MXPA02008389A - Productos de chapa para soldadura y procedimiento para la manufactura de un ensamble utilizando el producto de chapa pra soldadura. - Google Patents
Productos de chapa para soldadura y procedimiento para la manufactura de un ensamble utilizando el producto de chapa pra soldadura.Info
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Abstract
La invencion se refiere a un producto de chapa para soldadura teniendo una chapa 1 de nucleo hecha de una aleacion de aluminio teniendo una o ambas de las superficies de la chapa de nucleo mencionada revestida de una capa 2 de revestimiento de aluminio, y una capa 3 comprendiendo niquel en la superficie externa de una capa o ambas capas 2 de revestimiento de aluminio mencionada o mencionadas, caracterizada porque existe una capa 4 comprendiendo zinc o estano como capa de adhesion entre la superficie externa mencionada de la capa o-las capas 2 de revestimiento de aluminio mencionada o mencionadas y la capa 3 mencionada comprendiendo niquel y siendo que la capa de aleacion de revestimiento de aluminio comprende, por porcentaje de peso: si 2 a 18 Mg hasta 8.0 Zn hasta 5.0 Cu hasta 5.0 Mn hasta 0.30 In hasta 0.30 Fe hasta 0.8 Sr hasta 0.20 por lo menos un elemento seleccionado del grupo consistiendo de: Bi 0.01 hasta 1.0 Pb 0.01 hasta 1.0 Li 0.01 hasta 1.0 Sb 0.01 hasta 1.0 Mg 0.2 hasta 2.0 otras impurezas cada una hasta 0.05, total hasta 0.20 resto aluminio.
Description
PRODUCTO DE CHAPA PARA SOLDADURA Y PROCEDIMIENTO PARA LA MANUFACTURA DE UN ENSAMBLE UTILIZANDO EL PRODUCTO DE CHAPA
PARA SOLDADURA
ALCANCE DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un producto de chapa para soldadura en el cual una capa comprendiendo una capa de niquel es aplicada sobre una superficie de una capa revestida fabricada de una aleación de Al-Si conteniendo Si en el rango de 2 a 18 % de peso. La presente invención se refiere también a un ensamble soldado comprendiendo por lo menos un componente hecho del producto de chapa para soldadura y a un procedimiento para fabricar un ensamble de componentes soldados. DESCRIPCIÓN DEL ESTADO DE LA TÉCNICA Para los fines de esta invención, por chapa para soldadura debe entenderse una chapa de núcleo, por ejemplo aluminio o una aleación de aluminio, teniendo por lo menos de un lado una aleación de aluminio soldable. Típicas aleaciones de aluminio soldables ventajosas como semejante capa revestida son aleaciones de la serie 4xxx de Aluminium Association (Las fases orgánicas unificadas se secaron sobre sulfuro sódico y el solvente se evaporó al vacio.), teniendo típicamente Si en el rango de 2 a 18% del peso. Aleaciones de aluminio soldables pueden combinarse con el aleado del núcleo de varias maneras conocidas en el estado
de la técnica, por ejemplo mediante adherido por rolado, revestimiento, o fundición semicontinua o continua. Soldadura en atmósfera controlada (CAB) y soldadura al vació (VB) son los dos procesos principales en uso para la soldadura de aluminio a escala industrial. Soldadura al vacio industrial ha estado utilizándose desde los años 1950, mientras CAB se volvió popular a principio de los 1980 después de la introducción del fundente Nocolok (marca comercial) . Soldadura al vacio es esencialmente un procedimiento discontinuo y tiene exigencias elevadas sobre la limpieza del material. La ruptura de la capa de óxido presente se causa principalmente por la evaporación de magnesio de la aleación revestida. Siempre está presente más magnesio de lo necesario en la aleación revestida. El magnesio en exceso condensa en los puntos frios en el horno y deber removerse frecuentemente. La inversión de capital para un equipo adecuado es relativamente alta. CAB requiere de un paso de procedimiento adicional previo a la soldadura en comparación con VB, ya que un fundente de soldadura debe aplicarse previamente a la soldadura. CAB es esencialmente un procedimiento continuo en el cual, si se usa el fundente de soldadura apropiado, se pueden fabricar volúmenes altos de ensambles soldadas. El fundente de soldadura disuelve la capa de óxido a una temperatura de soldadura, lo que permite un
flujo apropiado de la aleación revestida. Cuando se usa el fundente Nocolox, la superficie necesita ser limpiada a fondo previo a la aplicación del fundente. Para obtener buenos resultados de soldadura, el fundente de soldadura debe aplicarse sobre la superficie completa del ensamble soldado. Esto puede causar dificultades con ciertos tipos de ensambles debido a su diseño. Por ejemplo, debido a que intercambiadores de calor del tipo de evaporadores tienen una superficie interna grande, problemas pueden surgir debido al dificil acceso al interior. Para obtener buenos resultados de soldadura, el fundente debe adherirse a la superficie de aluminio antes de la soldadura. Desafortunadamente, el fundente de soldadura puede caerse fácilmente después de secarse debido a pequeñas vibraciones mecánicas. Durante el ciclo de soldadura se generan humos corrosivos tales como HF. Esto implica exigencias elevadas a la resistencia de corrosión de los materiales aplicados para el horno. Da manera ideal deberla haber un material que se puede usar para CAB, pero que no tiene los requerimientos y defectos de la aplicación del fundente de soldadura. Tal material puede suministrarse al fabricante de ensambles soldados y es listo para usarse directamente después del formado de las partes de ensamble. No se requiere la ejecución de operaciones de fundente adicional.
Actualmente, solamente se usa un procedimiento para soldadura sin fundente a escala industrial. El material para este procedimiento puede ser, por ejemplo, una chapa para soldadura estándar fabricada con un núcleo de aleación de la serie AA3xxx y revestimiento en ambos lados con el revestimiento de una aleación de la serie AA4xxx. Antes de usar la chapa para soldadura, la superficie debe modificarse de manera tal, que la capa de óxido que ocurre naturalmente no interfiere durante el ciclo de soldadura. El procedimiento para lograr una buena soldadura es depositar una cantidad especifica de niquel sobre la superficie de la aleación revestida. Si adecuadamente aplicado, el niquel reacciona con el aluminio abajo. El níquel puede aplicarse usando un calce de níquel entre dos partes por ser unidos o se puede depositar mediante galvanizado. Cuando se usa galvanizado, la adhesión del níquel debería ser suficiente para resistir las operaciones típicas de formado, por ejemplo, en la fabricación de un intercambiador de calor. Los procedimientos para galvanizado de chapas para soldadura de aluminio son conocidos de cada uno de US-A-3,970,237, US-A-4, 028, 200, US-A-4 , 164, 454 Y SAE-paper No. 880446 de B.E. Cheadle y K.F. Dockus . De conformidad con cada uno de estos documentos, níquel se deposita preferentemente en combinación con plomo. De manera
alterna, cobalto o combinaciones de este, también hierro pueden usarse. La adición de plomo se usa para fomentar la capacidad humectante de la aleación revestida durante el ciclo de soldadura. Una característica -importante de este procedimiento de galvanizado es que el níquel se deposita preferentemente sobre las partículas de silicona de la aleación revestida. Para obtener suficiente níquel para la soldadura sobre la superficie, la aleación revestida debería contener una cantidad relativamente grande de partículas de silicona que sirven de núcleos para el depósito del níquel. Se piensa que, para obtener suficientes puntos para formar núcleos, antes del galvanizado una parte del aluminio en el cual las partículas de silicona se encuentran incluidas debería retirarse mediante tratamiento previo químico y/o mecánico. Se piensa que esto es una condición necesaria para obtener suficiente cobertura de níquel que puede servir de núcleos para la acción humectante de la soldadura o de la aleación de revestimiento. A una escala microscópica, la superficie del revestimiento conteniendo Si de la chapa para soldadura está cubierta con glóbulos de níquel. Algunas otras manifestaciones acerca del galvanizado con níquel del estado de la técnica previo serán mencionado más adelante. Libro de texto general por Wernick y Pinner, "The
Surface Treatment and Finishing of Aluminium and its Alloys", 5a edición, volumen 2, pp. 1023-1071. Este libro de texto describe de forma general procedimientos de sumersión para el galvanizado de aluminio. Escrito por the Bureau of Mines Technology,
"Aluminium Soft-Soldering", 2301 N.T.I.S. Tech Notes (manufacturing), 1985, Enero, No.lG, Springfield, VA, EE.UU., pp . 12-13. Este escrito describe un procedimiento para la fabricación de aluminio para soldadura en blando, donde las superficies de aluminio se unen mediante soldadura convencional de estaño-plomo. El procedimiento incluye primeramente la limpieza cuidadosa de la superficie de aluminio previo a la aplicación del zinc. En segundo lugar se deposita una capa delgada de zinc y en seguida se galvaniza con una aleación de níquel-cobre. Después de haber terminado el galvanizado con níquel-cobre, soldadura usando procedimientos normales puede aplicarse con éxito. FR-A-2, 617, 868 describe un método para la fabricación de un producto de aluminio con una cubierta superficial soldable de una aleación de estaño o estaño-bismuto, siendo que el producto está previsto de una capa intermedia. Esta capa intermedia está compuesta de una primera capa de zinc y una segunda capa de níquel, siendo que el níquel se ha depositado mediante electrólisis de una electrolito neutro. Aquí el aluminio abajo o la aleación de
aluminio no se funde en el procedimiento de soldadura. LA INVENCION Es un objetivo de la presente invención ofrecer un producto de chapa para soldadura comprendiendo una chapa de núcleo y material de relleno para que sea fundido durante la soldadura, siendo que el material de relleno mencionado comprende una capa de revestimiento de una aleación de Al-Si y una capa de níquel sobre la capa de revestimiento en la cual existe buena adhesión de la capa de níquel respecto a la capa de revestimiento. Es un objetivo de la presente invención ofrecer un producto de chapa para soldadura que se puede usar en un procedimiento de soldadura al vacío así como en un procedimiento de soldadura de atmósfera controlada en la ausencia de un fundente de soldadura, pero idóneamente adecuado para un procedimiento CAB en la ausencia de fundente de soldadura. Es otro objetivo de la presente invención ofrecer un método para la fabricación de un ensamble de componentes soldados utilizando el producto de chapa para soldadura de esta invención. De conformidad con la presente invención en un aspecto, se ofrece un producto de chapa para soldadura teniendo una chapa 1 de núcleo fabricado de una aleación de aluminio, teniendo por lo menos una de las superficies de
la chapa de núcleo mencionada revestida con una capa 2 de revestimiento de aluminio, y una capa 3 teniendo níquel en la superficie externa de por lo menos una de la capa o las capas 2 de revestimiento de aluminio mencionadas, y siendo que existe una capa 4 comprendiendo zi.nc o estaño como capa de adhesión entre la superficie externa mencionada de la capa o las capas de revestimiento de aluminio mencionadas, y la capa 3 mencionada comprendiendo níquel y además siendo que la aleación de revestimiento de aluminio comprendiendo, en porcentaje de peso: Si 2 a 18 Mg hasta 8.0 Zn hasta 5.0 Cu hasta 5.0 Mn hasta 0.30 In hasta 0.30 Fe hasta 0.8 Sr hasta 0.20 por lo menos un elemento seleccionado del grupo consistiendo de: Bi 0.01 hasta 1.0 Pb 0.01 hasta 1.0 Li 0.01 hasta 1.0 Sb 0.01 hasta 1.0 Mg 0.2 hasta 2.0
otras impurezas cada una hasta 0.05, total hasta 0.20 resto aluminio. Mediante la capa de adhesión comprendiendo zinc o estaño se forma una adhesión muy efectiva entre la capa de revestimiento de aleación de aluminio y la capa comprendiendo níquel, siendo que la adhesión permanece efectiva durante la deformación subsecuente de la chapa para soldadura, por ejemplo doblándola. La cubierta de la capa de níquel ya no depende de las características de superficie de la pura capa de revestimiento. El producto de chapa para soldadura es adecuado para soldadura sin fundente bajo condiciones de atmósfera controlada. La presente invención se basa parcialmente en la comprensión de que el tratamiento previo de la capa de revestimiento es importante en extremo para obtener una capa de níquel bien adherida en la capa de revestimiento de aluminio conteniendo Si del producto de chapa para soldadura de manera tal que la adhesión mantiene su efectividad bajo deformaciones grandes. Siendo que los procedimientos del estado de la técnica previo tienen como meta aparentemente la aplicación de níquel en forma distribuida, principalmente respecto a las partículas de silicona en la superficie de la capa de revestimiento, más bien que a lograr una capa de níquel uniforme. El la
presente invención, la superficie de la aleación de revestimiento conteniendo Si se modifica de forma tal que la cubierta de níquel es independiente de las partículas de silicona en su superficie. El galvanizado con níquel no tiene lugar sobre las partículas de silicona sino sobre la capa de adhesión aplicado comprendiendo zinc o estaño. Debido a que el níquel de esta forma se deposita sobre la superficie total de la capa de revestimiento de aluminio, la reacción necesaria antes de que puede efectuarse la soldadura puede tener lugar de manera mucho más fácil en comparación con el procedimiento de conformidad con el estado de la técnica previo. El zinc o estaño aplicado no interfiere de manera alguna con el procedimiento de soldadura, y puede contener un componente para facilitar la soldadura, de conformidad con lo descrito más adelante. En vista de que el níquel se deposita de manera lisa e uniforme sobre la superficie, se puede reducir o evitar el uso de plomo para fomentar la acción humectante durante la soldadura, o se pueden usar otros elementos, tales como bismut, para este efecto. Una importante ventaja adicional del níquel o níquel-plomo depositado de forma lisa e uniforme sobre la superficie es que la cantidad total de níquel a aplicarse para lograr una buena soldadura sin fundente puede ser reducida. Otra ventaja es que la cubierta de la superficie completa evita cualquier
dificultad causada por el óxido de aluminio en la superficie de la capa de revestimiento. Además, la presente invención se basa en parte en la comprensión de hecho que la capa de revestimiento de aluminio comprende por lo menos uno o más elementos seleccionados del grupo consistiendo de bismut, plomo, litio y antimonio, cada uno en el rango de 0.01 a 1.0%, y la combinación de dos o más elementos preferentemente no excede el 1.0%, y que magnesio puede estar presente en el rango de 0.2 a 2.0%. La combinación de magnesio con uno o más diferentes elementos de este grupo no excede preferentemente 2.5%. Por lo tanto, magnesio puede estar presente en la capa de revestimiento de aluminio hasta en un 8.0%, siendo que los rangos preferidos se han indicado más adelante, para incrementar entre otras las propiedades mecánicas de la capa de revestimiento de aluminio, mientras se ha observado también que magnesio en el rango de 0.2 a 2.0% puede actuar también de manera similar como elementos seleccionados del grupo de bismut, plomo, litio y antimonio. Preferentemente, el nivel de magnesio en la capa de revestimiento no excede 2.0%, cuando está presente esencialmente para fomentar la acción: humectante de la aleación de soldadura en combinación con la capa de níquel libre de plomo. Elementos de aleación adicionales pueden agregarse para mejorar propiedades específicos de la capa
de revestimiento. En US-A-3, 970, 237 se menciona que la capa de revestimiento de aluminio se cubre preferentemente con una capa de níquel, níquel-plomo, cobalto, cobalto-plomo o una combinación de estos. Se cree que las adiciones de plomo fomentan la capacidad humectante durante la soldadura. Sin embargo, de conformidad con la presente invención se ha encontrado que la capa de níquel y/o cobalto misma no tiene porque comprender el plomo como adición de aleación. Sorprendentemente se ha observado que resultados iguales o hasta mejores pueden obtenerse si uno o varios elementos del grupo de Bi, Pb, Li y Sb y Mg se agregan en los rangos indicados a la capa de revestimiento de aluminio misma. Adicionando uno o varios de estos elementos de aleación a la capa de revestimiento de aluminio tiene la ventaja que la composición del baño de galvanizado se vuelve menos compleja, lo que es un logro mayor por sí solo, mientras que la adición de aleación para el revestimiento es muy sencillo cuando se fabrica la capa de revestimiento. Como resultado, la capa de níquel electrogalvanízado aplicada puede consistir esencialmente de níquel e impurezas inevitables. Desde el punto de vista operacional, bismut es el elemento de aleación más preferido para la capa de revestimiento de aluminio. Además, se ha observado que el elemento bismut es el elemento de aleación más preferido para fomentar la
capacidad humectante, y a consecuencia se requiere menos de este elemento para lograr efectos similares a los de la adición de plomo en la capa de níquel. No obstante el plomo como elemento de aleación en la capa de revestimiento en el rango indicado proporciona el efecto deseado, la adición de este elemento preferentemente se evita ya que es un elemento altamente indeseable desde el punto de vista del ambiente medio. Mientras se conoce la aplicación de una capa de zinc previo al galvanizado de artículos con níquel, se piensa que esto no se ha hecho en un producto de chapa para soldadura de revestimiento de aleación de aluminio galvanizado con níquel, para lo cual se había pensado que es necesario aplicar el níquel directamente a la capa de revestimiento conteniendo Si, tal como precedentemente argumentado . Se pueden obtener resultados muy buenos de conformidad con la presente invención, siendo que se aplica la capa de adhesión con un tratamiento de inmersión en baño de zinc o un tratamiento de inmersión en baño de estaño, frecuentemente denominado también galvanizado de desplazamiento . En una ejecución del producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención, se aplica la capa comprendiendo zinc o estaño tiene un espesor
de solamente hasta 0.5µm, más preferentemente hasta 0.3 µm (300nm) , y de máxima preferencia en el rango de 0.01 hasta 0.15 µm (10-150nm) . En el caso de los mejores resultados que se han logrado hasta ahora, se ha usado un espesor de aproximadamente 30nm. Un espesor de la capa mayor a los 0.5µm requiere un tiempo de tratamiento prolongado, por ejemplo, para galvanizado de desplazamiento, y se piensa que no se obtiene ventajas adicionales en cuanto a mejoría de adhesión. La capa de zinc o estaño aplicado al producto de chapa para .soldadura inventivo puede ser esencialmente una capa de zinc o estaño puro o puede ser principalmente zinc o estaño (por ejemplo, por lo menos 50% del peso) . Cantidades menores de elementos de impureza o elementos adicionados deliberadamente pueden estar presentes, según se argumenta con mayor detalle más adelante. Típicamente elementos de impureza están presentes en menos del 10%, siendo más usual menos del 5% del peso en la capa de zinc o estaño. La capa comprendiendo níquel preferentemente es una capa electrogalvanizada . La adhesión de la capa comprendiendo níquel aplicada sobre la capa comprendiendo zinc o estaño es excelente y puede resistir operaciones de formación relativamente severas sin "la ocurrencia de delaminación.
Preferiblemente, en este producto de chapa para soldadura, la capa comprendiendo níquel tiene un espesor hasta 2. Oµm, preferentemente hasta l.Oµ , y más preferentemente hasta 0.5µm. Un espesor de galvanizado superior a 2. Oµm requiere un tiempo de tratamiento prolongado para el galvanizado, puede resultar en arrugamiento del material de relleno fundido durante la soldadura. Un espesor mínimo preferido para esta capa conteniendo Ni es 0.3µm. Sin embargo, otras técnicas tales como adhesión por rolado, atomización térmica, depósito químico al vapor y depósito físico al vapor pueden usarse. Preferentemente, en este producto de chapa para soldadura, cada capa de revestimiento de aluminio tiene un espesor en el rango de aproximadamente 2 hasta 20% del espesor total del espesor de todo el producto de chapa para soldadura. Preferentemente, en el producto de chapa para soldadura, el material que se funde al soldar, comúnmente conocido como material de relleno, en particular la capa de níquel y/o la capa de zinc o estaño comprende uno o más elementos para reducir la tensión superficial de la aleación de soldadura fundida durante la soldadura. De conformidad a la invención se ha encontrado sorprendentemente que contrariamente a las enseñanzas del estado de la técnica previo, no es necesario agregar plomo
como elemento de aleación a la capa de Ni para fomentar la acción humectante de la aleación de soldadura. No obstante, plomo y otros elementos adecuados, de los cuales bismut es el más preferido, pueden agregarse a la capa de níquel o la capa de zinc o estaño o a ambas. Esto tiene varias ventajas desde el punto de vista de fabricación de la chapa para soldadura. En el material de relleno como un todo puede estar presente, en términos de % de peso, por lo menos uno de Bi 0.01 a 0.5, preferentemente 0.05 a 0.5 Mg 0. a 2.0 Li 0.01 a 0.5, preferentemente 0.05 a 0.5 Sb 0.01 a 0.5, preferentemente 0.05 a 0.5 La capa de zinc o estaño misma puede comprender una o varias elementos adicionales del grupo consistiendo de bismut, plomo, litio y antimonio. La cantidad del elemento o de los elementos adicionales en total puede ser hasta el 50%, pero es preferentemente inferior al 25%, por ejemplo en el rango del 1 al 25%. En una ejecución preferida del producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención, la adición de bismut en la capa de revestimiento de aluminio tiene un límite superior de 0.5%. Un límite inferior conveniente para la adición de bismut es 0.01%, más
preferentemente 0.05%. En una ejecución preferida del producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención, la adición de litio en la capa de revestimiento de aluminio tiene un límite superior de 0.5%. Un rango de límite conveniente para la adición de litio es de 0.01-0.3%. En una ejecución preferida del producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención, la adición de antimonio en la capa de revestimiento de aluminio tiene un límite superior de 0.5%. Un rango de límite conveniente para la adición de litio es de 0.01-0.3%. En una ejecución la capa de revestimiento de aluminio comprende, en % de peso, Si en el rango de 2 a 18%, y preferentemente de 7 a 18%, como elemento de aleación y además magnesio en el rango de hasta 8.0%, y preferentemente hasta 5.0%. Preferentemente el magnesio está en el rango de 0.5 a 5%, y más preferentemente de 0.5 a 2.5%. Elementos adicionales de aleación pueden agregarse, tales como, sin limitarse a estos, Cu, Zn y Sr en rangos convenientes. Se ha observado que en el uso del producto de chapa para soldadura, la presencia de magnesio en la capa de revestimiento no tiene efectos adversos durante la soldadura. Esto es una mejoría mayor respecto a productos de chapas para soldadura conocidos. Permite un diseño la
capas de revestimiento de aluminio que pueden contribuir a la fuerza del producto de chapa para soldadura entero, o alternativamente que los productos de chapa para soldadura tienen capas de revestimiento más delgadas. Adicionalmente, permite que la chapa para soldadura conteniendo Mg puede aplicarse tanto en la soldadura al vació como a la soldadura de atmósfera controlada sin fundente. Esta última posibilidad tiene muchas ventajas económicas y técnicas. Se ha observado además que debido a la adición tanto de bismut como de magnesio como elementos de aleación, se supera el requerimiento obligatorio de adicionar elementos de aleación que fomentan la acción humectante o de adhesión a la capa de níquel electrogalvanizada a continuación. El producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención puede usarse sin más en líneas de soldadura industrial existentes. En otra ejecución, la capa de revestimiento de aluminio comprende en % de peso, Si en el rango de 2 a 18 % y preferentemente 7 a 18%, como elemento de aleación y además zinc en el rango de hasta 5%. Preferentemente el zinc está en el rango de 0.5 a 3%. Elementos de aleación adicionales pueden adicionarse, tales como, sin limitarse a estos, Mg y Cu en rangos convenientes. De conformidad con la invención se ha observado que cuando este producto de chapa para soldadura se usa, la presencia de zinc en el
revestimiento no tiene efectos adversos durante la soldadura. Esto es una mejoría mayor respecto a productos de chapa de soldadura conocidos. Esto permite el diseño de un revestimiento que puede contribuir a la fuerza de todo el producto de chapa para soldadura. Además, el producto de chapa para soldadura siendo que el revestimiento contiene zinc como elemento de aleación deliberado puede aplicarse tanto en soldadura al vacío como en soldadura de atmósfera controlada sin fundente, siendo que ambos procedimientos se usan a escala industrial. En otra ejecución, la capa de revestimiento de aluminio comprende en % de peso, Si en el rango de 2 a 18 % y preferentemente 7 a 18%, como elemento de aleación y además cobre en el rango de hasta 5%. Preferentemente el cobre está en el rango de 3.2 a 4.5%. Elementos de aleación adicionales pueden adicionarse, tales como, sin limitarse a estos, Mg y Zn en rangos convenientes. De conformidad con la invención se ha observado que cuando este producto de chapa para soldadura se usa, la presencia de cobre en el revestimiento no tiene efectos adversos durante la soldadura. Esto es una mejoría mayor respecto a productos de chapa de soldadura conocidos. Esto permite el __diseño de un revestimiento que puede contribuir a la fuerza de todo el producto de chapa para soldadura. Además, el producto de chapa para soldadura siendo que el revestimiento contiene
cobre como elemento de aleación deliberado puede aplicarse tanto en soldadura al vacío como en soldadura de atmósfera controlada sin fundente, siendo que ambos procedimientos se usan a escala industrial. En todas las ejecuciones de la capa de revestimiento de aluminio, indio ("In") puede estar presente en el rango de hasta 0.30% como un elemento de aleación para lograr un potencial de corrosión más electronegativo de la aleación de revestimiento de aluminio en comparación con el núcleo de la aleación de aluminio. Se ha observado que indio es mucho más efectivo para reducir el potencial de corrosión de la aleación en comparación con adiciones de zinc. Típicamente 0.1% de In es tan efectivo como 2.5% de Zn. En todas las ejecuciones de la capa de revestimiento de aluminio, tanto manganeso como circonio puede estar presente en la capa de revestimiento de aluminio como elemento de impureza en un rango de hasta 0.30%, y está presente preferentemente solo hasta 0.10%, y más preferentemente hasta 0.05%. En todas las ejecuciones de la capa de revestimiento de aluminio, hierro puede estar presente en la capa de revestimiento de aluminio co o típico- elemento de impureza en aleaciones de aluminio en un rango de hasta 0.8%, y preferentemente en un rango de hasta 0.4%.
En todas las ejecuciones de la capa de revestimiento de aluminio estroncio puede adicionarse en un rango de hasta 0.20% para modificar la silicona presente in la capa de revestimiento durante la solidifación al fundir la aleación de revestimiento. Un máximo más preferido para la adición de estroncio es hasta 0.05%. En una ejecución del producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención, la chapa de núcleo es una aleación de aluminio comprendiendo magnesio e un rango de hasta 8.0%. En una ejecución preferida magnesio está en el rango de 0.5 a 5.0%. Elementos de aleación adicionales pueden adicionarse, tales como, pero sin limitarse a estos, Cu, Zn, Bi, V, Fe, Zr, Ag, Si, Ni, Co y Mn en rangos convenientes. Se ha observado que cuando el producto de chapa para soldadura de la presente invención se usa, la presencia de magnesio en la capa de revestimiento de aluminio no tiene efectos adversos durante la soldadura. Esto es una mejoría mayor respecto a chapas para soldadura conocidas. La difusión de Mg del núcleo al revestimiento durante la fabricación del producto de chapa para soldadura mismo y su aplicación en un procedimiento de soldadura subsecuente, aparentemente no tienen efectos adversos para la soldabilidad del producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención. Esto permite un diseño de gran fuerza para los
productos de chapa para soldadura teniendo un chapa de núcleo de aluminio teniendo magnesio en el rango indicado como elemento de refuerzo. El producto puede aplicarse tanto en soldadura al vacío (VB) como en soldadura de atmósfera controlada sin fundente, siendo que ambos procedimientos se usan extensivamente a escala industrial. En el producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención, la chapa del núcleo puede acoplarse a la capa de revestimiento de aluminio mediante una capa intermedia. Los beneficios de tener semejante capa intermedia se describen, por ejemplo, en US-A-2,821,014, cuyo contenido se incorpora en esta mediante referencia . La presente invención ofrece además un ensamble soldado comprendiendo por lo menos un componente fabricado con el producto de chapa para soldadura producido de conformidad con la invención descrita en lo precedente y en las reivindicaciones. En un aspecto adicional de la presente invención, se ofrece un procedimiento para fabricar un ensamble soldado utilizando el producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención, comprendiendo los pasos secuenciales de procedimiento de: (a) dar forma a componentes de_ los cuales por lo menos uno está fabricado con el producto de chapa para
soldadura de la invención de conformidad a lo descrito precedentemente ; (b) ensamblar los componentes para formar un ensamble; (c) soldar el ensamble al vacío o en una atmósfera inerte en la ausencia de un fundente de soldadura a temperaturas elevadas para un período de suficiente duración para fundir y extender la aleación de relleno, siendo que la aleación de relleno se forma por lo menos por la aleación 2 de revestimiento, la capa 4 de adhesión y la capa 3 de Ni; (d) enfriar el ensamble soldado. La tasa de enfriamiento puede estar en el rango de las tasaos típicas de enfriamiento de hornos de soldadura. Tasas de enfriamiento típicas son tasas de enfriamiento de por lo menos 10°C/min o más, típicamente 40°C/min o más. Dependiente de la aleación de aluminio de la chapa del núcleo, el proceso puede incluir el paso de procedimiento (e) adicional de envejecimiento del ensamble soldado y enfriado, con el fin de optimizar las propiedades mecánicas y/o de corrosión del ensamble resultante. Se ha observado que el uso del producto de chapa para soldadura de conformidad con la presente invención da como resultado una temperatura de soldadura más baja en aproximadamente 10°C. Esta temperatura de soldadura
reducida permite una reducción significativa del tiempo de procedimiento a escala industrial para un completo ciclo de soldadura, típicamente una reducción de tiempo de 20% o más se ha observado. En un aspecto adicional de la presente invención, se ofrece un procedimiento para el uso de la aleación de revestimiento de aluminio, descrito precedentemente y sujeto de las reivindicaciones, en un producto de chapa para soldadura. En un aspecto adicional de la presente invención, se ofrece en un procedimiento del uso de la aleación de revestimiento de aluminio descrito precedentemente y sujeto de las reivindicaciones, en un producto de chapa para soldadura en un procedimiento para fabricar un ensamble soldado en un procedimiento de soldadura de atmósfera inerta (CAB) en la ausencia de fundente de soldadura. BREVE INTRODUCCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se ilustra a continuación mediante varios ejemplos no limitativos, y con referencia a lo dibujos, donde: Fig. 1 es una sección longitudinal esquemática mostrando la estructura del producto de chapa para soldadura de conformidad con el estado de la tecnología; Fig. 2 es una sección longitudinal esquemática mostrando la estructura del producto de chapa para
soldadura de conformidad a la presente invención; Fig. 3 es una sección longitudinal esquemática mostrando la estructura del producto de chapa para soldadura de conformidad a la presente invención; DESCRIPCIÓN DE EJECUCIONES PREFERIDAS Fig. 1 muestra esquemáticamente una chapa para soldadura de conformidad con el estado de la tecnología previo como se obtendría por el procedimiento de conformidad con, por ejemplo, US-A-3, 970, 237. El producto de chapa para soldadura consiste de una chapa 1 de núcleo revestido en uno a ambos lados con una capa 6 de revestimiento de aluminio comprendiendo una aleación de Al-Si. Encima del revestimiento 6 se aplica una capa 3 delgada de níquel, preferentemente una capa de níquel-plomo, mediante electrogalvanizado . Fig. 2 muestra esquemáticamente una chapa para soldadura de conformidad con la presente invención, siendo que entre la capa 2 de revestimiento comprendiendo una aleación de Al-Si-Bi y la capa 3 de Ni se aplica una capa 4 adicional de zinc o estaño, cuya ventaja se describe en lo precedente. En la Fig.2 las capas 3 y 4 se muestran solamente de un lado de la chapa para soldadura, pero será obvio de inmediato para la persona entrenada que pueden aplicarse también en ambos lados del producto de chapa para soldadura. La composición de las diferentes capas y sus
ventajas han sido descritas precedentemente. Fig. 3 muestra esquemáticamente otra chapa para soldadura de conformidad con la presente invención, que tiene las capas de la Fig. 2 y además una capa 5 intermedia entre la chapa 1 de núcleo y la capa 2 de revestimiento en ambos lados. En la Fig. 3 las capas 4 y 3 se han mostrado solamente en un lado de la chapa para soldadura, pero será evidente de inmediato para la persona entrenada que pueden aplicarse de igual forma en ambos lados del producto de chapa para soldadura. En adición a la capa 5 intermedia puede aplicarse también en un lado de la chapa para soldadura, preferentemente en el lado comprendiendo también las capas 4 y 3. Las composiciones posibles de las diferentes capas y sus ventajas han sido descritas en lo precedente . EJEMPLO A escala de laboratorio de ensayo, chapas para soldadura de aluminio fabricado de un revestimiento de aleación de núcleo de Aluminium Association (AA) 3003 de un lado con aleaciones de revestimiento de aluminio de las series AA4000 de cuatro diferentes composiciones (véase tabla 1), y teniendo un espesor total de 0.5mm, y un espesor de capa de revestimiento de aproximadamente 50µm, se trataron como descrito en la tabla 2. El tratamiento consistió de los siguientes pasos
secuenciales de procedimiento: - - limpieza por inmersión durante 180 segundos en ChemTec 30014 (un desgrasante y limpiador alcalino cáustico disponible comercialmente), seguido por enjuagar; - ataque alcalino durante 20 segundos en ChemTec 30203 (un limpiador alcalino cáustico disponible comercialmente) a temperatura ambiente, seguido por enjuagar; - opcionalmente desmanchar durante 4 segundos en un baño de oxidación por ácido, típicamente 25 a 50 % de volumen de ácido nítrico, comprendiendo ChemTec 11093 (un activador ácido comercialmente disponible) a temperatura ambiente, seguido por enjuagar; - inmersión en baño de zinc usando ChemTec 024202 durante 12 segundos a temperatura ambiente, seguido por enjuagar; - níquel electrogalvanizado, y enjuagar. Para el electrogalvanizado con níquel se usó un baño básico sin plomo, indicado como "L-" en la tabla 2. El baño básico libre de plomo comprendió 50 g/1 de sulfato de níquel, 50 g/1 de cloruro de níquel, 30 g/1 de citrato de sodio y 75 ml/1 hidróxido de amonio (30%) . Las condiciones de galvanizado a 26°C eran tales que un tiempo de galvanizado de 50 segundos dio como resultado una capa de galvanizado de níquel de 0.5µm de espesor usando una densidad de corriente de 3 A/dm2. Los especímenes galvanizados se probaron respecto
a su adhesión utilizando el ensayo de domo de Erichsen (5mm) , y el ensayo T-bend. Una evaluación de resultados se da después, siendo que (-) = malo, (±) = regular, y (+) es bueno. La soldabilidad se ha evaluado como sigue. A una escala de laboratorio de ensayo los ensayos de soldadura se llevaron a cabo en un pequeño horno de cuarzo. Pequeñas tarjetas de 25 mm x 25 mm se recortaron de las chapas galvanizadas. Una pequeña tira de una aleación de un AA3003 midiendo 30 mm x 7 mm x lmm se dobló en el centro a un ángulo de 45° y se colocó encima de las tarjetas. La tira sobre las muestras de tarjeta se calentó bajo flujo de nitrógeno, siendo que se calentó en aproximadamente de temperatura ambiente a 580°C, tiempo de permanencia a 580°C por 1 minuto. Enfriamiento de 580°C a temperatura ambiente. El procedimiento de soldadura se juzgó respecto a posibles formaciones de arrugas, depresiones capilares y formación de bandas. Se dio una evaluación global donde (-) = soldabilidad baja, (-/±) = soldabibilad regular, (±) = soldabilidad buena, y (+) = soldabilidad excelente. Los resultados obtenidos se resumen en la tabla 2. De los resultados de la tabla 2 se puede apreciar que la aplicación del tratamiento con baño de zinc es esencial para obtener una buena adhesión de la capa Ni-galvanizada. De los resultados de la aleación de revestimiento No. 1 puede apreciarse que la omisión del
paso de desmanchado aún resulta en una buena adhesión de la capa Ni-galvanizada . Los resultados de la capa de revestimiento No. 2 muestran que adicionando Bi al revestimiento da una soldabilidad excelente. A consecuencia, la adición de plomo a la capa de níquel puede omitirse de conformidad con la presente invención. Los resultados de la capa de revestimiento No. 3 muestran que adicionando Bi al revestimiento en combinación con magnesio aún resulta en una soldabilidad excelente. Los resultados de la capa de revestimiento No. 4 muestran que adicionando Bi al revestimiento en combinación con zinc aún resulta en soldabilidad excelente. Mientras si ni bismutio está presente en la capa de revestimiento ni plomo está presente en la capa de níquel se da una baja soldabilidad (véase la aleación de revestimiento No.l). Tabla 1. Composición de la aleación de revestimiento de aluminio, en % de peso. Diferencia Al e impurezas inevitables (cada uno <0.05%, total <0.20%).
Tabla 2, Tratamiento previo aplicado y resultados de los ensayos .
Habiendo ahora descrito la invención de forma completa, será obvio para una persona de entrenamiento normal en la tecnología que muchos cambios y modificaciones pueden hacerse sin separarse de] espíritu o alcance de la invención tal como descrita en esta.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES 1. Producto de chapa para soldadura teniendo una chapa de núcleo hecha de una aleación de aluminio teniendo por lo menos una de las superficies de la chapa de núcleo mencionada revestida con una capa de revestimiento de aluminio, y una capa comprendiendo níquel en la superficie externa de una capa o ambas capas de revestimiento de aluminio mencionada o mencionadas, caracterizado porque hay una capa comprendiendo zinc o estaño como capa de adhesión entre la superficie externa mencionada de la capa o las capas de revestimiento de aluminio y la capa mencionada comprendiendo níquel, siendo que la capa de aleación de revestimiento comprende, en porcentaje de peso: Si 2 a 18 Mg hasta 8.0 Zn hasta 5.0 Cu hasta 5.0 Mn hasta 0.30 In hasta 0.30 Fe hasta 0.8 Sr hasta 0.20 por lo menos un elemento seleccionado del grupo consistiendo de: Bi 0.01 hasta 1.0 Pb 0.01 hasta 1.0 Li 0.01 hasta 1.0 Sb 0.01 hasta 1.0 Mg 0.2 hasta 2.0 otras impurezas cada una hasta 0.05, total hasta 0.20 resto aluminio. 2. Producto de chapa para soldar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la capa de adhesión mencionada es una capa electrogalvanizada. 3. Producto de chapa para soldar de conformidad con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque la capa de adhesión mencionada tiene un espesor de no más de 0.5µm, preferentemente no más de 0.3µm. 4. Producto de chapa para soldar de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque la capa de adhesión mencionada tiene un espesor en el rango de 20 a 150nm. 5. Producto de chapa para soldar de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la capa comprendiendo níquel tiene un espesor de nc más de 2. Oµm, preferentemente no más de l.Oµm. 6. Producto de chapa para soldar de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la capa de revestimiento de aluminio mencionada contiene por peso Mg en una cantidad en el rango de 0.5 a 5.0. 7. Producto de chapa para soldar de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la capa de revestimiento de aluminio mencionada contiene por peso Zn en una cantidad en el rango de 0.5 a 3.0. 8. ^Producto de chapa para soldar de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la capa de revestimiento de aluminio mencionada contiene por peso Bi en una cantidad en el rango 0.01 a 0.5. 9. Producto de chapa para soldar de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la chapa de núcleo mencionada se acopla a la capa de revestimiento de aluminio mencionada mediante una capa intermedia . 10. Producto de chapa para soldar de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la chapa de núcleo mencionada es una aleación de aluminio comprendiendo magnesio en una cantidad en el rango de hasta 8.0. 11. Un ensamble de componentes unidos mediante soldadura, caracterizado porque por lo menos uno de los componentes mencionados es un producto de chapa para soldadura de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 10. 12. Procedimiento para la manufactura de un ensamble de componentes soldados, caracterizado porque comprende los pasos secuenciales de procedimiento de: (a) formación de los componentes mencionados siendo que por lo menos uno de ellos está hecho de un producto de chapa para soldadura de conformidad con una de las 5 reivindicaciones 1 a 10; (b) ensamblaje de los componentes para formar un ensamble; (c) soldadura del ensamble al vacío o en una atmósfera inerta en ausencia de un fundente de soldadura a 10 temperatura elevada para un período lo suficientemente prolongado para la fusión y extensión de la capa de revestimiento; (d) enfriamiento del ensamble soldado. 13. Procedimiento para el uso de una aleación de 15 revestimiento de aluminio en chapa para soldar de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 10. 14. Procedimiento para el uso de una aleación de revestimiento de aluminio de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque es un 20 procedimiento de soldadura en una atmósfera inerta en la ausencia de un material fundente de soldadura. 15. Procedimiento de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la aleación de revestimiento de aluminio comprende, en % de peso 25 Si 2 a 18, preferentemente 7 a 18 ~2~5~ RESUMEN La invención se refiere a un producto de chapa para soldadura teniendo una chapa 1 de núcleo hecha de una aleación de aluminio teniendo una o ambas de las superficies de la chapa de núcleo mencionada revestida de una capa 2 de revestimiento de aluminio, y una capa 3 comprendiendo níquel en la superficie externa de una capa o ambas capas 2 de revestimiento de aluminio mencionada o mencionadas, caracterizada porque existe una capa 4 comprendiendo zinc o estaño como capa de adhesión entre la superficie externa mencionada de la capa o- las capas 2 de revestimiento de aluminio mencionada o mencionadas y la capa 3 mencionada comprendiendo níquel y siendo que la capa de aleación de revestimiento de aluminio comprende, por porcentaje de peso: Si 2 a 18 Mg hasta 8.0 Zn hasta 5.0 Cu hasta 5.0 Mn hasta 0.30 In hasta 0.30 Fe hasta 0.8 Sr hasta 0.20 por lo menos un elemento seleccionado del grupo o y^?f consistiendo de: Bi 0.01 hasta 1.0 Pb 0.01 hasta 1.0 Li 0.01 hasta 1.0 Sb 0.01 hasta 1.0 Mg 0.2 hasta 2.0 otras impurezas cada una hasta 0.05, total hasta 0.20 resto aluminio. 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