Chapa de soldadura fuerte de aluminio.

Una chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de multi capa que consiste en:

un material de núcleo que tiene, sobre cualquiera de sus lados o sobre ambos lados, una capa intermedia que consiste en una aleación de soldadura fuerte de Al-Si interpuesta entre el núcleo y una capa de cobertura fina sobre la parte superior de la capa intermedia, donde dicho material de núcleo y la capa de cobertura tienen una temperatura de fusión mayor que la aleación de soldadura fuerte de Al-Si, consistiendo la capa de cobertura en

Bi de 0,01 a 1,0 % en peso,

Mg £ 0,05 % en peso, preferentemente £ 0,01 % en peso, más preferentemente 0 %

Mn £ 1,0 % en peso,

Cu £ 1,2 % en peso,

Fe £ 1,0 % en peso,

Si £ 4,0 % en peso, preferentemente £ 2,0 % en peso

Ti £ 0,1 % en peso,

Zn £ 6 % en peso, Sn £ 0,1 % en peso, In £ 0,1 % en peso, e

impurezas inevitables, cada una en cantidades de menos que 0,05 % en peso, y un contenido total de impurezas de menos que 0,2 % en peso,

resto de aluminio.

Chapa de soldadura fuerte de aluminio.

Campo de la invención La presente invención se refiere a una chapa de soldadura fuerte de aluminio multicapa mejorada que comprende un material de núcleo cubierto con una aleación de soldadura fuerte como capa intermedia, y una capa de cobertura externa. La invención también se refiere a un intercambiador de calor que comprende dicha chapa mejorada de soldadura fuerte de aluminio multicapa.

Antecedentes La presente invención se refiere a materiales de chapa para unión, por medio de soldadura fuerte de materiales de aluminio, en una atmósfera inerte o reductora, sin necesidad de aplicar un fundente para romper, disolver o desalojar la capa de óxido superficial.

Un reto actual consiste en la fabricación de materiales y componentes para la industria de intercambio de calor con el menor coste final posible y la calidad más elevada posible. Una tecnología comúnmente usada en la producción de intercambiadores de calor es la soldadura fuerte en atmósfera controlada, que normalmente consiste en nitrógeno con las menores cantidades posibles de impurezas oxidantes. Este proceso se conoce como soldadura fuerte en atmósfera controlada ("CAB") e implica la aplicación de un fundente basado en Al-K-F sobre las superficies objeto de unión antes de la soldadura fuerte. El fundente rompe o disuelve la capa de óxido superficial del metal de relleno para facilitar la humectación entre las superficies de mateado y evita la formación de nuevos óxidos durante la formación de la junta. No obstante, los residuos de fundente posteriores a la soldadura fuerte se consideran cada vez más perjudiciales para el intercambiador de calor ya que pueden desprenderse de las superficies de aluminio sometidas a soldadura fuerte y colapsar los conductos internos, evitando de este modo un uso eficaz del intercambiador de calor. También se sospecha que el uso de un fundente en algunos casos favorece la corrosión y la erosión y conduce a unidades menos eficaces y, en algunos casos extremos, a fallo prematuro de la unidad. Aparte de la función puramente relacionada con los inconvenientes de uso del fundente, el impacto del fundente y la acción del fundente sobre, por ejemplo, el ambiente de trabajo, coste, inversión en cuanto a hardware relativo a la soldadura fuerte y su mantenimiento, energía y ambiente natural, es importante.

Para producir intercambiadores de calor que usan CAB sin aplicación de fundente, es necesario el desarrollo de nuevos materiales que hagan posible la formación de las juntas de soldadura fuerte sin retirar la capa de óxido de las superficies de la aleación de aluminio.

Todas las designaciones de aleaciones y sustancias modificadoras usadas posteriormente se refieren a los Patrones de Designación de la Asociación de Aluminio y a los Datos y Registros tal y como se publica por parte de la Asociación de Aluminio en 2007.

La patente EP 1306207B1 describe una aleación de soldadura fuerte de aluminio apropiada para la soldadura fuerte en un gas inerte sin el uso de un fundente. La presente invención está basada en una chapa de soldadura fuerte de multicapa, donde el material externo es una capa de cobertura que cubre una aleación basada en Si-Al que contiene de un 0, 1 % a un 0, 5 % en peso de Mg y de un 0, 01 a un 0, 5 % en peso de Bi, y un material de núcleo. Durante la etapa de elevación de temperatura de un ciclo de soldadura fuerte, en primer lugar la capa de Al-Si intermedia comienza a fundirse y se expande volumétricamente para romper la capa de cobertura fina, permitiendo que el metal de relleno fundido se infiltre a través de las fisuras y sobre la superficie de la chapa de soldadura fuerte.

En el documento WO 2008/155067A1, se divulga un método similar para soldadura fuerte sin fundente. Este método difiere del anterior por medio del uso de un contenido de Mg en la aleación de soldadura fuerte dentro del intervalo de 0, 01 a 0, 09 % en peso. También, es necesario un contenido reducido de Mg en el material de núcleo (preferentemente menor que 0, 015 % en peso) para el funcionamiento de la presente invención.

Sumario de la invención Los métodos para soldadura fuerte sin fundente disponibles en la técnica anterior tienen una restricción ya que requieren la presencia de Bi en la capa de aleación de soldadura fuerte. En muchas circunstancias, se considera Bi una impureza y, por tanto, puede constituir un problema en la manipulación de fragmentos procedentes del proceso de producción. Existe también el deseo de mejorar el proceso de soldadura fuerte.

El objetivo de la presente invención es proporcionar una chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio que se pueda soldar de manera fuerte en una atmósfera inerte o reductora, sin necesidad de aplicar un fundente, lo que da como resultado juntas de soldadura fuerte mejoradas, y proporciona un fragmento más limpio, es decir, es menos peligroso en cuanto a la manipulación el fragmento.

El objetivo se logra por medio de la chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de multicapa de acuerdo con la reivindicación 1. Las realizaciones se definen por medio de las reivindicaciones adjuntas.

Las demandas de principalmente la industria de automóvil están creciendo, con respecto a la cantidad de fundente residual que se permite en un sistema de intercambio de calor. Es difícil y costoso aplicar cantidades de fundente pequeñas y repetibles sobre áreas localizadas sobre las superficies internas de un intercambiador de calor para formar repetidamente juntas internas de alta calidad y la presente invención proporciona una clara ventaja en ese aspecto de la producción de intercambiadores de calor. Debido a que no está presente ningún fundente sobre las superficies exteriores del intercambiador de calor se evita cualquier dificultad con respecto al despegado del residuo de fundente que pudiera penetrar por ejemplo en el compartimiento del vehículo correspondiente al pasajero.

Existe también una ventaja clara en cuanto a coste deseable en las unidades de intercambio de calor para soldadura fuerte sin el uso de fundente, ya que se elimina no solo el coste del propio fundente, sino también se acorta el tiempo de conducción a través del horno, se permite un menor coste de mano de obra y se libera espacio en la factoría, se disminuye la demanda de mantenimiento del soporte físico de la soldadura fuerte y se reducen las demandas de preparación previa. También, se tienen beneficios importantes con un mejor entorno de trabajo para las personas, menor eliminación de residuos sólidos y agua residual procedentes del sistema de fundente y cantidades menores de efluentes gaseosos nocivos procedentes del proceso de soldadura fuerte.

La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de la presente invención consiste en un núcleo basado en aluminio, cubierto sobre uno o dos lados por una aleación de soldadura fuerte de tipo Al-Si como capa intermedia, donde dicha capa intermedia posteriormente está cubierta por una capa de cobertura externa que consiste en una aleación basada en aluminio carente de Mg con adición de Bi. La temperatura de los líquidos de la aleación de soldadura fuerte de Al-Si intermedia es menor que la temperatura de los sólidos del núcleo y la capa de cobertura fina, lo que hace posible que la capa de soldadura fuerte intermedia rompa la capa de cobertura durante la soldadura fuerte debido a la expansión volumétrica, y posibilita que el metal de relleno fundido se infiltre a través de la capa de cobertura, humecte cualquier contra-superficie y forme una junta.

A continuación se describe la invención en forma de chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de multicapa en la cual tiene lugar la soldadura fuerte en un lado de la chapa. No obstante, se puede usar la invención para crear juntas de soldadura fuerte sobre ambos lados del núcleo, en cuyo caso la chapa de soldadura fuerte estará formada por cinco capas. También se puede cubrir un lado por medio de una capa de aleación de aluminio con un potencial de corrosión menor que el material de núcleo. También, se puede insertar una capa de aleación de aluminio ubicada entre el núcleo y la capa protectora, con el fin de proporcionar un impedimento de difusión para producir la aleación de los elementos del núcleo y la capa protectora y, de este modo, reducir la mezcla entre ellos. En ese caso, la chapa de soldadura fuerte contiene seis o siete capas si se necesita la capa de aleación de difusión sobre uno o ambos lados de la aleación de núcleo.

Descripción detallada de la invención La presente invención proporciona un producto de chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio que comprende: un material de núcleo cubierto por una aleación de Al-Si... [Seguir leyendo]

1. Una chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de multi capa que consiste en: un material de núcleo que tiene, sobre cualquiera de sus lados o sobre ambos lados, una capa intermedia que consiste en una aleación de soldadura fuerte de Al-Si interpuesta entre el núcleo y una capa de cobertura fina sobre la parte superior de la capa intermedia, donde dicho material de núcleo y la capa de cobertura tienen una temperatura de fusión mayor que la aleación de soldadura fuerte de Al-Si, consistiendo la capa de cobertura en

Bi de 0, 01 a 1, 0 % en peso,

Mg â 0, 05 % en peso, preferentemente â 0, 01 % en peso, más preferentemente 0 %

Mn â 1, 0 % en peso,

Cu â 1, 2 % en peso,

Fe â 1, 0 % en peso,

Si â 4, 0 % en peso, preferentemente â 2, 0 % en peso

Ti â 0, 1 % en peso,

Zn â 6 % en peso, Sn â 0, 1 % en peso, In â 0, 1 % en peso, e

impurezas inevitables, cada una en cantidades de menos que 0, 05 % en peso, y un contenido total de impurezas de menos que 0, 2 % en peso, resto de aluminio.

2. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la capa de cobertura contiene Bi en una cantidad de 0, 05 a 0, 7 % en peso.

3. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la capa de cobertura contiene Bi en una cantidad de 0, 07 a 0, 5 % en peso.

4. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que la capa de cobertura fina contiene Si en una cantidad de â 1, 9 % en peso, preferentemente â 1, 65 % en peso, más preferentemente â 1, 4 % en peso y del modo más preferido de â 0, 9 % en peso.

5. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en la que la aleación de soldadura fuerte de Al-Si consiste en Si de 5 a 14 % en peso, preferentemente de 7 a 13 % en peso, más preferentemente de 10-12, 5 % en peso, Mg de 0, 01 a 5 % en peso, preferentemente de 0, 05 a 2, 5 % en peso, más preferentemente de 0, 1 a 2, 0 % en peso, Bi â 1, 5 % en peso, preferentemente de 0, 05 a 0, 5 % en peso, del modo más preferido de 0, 07 a 0, 3 % en peso, Fe â 0, 8 % en peso, Cu â 0, 3 % en peso, Mn â 0, 15 % en peso, Zn â 4 % en peso, Sn â 0, 1 % en peso In â 0, 1 % en peso Sr â 0, 05 % en peso, e impurezas inevitables, cada una en cantidades de menos que 0, 05 % en peso, y un contenido total de impurezas de menos que 0, 2 % en peso, consistiendo el resto en aluminio.

6. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde la aleación de soldadura fuerte de Al-Si no contiene Bi.

7. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en la que el núcleo consiste en Mn 0, 5 -2, 0 % en peso, Cu â 1, 2 % en peso, Fe â 1, 0 % en peso, Si â 1, 0 % en peso, Ti â 0, 2 % en peso, Mg â 2, 5 % en peso, preferentemente 0, 03-2, 0 % en peso Zr, Cr, V y/o Sc en total â 0, 2 % en peso, e impurezas inevitables, cada una en cantidades de menos que 0, 05 % en peso, y un contenido total de impurezas de menos que 0, 2 % en peso, consistiendo el resto en aluminio.

8. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en la que la capa intermedia y la capa de cobertura están presentes en ambos lados del núcleo.

9. La chapa de soldadura fuerte de aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, donde la capa 10 de cobertura tiene un espesor entre 0, 4 y 160 μm.

10. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, donde el espesor total de la chapa de soldadura fuerte de aluminio está entre 0, 04 y 4 mm.

11. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, donde el espesor de la capa de cobertura fina con respecto a la capa intermedia está entre 1 % y 40 %, más 15 preferentemente entre 1 y 30 %, del modo más preferido entre 10 y 30 %.

12. La chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, donde el espesor de la capa intermedia con respecto al espesor de la chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio es de 3 a 30 %.

13. Un intercambiador de calor que comprende la chapa de soldadura fuerte de aleación de aluminio de acuerdo 20 con cualquiera de las reivindicaciones 1-12.