METAL DE APORTACIÓN PARA SOLDADURA FUERTE A BASE DE HIERRO-CROMO.

Polvo de metal de aportación para soldadura fuerte a base de hierro-cromo adecuado para la soldadura fuerte de material

a base de acero inoxidable que comprende:

entre el 11 y el 35% en peso de cromo,

entre el 0 y el 30% en peso de níquel,

entre el 2 y el 20% en peso de cobre,

entre el 2 y el 6% en peso de silicio,

entre el 4 y el 8% en peso de fósforo,

entre el 0 y el 10% en peso de manganeso,

siendo el resto al menos el 20% en peso de hierro y elementos traza en cantidades inferiores al 1% en peso como impurezas inevitables.

Metal de aportación para soldadura fuerte a base de hierro-cromo Sumario de la invención Esta invención se refiere a un metal de aportación para soldadura fuerte con un excelente comportamiento de humectación en material a base de acero inoxidable. El metal de aportación para soldadura fuerte produce una unión por soldadura fuerte con alta solidez y una buena resistencia a la corrosión.

El metal de aportación para soldadura fuerte puede proporcionarse en forma de polvo y la formación para dar el polvo del metal de aportación para soldadura fuerte puede llevarse a cabo usando métodos conocidos en la técnica. Por ejemplo, pueden prepararse polvos que tienen la composición definida en las reivindicaciones fundiendo una aleación homogénea y convirtiéndola en un polvo mediante un proceso de atomización. El tamaño medio de partícula del polvo puede oscilar entre 10 -150 μm, normalmente entre 10 -100 μm.

El polvo de metal de aportación para soldadura fuerte según la invención es una aleación que contiene entre el 11% en peso y el 35% en peso de cromo, entre el 2% en peso y el 20% en peso de cobre, entre el 0% en peso y el 30% en peso de níquel y entre el 2% en peso y el 6% en peso de silicio, entre el 4% en peso y el 8% en peso de fósforo y al menos el 20% en peso de hierro. El metal de aportación para soldadura fuerte también puede contener manganeso hasta el 10% en peso. El metal de aportación para soldadura fuerte es adecuado para la producción de convertidores catalíticos e intercambiadores de calor.

Campo de la invención Esta invención se refiere a un metal de aportación para soldadura fuerte a base de hierro-cromo adecuado para la soldadura fuerte de acero inoxidable y otros materiales en los que se requiere resistencia a la corrosión y alta solidez. Ejemplos típicos de aplicaciones son intercambiadores de calor y convertidores catalíticos.

Antecedentes de la invención La soldadura fuerte es un proceso para unir piezas metálicas con la ayuda de metal de aportación para soldadura fuerte y calentamiento. La temperatura de fusión del metal de aportación para soldadura fuerte debe ser inferior a la temperatura de fusión del material de base pero superior a 450º C. Si el metal de aportación para soldadura fuerte tiene una temperatura de soldadura fuerte inferior a 450º C el proceso de unión se denomina soldadura. Los metales de aportación para soldadura fuerte usados más comúnmente para la soldadura fuerte de aceros inoxidables son a base de cobre o níquel. Se prefieren los metales de aportación para soldadura fuerte a base de cobre cuando se consideran las ventajas de coste, mientras que se necesitan los metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel en aplicaciones de alta corrosión y alta solidez. Los metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel con alto contenido en cromo se usan por su alta resistencia a la corrosión en aplicaciones expuestas a entornos corrosivos. Los metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel también pueden usarse en aplicaciones de alta temperatura de servicio y/o cuando se requiere alta solidez en la aplicación. Una aplicación típica expuesta tanto a un entorno corrosivo como a una alta temperatura de servicio es el refrigerador de recirculación de gases de escape (EGR) en motores diésel de automoción. Los metales de aportación para soldadura fuerte para estas aplicaciones deben tener determinadas propiedades para ser adecuados para su uso tal como; resistencia a la corrosión, resistencia a la oxidación a alta temperatura, buena humectación del material de base, sin provocar la fragilización del material de base durante la soldadura fuerte.

Técnica relacionada Hay varios tipos diferentes de metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel enumerados en la norma de la American Welding Society (ANSI/AWS A 5.8) . Muchos de estos metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel se usan para la soldadura fuerte de intercambiadores de calor. BNi-2 con la composición Ni-7Cr-3B-4, 5Si-3Fe se usa para producir uniones de alta solidez en aplicaciones a alta temperatura. Sin embargo, la presencia de boro es una desventaja puesto que puede provocar la fragilización del material de base cuando el boro difunde al interior del material de base. Otro metal de aportación para soldadura fuerte a base de níquel que contiene boro tiene la misma desventaja.

Para superar la desventaja del boro, se desarrollaron otros metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel. BNi-5 (Ni-19Cr-10Si) tiene una alta resistencia a la corrosión debido al alto contenido en cromo. La temperatura de soldadura fuerte para esta aleación es bastante alta (1150-1200º C) . Otros metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel libres de boro son BNi-6 (Ni-10P) y BNi7 (Ni-14Cr-10P) . La temperatura de soldadura fuerte para estos metales de aportación para soldadura fuerte es inferior debido al alto contenido en fósforo; el 10% en peso. El alto contenido en fósforo (10% en peso) puede formar una unión por soldadura fuerte sin la solidez requerida debido al riesgo de que se forme fósforo que contiene fases frágiles.

Otro metal de aportación para soldadura fuerte a base de níquel se describe en las patentes US6696017 y US6203754. Este metal de aportación para soldadura fuerte tiene la composición Ni-29Cr-6P-4Si y combina una alta solidez y una alta resistencia a la corrosión con una temperatura de soldadura fuerte bastante baja (1050-1100º C) . Este metal de aportación para soldadura fuerte se desarrolló especialmente para la nueva generación de refrigeradores de EGR usados en un entorno altamente corrosivo.

La desventaja con todos los metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel es el alto contenido en níquel caro. El contenido en níquel es de al menos el 60%, pero normalmente superior. El alto contenido en níquel en estos metales de aportación para soldadura fuerte hace que los metales de aportación para soldadura fuerte y la producción de intercambiadores de calor y convertidores catalíticos sean costosos.

Para superar la desventaja con los costosos metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel se ha estudiado la posibilidad de usar metales de aportación para soldadura fuerte a base de hierro. Hay dos metales de aportación para soldadura fuerte a base de hierro en el mercado. AlfaNova, descrito en la solicitud PCT WO02098600, tiene una composición próxima al acero inoxidable con adición de silicio, fósforo y boro para reducir el punto de fusión del metal de aportación para soldadura fuerte. La temperatura de soldadura fuerte para esta aleación es de 1190º C.

Otro metal de aportación para soldadura fuerte a base de hierro, AMDRY805, descrito en la solicitud estadounidense US20080006676 A1, tiene la composición Fe-29Cr-18Ni-7Si-6P. Esta aleación está libre de boro para superar la desventaja asociada con el boro. La temperatura de soldadura fuerte para esta aleación es de 1176º C.

La mayor temperatura práctica compatible con un crecimiento de grano limitado es de 1095º C, según el manual de especialidad de la ASM Stainless Steel, 1994, página 291. Por tanto se prefiere una temperatura de soldadura fuerte baja para evitar los problemas asociados con el crecimiento de grano, tal como ductilidad y dureza empeoradas, en el material de base.

Descripción detallada de la invención Esta invención se refiere a un metal de aportación para soldadura fuerte a base de hierro-cromo con una excelente humectación en acero inoxidable. El metal de aportación para soldadura fuerte produce uniones de soldadura fuerte de alta solidez con una buena resistencia a la corrosión y tiene un coste significativamente menor en comparación con los metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel. Este metal de aportación para soldadura fuerte es adecuado para la soldadura fuerte de diferentes tipos de intercambiadores de calor y convertidores catalíticos a un coste significativamente menor que los metales de aportación para soldadura fuerte a base de níquel convencionales.

El uso típico para este metal de aportación para soldadura fuerte son aplicaciones a alta temperatura que funcionan en entornos corrosivos. Estas aplicaciones pueden ser diferentes tipos de intercambiadores de calor (de placas o tubulares) que se usan en aplicaciones de automoción, por ejemplo recirculación de gases de escape. Los convertidores catalíticos de diferentes tipos también son posibles aplicaciones.

La composición del metal de... [Seguir leyendo]

1. Polvo de metal de aportación para soldadura fuerte a base de hierro-cromo adecuado para la soldadura fuerte de material a base de acero inoxidable que comprende: entre el 11 y el 35% en peso de cromo, entre el 0 y el 30% en peso de níquel, entre el 2 y el 20% en peso de cobre, entre el 2 y el 6% en peso de silicio, entre el 4 y el 8% en peso de fósforo,

entre el 0 y el 10% en peso de manganeso, siendo el resto al menos el 20% en peso de hierro y elementos traza en cantidades inferiores al 1% en peso como impurezas inevitables.

2. Polvo de metal de aportación para soldadura fuerte según la reivindicación 1, en el que el contenido en níquel es de entre el 10 y el 20% en peso.

3. Polvo de metal de aportación para soldadura fuerte según la reivindicación 1 ó 2, en el que el contenido en cobre es de entre el 5 y el 15% en peso.

4. Polvo de metal de aportación para soldadura fuerte según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el contenido en manganeso es inferior al 7% en peso.

5. Polvo de metal de aportación para soldadura fuerte según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el contenido en cromo es de entre el 20 y el 30% en peso.

6. Polvo de metal de aportación para soldadura fuerte según cualquier reivindicación anterior, en el que el polvo de metal de aportación para soldadura fuerte a base de hierro tiene un tamaño medio de partícula de 10-100 μm.

7. Polvo de metal de aportación para soldadura fuerte según cualquier reivindicación anterior, en el que el metal de aportación para soldadura fuerte a base de hierro se convierte en una pasta, cinta adhesiva, lámina u otras formas mediante métodos convencionales.

8. Uso de un polvo de metal de aportación para soldadura fuerte según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 para la soldadura fuerte en horno.

9. Uso de un polvo de metal de aportación para soldadura fuerte según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 para la soldadura fuerte de intercambiadores de calor y convertidores catalíticos.

10. Fabricación de productos de soldadura fuerte mediante la soldadura fuerte de materiales de base a base de hierro caracterizada porque los materiales a base de hierro se unen mediante un polvo de metal de aportación para soldadura fuerte a base de hierro-cromo según cualquiera de las reivindicaciones 1-7.