PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE UNA BANDA O CHAPA DE ALEACIÓN DE ALUMINIO PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR.

Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor de una aleación de aluminio resistente al calor,

en el que la aleación de aluminio presenta las proporciones siguientes de componentes de la aleación en % en peso: 0,3 % ≤ Si ≤ 1 %, Fe ≤ 0,5 %, 0,3 % ≤ Cu ≤ 0,7 %, 1,1 % ≤ Mn ≤ 1,8%, 0,15% ≤ Mg ≤ 0,6 %, 0,01 % ≤ Cr ≤ 0,3%, Zu ≤ 0,10%, Ti ≤ 0,3 %, representando las impurezas no evitables individualmente un máximo de un 0,1 %, en conjunto un máximo del 0,15 %, y siendo el resto aluminio, caracterizado porque se funde un lingote para laminar en un procedimiento de colada en continuo, se precalienta el lingote para laminar a de 400 a 500 °C y el lingote se lamina obteniéndose una banda caliente, siendo la temperatura de la banda caliente de 250 a 380 °C y el espesor de la banda caliente al final del laminado en caliente de 3 a 10 mm, y la banda caliente se lamina en frío para dar el espesor final.

La invención se refiere a un procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor.

En el sector del automóvil existe un uso creciente de intercambiadores de calor compuestos por aluminio o aleaciones de aluminio. A este respecto, el uso de aluminio en lugar de los metales no ferrosos que se usaban anteriormente de forma común en intercambiadores de calor reduce el peso del intercambiador a aproximadamente la mitad para un mismo tamaño y potencia. Los intercambiadores de aluminio o de una aleación de aluminio se usan actualmente en vehículos de motor sobre todo para enfriar el agua de refrigeración, el aceite, como refrigeradores del aire de admisión y en acondicionadores de aire. Los intercambiadores de calor para vehículos a motor se fabrican habitualmente a partir de bandas o chapas de aluminio, uniéndose entre sí los componentes del intercambiador de calor prefabricados por separado, tales como láminas, tubos y distribuidores, mediante soldadura. Los esfuerzos que actúan en el uso práctico sobre los componentes fabricados de este modo, instalados en el vehículo a motor y debidos a vibraciones producidas por choques, vibraciones de larga duración, corrosión, altas presiones de operación, altas temperaturas de operación e intercambios de temperatura, son considerables. A pesar de los esfuerzos considerables y de las presiones de operación crecientes de los intercambiadores de calor de vehículos a motor se tiende, no obstante, a reducir el peso del vehículo y, con ello, a reducir de manera adicional los espesores de pared de los intercambiadores de calor. Además, debido a la legislación cada vez más rigurosa de la Unión Europea y de Estados Unidos con respecto a los gases de escape, se producen temperaturas de operación adicionalmente superiores, por ejemplo del refrigerador del aire de admisión, de tal modo que las exigencias sobre la termoestabilidad de la aleación de aluminio después de la soldadura aumentan todavía más. Con las aleaciones de aluminio usadas hasta la fecha para intercambiadores de calor podían alcanzarse valores con relación al límite elástico determinante de la resistencia mecánica Rp0,2 sólo inferiores a 65 Mpa, a altas temperaturas de aproximadamente 250 ºC claramente inferiores a 65 Mpa, después de la soldadura. Estos valores del límite elástico, debido a la reducción adicional de las paredes, no cumplen ya con las exigencias futuras en intercambiadores de calor. Para aumentar la termoestabilidad de aleaciones de aluminio, es conocida la adición a la aleación de aluminio, por ejemplo, de los elementos Ni, Zr o de tierras raras en cantidades más o menos altas. Estos componentes de aleación no se incluyen habitualmente en aleaciones de aluminio y muestran efectos perjudiciales en otros casos de aplicación distintos al de los intercambiadores unidos por soldadura. En este sentido, la adición a la aleación de los componentes de aleación mencionados anteriormente representa un problema grave con respecto a la capacidad de reciclado de la aleación de aluminio también con relación a la normativa europea de coches usados. Los procedimientos que se usan más frecuentemente para fabricar intercambiadores de calor son, por una parte, soldadura al vacío sin fundente y, por otra parte, soldadura con gas de protección con fundente no corrosivo. Las aleaciones de aluminio que pueden endurecerse en frío usadas hasta la fecha para la soldadura al vacío de intercambiadores de calor, por ejemplo, las aleaciones de aluminio AA6063 (AlMgO, 7Si), AA6061 (AlMg1SiCu) o AA6951 (AIMgO, 6SiCu) presentan un contenido de magnesio relativamente alto y, generalmente, se sueldan con soldaduras con alto contenido de magnesio, tales como, por ejemplo, AA4004, para, por una parte, evitar una oxidación de la soldadura de aluminio fundida sobre el componente que se va unir por soldadura en el proceso de soldado por “absorción de gases" y, con ello, garantizar una unión por soldadura perfecta sin fundente y, por otra parte, para lograr en el envejecimiento natural después de la soldadura unos valores altos de resistencia mecánica del intercambiador unido por soldadura. Ahora bien, la desventaja de la soldadura al vacío es que el mantenimiento del vacío y los requerimientos de pureza en los componentes que se van a unir por soldadura presentan unos costes extremadamente altos. La soldadura con gas de protección alternativa precisa, concretamente respecto a estos puntos de vista, menos costes, debido a que la soldadura tiene lugar en una atmósfera de protección de un gas de protección inerte, por ejemplo, nitrógeno. Además, la soldadura en gas de protección posibilita ciclos de soldadura hasta un 20 % más cortos; no obstante el uso de aleaciones de aluminio conocidas de la soldadura al vacío con alto contenido de magnesio no es posible, debido a que el magnesio reacciona durante la soldadura con los fundentes no corrosivos. El procesamiento puede ampliarse usando fundentes que contienen cesio, más caros, hasta contenidos en Mg más altos. La soldadura en gas de protección, también denominada soldadura CAB es el procedimiento más importante para fabricar intercambiadores de calor para la industria del automóvil. También se dispone de la soldadura en baño de sal, en el que los componentes se precalientan y, a continuación, se sumergen en un baño de sal. El baño de sal es simultáneamente fundente y medio de transporte para el calor. El baño líquido reacciona con la película de óxido y posibilita la reacción de humedecimiento de la soldadura protegida con el fundente. Después de un tiempo de espera a la temperatura de soldadura, el intercambiador de calor se retira del baño de sal, debiendo garantizarse la descarga de la sal líquida. Debido a que los fundentes, en el caso de la soldadura en baño de sal, generalmente son higroscópicos y contienen cloruro, deben limpiarse todos los intercambiadores de calor después de la soldadura en baño de sal usando un procedimiento de varias etapas, para evitar problemas de corrosión. Para evitar la fusión de la aleación de núcleo de aluminio de los elementos del intercambiador que se van unir por soldadura mediante uno de los tres procedimientos de soldadura descritos, debe presentar la aleación de aluminio, además, una temperatura de solidus de al menos 620 ºC.

Las chapas de aleación de aluminio para intercambiadores de calor o para ambientes muy corrosivos y sus procedimientos de producción se conocen de los documentos JP 07286250, JP 02129333, JP 04263033 y EP 0718072 A1.

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Partiendo de esto, la presente invención se basa en el objetivo de proporcionar un procedimiento para la producción de una banda o chapa de aleación de aluminio que presente una capacidad de reciclado buena, una temperatura de solidus de al menos 620 ºC y, simultáneamente, una termoestabilidad mejorada después de la soldadura.

El objetivo anterior se logra mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. La aleación de aluminio usada presenta los componentes de aleación siguientes en % en peso:

0, 3 % ≤ Si ≤ 1 %,

Fe ≤ 0,5 %,

0,3 % ≤ Cu ≤ 0,7 %,

1,1 % Mn ≤ 1,8%,

0,15% ≤ Mg ≤ 0,6 %,

0,01 % ≤ Cr ≤ 0,3%,

Zu ≤ 0,1 %,

Ti ≤ 0,3 %,

los elementos restantes no evitables representan individualmente como máximo el 0,1 %, un máximo en total del 0,15 % y el resto es aluminio.

La aleación de aluminio no sólo se caracteriza por presentar una temperatura de solidus superior a 620 ºC, también posee una termoestabilidad particularmente alta después de la soldadura. Con la aleación de aluminio pueden fabricarse elementos del intercambiador de calor, por ejemplo tubos, cuyo límite de elasticidad Rp0,2 después de unir por soldadura el intercambiador de calor, tanto a temperatura ambiente como también a una temperatura de ensayo de 250 ºC es superior a 65 MPa. En comparación con las aleaciones de aluminio habituales, en particular con una aleación AA3005, los elementos del intercambiador de calor fabricados con la aleación de aluminio presentan, con ello, una termoestabilidad un 20 % superior, también en particular a temperaturas de hasta 265 ºC. La termoestabilidad obtenible se debe a que con la aleación de aluminio se logra una densidad de fase secundaria alta mediante combinación con un contenido aumentado en Si, Mn y Cr. Además, la aleación de aluminio tiene un potencial de corrosión positivo de -750 mV.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor de una aleación de aluminio resistente al calor, en el que la aleación de aluminio presenta las proporciones siguientes de componentes de la aleación en % en peso:

0,3 % ≤ Si ≤ 1 %,

Fe ≤ 0,5 %,

0,3 % ≤ Cu ≤ 0,7 %,

1,1 % ≤ Mn ≤ 1,8%,

0,15% ≤ Mg ≤ 0,6 %,

0,01 % ≤ Cr ≤ 0,3%,

Zu ≤ 0,10%,

Ti ≤ 0,3 %,

representando las impurezas no evitables individualmente un máximo de un 0,1 %, en conjunto un máximo del 0,15

%, y siendo el resto aluminio, caracterizado porque se funde un lingote para laminar en un procedimiento de colada en continuo, se precalienta el lingote para laminar a de 400 a 500 °C y el lingote se lamina obteniéndose una banda caliente, siendo la temperatura de la banda caliente de 250 a 380 °C y el espesor de la banda caliente al final del laminado en caliente de 3 a 10 mm, y la banda caliente se lamina en frío para dar el espesor final.

2. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor según la reivindicación 1, caracterizado porque la aleación de aluminio presenta las proporciones siguientes de componentes de la aleación en % en peso:

0,15 % ≤ Mg ≤ 0,3 % Zn ≤ 0,05 % 0,01 % ≤ Ti ≤ 0,3 %.

3. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor según una de las reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la aleación de aluminio presenta las proporciones siguientes de componentes de la aleación en % en peso:

0,5 % ≤ Si ≤ 0,8 %, Fe ≤ 0,35 %, 1,1 % ≤ Mn ≤ 1,5 %.

4. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el lingote para laminar se homogeneiza antes del precalentamiento.

5. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la banda caliente se somete a un recocido intermedio a una temperatura de 300 a 450 ºC.

6. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la banda de aluminio, durante el laminado en frío, se somete a un recocido intermedio a una temperatura de 300 a 450 ºC antes de alcanzar el espesor final.

7. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, después del laminado en frío, se realiza un recocido de estabilización a 250 a 400 ºC obteniéndose el estado final.

8. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque, antes del precalentamiento, el lingote para laminar se provee en uno o dos lados de placas de otra aleación.

9. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor según la reivindicación 8, caracterizado porque las placas constan de una aleación para soldadura y como aleación para

soldadura se usa una soldadura de aluminio, en especial una soldadura de aluminio con del 6 al 13 % en peso de Si, preferentemente una aleación AlSi7,5 o AlSi10.

10. Procedimiento para fabricar una banda o chapa de aluminio para intercambiadores de calor según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la banda caliente se lamina en frío para dar un espesor final de 0,1 a 2,0 mm.