Procedimiento de soldadura híbrida por arco láser de piezas de acero aluminizado con hilo que contiene elementos gammágenos y gas que contienen menos de 10% de nitrógeno u oxígeno.

Procedimiento de soldadura híbrida por arco láser que emplea un arco eléctrico y un haz láser que se combina uno con el otro en el seno de un único baño de soldadura

, en el cual el metal fundido es aportado por fusión de un hilo fusible, siendo el baño de soldadura realizado sobre al menos una pieza de acero que incluye un revestimiento de la superficie a base de aluminio, y emplea un gas de protección, caracterizado porque el hilo fusible contiene al menos 3% en peso y a lo sumo 20% en peso de uno o varios elementos gammágenos y el gas de protección está formado por helio y/o por argón a lo que se añade al menos 2% en volumen, a menos 10% en volumen, de nitrógeno u oxígeno.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2011/051016.

Solicitante: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 75, QUAI D'ORSAY 75007 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: BRIAND, FRANCIS, DUBET,OLIVIER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Varillas de soldar, electrodos, materiales o medios... > B23K35/02 (caracterizados por las propiedades mecánicas, p. ej. por la forma)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte... > B23K26/14 (con una corriente de fluido asociada al haz de rayos, p. ej. un chorro de gas; Boquillas para tal fin (B23K 26/12 tiene prioridad))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte... > B23K26/32 (tomando en consideración las propiedades del material involucrado)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Varillas de soldar, electrodos, materiales o medios... > B23K35/30 (en los que el principal constituyente funde a menos de 1.550 ° C)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte... > B23K26/20 (Unión (soldadura sin fusión por energía radiante B23K 1/005; unión de elementos plásticos preformados por calentamiento mediante láser B29C 65/16))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Varillas de soldar, electrodos, materiales o medios... > B23K35/38 (Empleo de medios ambientales específicos, p. ej. atmósferas particulares rodeando la zona de trabajo)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO... > SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO... > Soldadura o corte no cubierto por los grupos B23K... > B23K28/02 (Procedimientos o aparatos combinados para la soldadura y el corte)

PDF original: ES-2550934_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de soldadura híbrida por arco láser de piezas de acero aluminizado con hilo que contiene elementos gammágenos y gas que contienen menos de 10% de nitrógeno u oxígeno La invención se refiere a un procedimiento de soldadura por soldadura híbrida por arco láser de piezas de acero que incluyen un revestimiento de la superficie a base de aluminio, en particular, un revestimiento de aluminio y de silicio, empleando un hilo que contiene uno o varios elementos gammágenos y preferentemente un gas de protección formado por argón y/o por helio añadido con bajas proporciones de nitrógeno u de oxígeno.

Algunos aceros denominados aluminizados ya que revestidos de aluminio o de una aleación a base de aluminio, tales como los aceros de tipo USIBOR, presentan características mecánicas muy elevadas después del embutido en caliente y son, por lo tanto, cada vez más utilizadas en el ámbito de la construcción de vehículos automóviles, cuando se busca una ganancia de peso.

En efecto, estos aceros se conciben para ser tratados térmicamente luego templados durante la operación de embutido en caliente y las características mecánicas que se derivan permiten una reducción muy significativa del peso del vehículo con respecto a un acero de elevado límite de elasticidad estándar. Se utiliza principalmente para fabricar barras de parachoques, refuerzos de puerta, ejes centrales y montantes de ventanilla

El documento EP-A-1878531, en base al preámbulo de la reivindicación 1, propone soldar este tipo de aceros aluminizados por empleo de un procedimiento de soldadura híbrida por arco láser. El principio de la soldadura híbrida por arco láser es muy conocido en el estado de la técnica anterior.

No obstante, se ha observado en la práctica que después de una operación de soldadura híbrida con atmósfera protectora formada por una mezcla He/Ar, de piezas en acero revestidas de aluminio o de una aleación de aluminio, en particular, aleación de tipo Al/Si, y tratamiento térmico post-soldadura que incluye un embutido en caliente a 920°C luego un temple en el útil (30°/s) , una fase menos resistente en tracción que el metal básico y que la zona fundida aparece a menudo en el montaje soldado.

Ahora bien, esta fase menos resistente en tracción constituye una zona frágil de la soldadura así obtenida, tal como se explica a continuación. Estas zonas más frágiles aparecen en el seno de la zona de martensita en forma de islotes de fase blanca que contienen agregados de aluminio procedente de la capa de la superficie.

Tras análisis, se ha determinado que esta fase contiene un porcentaje no desdeñable de aluminio (> 2%) que provoca la no transformación austenítica del acero durante su tratamiento térmico antes del embutido, es decir, esta fase permanece en forma de ferrita Delta y resulta una dureza menor que el resto de la pieza que haya sido sometida a una transformación martensítica/bainítica.

Ahora bien, la fase no transformada en fase martensita puede implicar, en una caracterización mecánica del montaje después de la soldadura, embutido seguido de un tratamiento térmico, fisuras, o incluso una ruptura por cizallamiento del montaje soldado, ya que estas zonas que han incorporado aluminio, presentan una resistencia de la soldadura más baja que la del metal depositado.

El problema que se plantea consiste, por lo tanto, en proponer un procedimiento de soldadura híbrida por arco láser que mejora las propiedades mecánicas de la junta soldada, durante una operación de soldadura de piezas de acero revestidas de una capa que incluye aluminio. Más concretamente, el problema consiste en poder obtener una microestructura homogénea de tipo martensita en zona fundida, es decir, en la junta de soldadura, después de embutido en caliente, típicamente a aproximadamente 920°C, y temple con el útil de embutido, típicamente con una velocidad de enfriamiento de entre 800 y 500°C del orden de 30°C/seg.

La solución de la invención es entonces un procedimiento de soldadura híbrida por arco láser que emplea un arco eléctrico y un haz láser que se combinan uno con el otro en el seno de un único baño de soldadura, en el cual el metal fundido es aportado por fusión de un hilo fusible, siendo el baño de soldadura realizado sobre al menos una pieza de acero que incluye un revestimiento de la superficie a base de aluminio, y que emplea un gas de protección, caracterizado porque el hilo fusible contiene al menos 3% en peso y a lo sumo 20% en peso de uno o varios elementos gammágenos y el gas de protección está formado por helio y/o por argón añadido de al menos un 2% en volumen a menos de 10% en volumen nitrógeno u oxígeno como compuesto (s) adicional (es) .

Según el caso, el procedimiento de la invención puede comprender una o varias de las siguientes características:

- los elementos gammágenos se eligen entre el carbono (C) , el manganeso (Mn) , el níquel (Ni) y el nitrógeno (N) .

- el hilo fusible contiene al menos Mn.

- los elementos gammágenos se pueden proporcionar bajo forma metal o de aleación, por ejemplo una ferroaleación carburada o grafito para el carbono, manganeso electrolítico o una ferroaleación para el

manganeso, níquel elemental, ferrocromo nitrurado para el nitrógeno, en particular para un hilo tubular de tipo metal cored, es decir, de alma metálica.

- el hilo fusible contiene varios elementos gammágenos elegidos entre C, Mn, Ni y N.

- el hilo fusible contiene al menos 5% en peso de uno o varios elementos gammágenos.

- el hilo fusible contiene por otro lado hierro.

- el hilo es un hilo tubular, en particular un hilo tubular de tipo metal cored, es decir, con alma metálica, o un hilo macizo.

- el gas de protección contiene una mezcla de helio y de argón.

- el gas de protección está formado por helio y/o por argón añadido en menos de 9% en volumen de nitrógeno u de oxígeno, preferentemente de nitrógeno ya que la presencia de nitrógeno en el gas permite aportar, en particular, un complemento en elementos gammágenos.

- el gas de protección contiene al menos 4% en volumen de nitrógeno como compuesto adicional.

- el gas de protección contiene al menos un 5% en volumen de nitrógeno como compuesto adicional.

- el gas de protección contiene a lo sumo un 8% en volumen de nitrógeno como compuesto adicional.

- el gas de protección contiene al menos un 5, 5% en volumen de nitrógeno y a lo sumo 7, 5% en volumen de nitrógeno.

- el contenido en nitrógeno en el gas de protección empleado es del orden de 6 a 7% de nitrógeno en el argón o en una mezcla argón/helio.

- el contenido en oxígeno es inferior a 8% en volumen en el argón o en el argón/helio.

- el contenido en oxígeno es del orden de 3 a 5% de oxígeno en el argón o en el argón/helio.

- el gas de protección está formado por helio y/o por argón añadido de 4 a 8% en volumen de nitrógeno.

- la o las piezas de acero incluyen un revestimiento de la superficie a base de aluminio que tiene un espesor comprendido entre 5 y 100 µm, preferentemente inferiores o iguales a 50 µm.

- la o las piezas metálicas son de acero con un revestimiento de la superficie a base de aluminio y de silicio, preferentemente el revestimiento de la superficie contiene más de 70% en peso de aluminio.

- la o las piezas metálicas son de acero al carbono.

- el hilo fusible se funde por el arco eléctrico, preferentemente un arco obtenido por medio de un soplete de soldadura MIG.

- el generador láser que genera el haz láser es de tipo CO2, de fibra o de disco.

- la o las piezas que se deben soldar se eligen entre los flancos empalmados y los tubos.

- se sueldan varias piezas entre sí, en particular dos... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de soldadura híbrida por arco láser que emplea un arco eléctrico y un haz láser que se combina uno con el otro en el seno de un único baño de soldadura, en el cual el metal fundido es aportado por fusión de un hilo fusible, siendo el baño de soldadura realizado sobre al menos una pieza de acero que incluye un revestimiento de la superficie a base de aluminio, y emplea un gas de protección, caracterizado porque el hilo fusible contiene al menos 3% en peso y a lo sumo 20% en peso de uno o varios elementos gammágenos y el gas de protección está formado por helio y/o por argón a lo que se añade al menos 2% en volumen, a menos 10% en volumen, de nitrógeno u oxígeno.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos gammágenos se eligen entre C, Mn, Ni y N.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el gas de protección está formado por helio y/o por argón al que se añade al menos 10% en volumen de nitrógeno.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la o las piezas de acero incluyen un revestimiento de la superficie a base de aluminio que tiene un espesor comprendido entre 5 y 100 µm.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la o las piezas de acero incluyen un revestimiento de la superficie a base de aluminio que tiene un espesor inferior o igual a 50 µm.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la o las piezas metálicas son de acero con un revestimiento de la superficie a base de aluminio y de silicio (Al/Si) .

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la o las piezas metálicas son de acero con un revestimiento de la superficie a base de aluminio y de silicio, conteniendo el revestimiento de la superficie más de 70% en peso de aluminio.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que el hilo fusible es fundido por el arco eléctrico, preferentemente un arco obtenido por medio de un soplete de soldadura MIG.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador láser que genera el haz láser es de tipo CO2, de fibra o de disco.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la o las piezas que se deben soldar se eligen entre los flancos empalmados, y los tubos, o tubos de escapes.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hilo fusible contiene varios elementos gammágenos elegidos entre C, Mn, Ni y N.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hilo fusible contiene al menos 5% en peso de uno o varios elementos gammágenos.

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hilo fusible contiene al menos Mn.

14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hilo fusible contiene por otro lado hierro.