2>de las primeras y segundas chapas tienen un tamaño comprendido entre 1 mm y 30 mm, ventajosamente entre 1 mm y 5 mm y, preferiblemente, entre 1 mm y 2 mm.
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