ES2200874T3 - Material laminar compuesto para soldadura fuerte. - Google Patents
Material laminar compuesto para soldadura fuerte.Info
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Abstract
Un material laminar compuesto enrollado para soldadura fuerte, que tiene una estructura que comprende un substrato de aluminio o de una aleación de aluminio sobre al menos uno de los lados acoplado a una capa que tiene un espesor de hasta 150 ìm y que comprende un copolímero de poliolefina/ácido acrílico como vehículo cargado con un material fundente para soladura fuerte de un fundente de fluoruro y/o un fundente de cloruro en cantidad suficiente para lograr la soldadura fuerte, y el material fundente para soldadura fuerte tiene un tamaño medio de partículas de menos de 5 ìm, y la cantidad de material fundente para soldadura fuerte por cada lado del material laminar compuesto es inferior a 5 gramos/m2 y está dispuesto de manera esencialmente homogénea en la totalidad de dicha capa de vehículo de copolímero y el espesor de la capa de vehículo de copolímero cargada es esencialmente el mismo en toda el área superficial cubierta.
Description
Material laminar compuesto para soldadura
fuerte.
El invento se refiere a un material laminar
compuesto para soldadura fuerte, a la utilización de diferentes
componentes en dicho material laminar compuesto, y además a un
ensamblaje provisto de soldadura fuerte fabricado a partir de dicho
material laminar compuesto y a un método para fabricar dichos
ensamblajes provistos de soldadura fuerte.
Una técnica de soldadura fuerte que se ha
convertido en ampliamente aceptada incluye una operación en horno
bajo atmósfera inerte/controlada (CAB). Con el fin de destruir o
eliminar la capa de óxido de aluminio sobre la aleación de aluminio
y protegerla durante la soldadura fuerte, normalmente se emplea una
mezcla de fundentes para mejorar la capacidad de soldadura fuerte de
la aleación de soldadura fuerte antes de someter a soldadura
fuerte. Un proceso de soldadura fuerte bien conocido es el proceso
de soldadura fuerte NOCOLOC (marca comercial), desarrollado por
Alcan International Ltd, y descrito por ejemplo en los documentos
US-A-3.971.501 y
US-A-3.951.328. Este proceso
incluye las etapas de formar un ensamblaje, limpiar las superficies
a soldar con el fin de eliminar aceite o grasa para suprimir los
efectos de escala, aplicar al ensamblaje un lodo de soldadura
fuerte, eliminar el exceso de lodo por soplado, secar el lodo sobre
el ensamblaje, y a continuación pasar el ensamblaje a través de un
horno de soldadura fuerte. No es necesario eliminar el fundente al
final del ciclo de soldadura fuerte. Generalmente, el lodo de
soldadura fuerte incluye una aleación de soldadura fuerte y un
material fundente, pero puede incluir materiales adicionales.
Una desventaja de este proceso son las numerosas
etapas de procesado que ha de llevar a cabo el fabricante el
ensamblaje debido a la utilización de dicho lodo de soldadura
fuerte.
Otra desventaja que se ha encontrado con el
mencionado proceso de soldadura fuerte es que normalmente se
requiere más material fundente por ejemplo en la junta entre los
tubos y los colectores del ensamblaje de intercambiador de calor que
entre los tubos y las aletas. Para evitar esta desventaja, en la
actualidad muchos fabricantes aplican manualmente una sustancia
parecida a una pasta entre los tubos y los colectores antes de la
soldadura fuerte. La sustancia parecida a una pasta proporciona un
metal de cargado adicional entre los tubos y los colectores y puede
añadir resistencia mecánica adicional al cordón. No obstante,
dichos materiales son expansivos y en ocasiones pueden interferir
con el proceso de soldadura fuerte mediante la erosión del silicio
de los tubos de aluminio subyacentes y colectores. En la técnica
también se conocen otros métodos para solventar esta
desventaja.
Otra desventaja del mencionado proceso de
soldadura fuerte CAB es que sólo pueden utilizarse aleaciones de
aluminio con una cantidad limitada de magnesio a niveles estándar
de aplicación de fundente de soldadura fuerte, típicamente hasta
alrededor de 5 gramos de fundente/m^{2}. Si la cantidad de
magnesio en la aleación de aluminio está por encima de 0,3% en
peso, el material fundente se envenena debido a la formación de
MgO. Esta desventaja sólo puede solventarse parcialmente aplicando
mayores cantidades de material fundente.
Otra desventaja del mencionado proceso de
soldadura fuerte es que si el material fundente también contiene
silicio o cinc, una distribución desigual del silicio y del cinc
después de la soldadura fuerte causa puntos de corrosión
preferencial en el ensamblaje.
Muchos intercambiadores de calor presentan filas
de tubos o platos con aletas enrolladas hechas de aluminio o de una
aleación de aluminio. Muchos de estos intercambiadores de calor
tienen generadores de turbulencia dispuestos dentro de los tubos
que precisan soldadura fuerte interna. Asimismo, la soldadura fuerte
en horno CAB presenta las desventajas de que las superficies de los
tubos interiores y el intercambiador de calor precisan un fundido
individual antes del ensamblaje y un fundido total del ensamblaje
completo antes de la soldadura fuerte. Además, la soldadura fuerte
en horno CAB presenta la desventaja de que el fundido individual de
los componentes del intercambiador de calor resulta caro y requiere
tiempo.
Un objeto de este invento es proporcionar un
material laminar compuesto para soldadura fuerte mediante una
operación en horno bajo atmósfera inerte (CAB), que hace que el
número de etapas de procesado necesarias para el fabricante del
ensamblaje provisto de la soldadura fuerte sea menor.
Otro objeto de este invento es proporcionar un
material laminar compuesto para soldadura fuerte mediante una
operación en horno bajo atmósfera inerte (CAB), que evite la
necesidad de un fundido individual de las superficies interna y
externa del ensamblaje antes de la soldadura fuerte.
Otro objeto de este invento es proporcionar un
material laminar compuesto que requiera menos medios de
lubricación, y preferiblemente que no requiera lubricación, en una
operación para conferir forma anterior al ensamblaje de los
componentes individuales de un ensamblaje para soldadura
fuerte.
Otro objeto de este invento es proporcionar un
método para fabricar un material laminar compuesto para soldadura
fuerte de acuerdo con el invento.
De acuerdo con el invento, en un aspecto, se
proporciona un material laminar compuesto enrollado
auto-soldante como se describe en la reivindicación
1.
En otra realización del invento el copolímero de
poliolefina/ácido acrílico como vehículo está cargado tanto con un
material fundente para soldadura fuerte como con polvo metálico, en
una cantidad suficiente para lograr la soldadura fuerte.
Las películas preparadas a partir de este tipo de
copolímero se utilizan extensamente para la producción de envases
para alimentos. Mediante la aplicación de este tipo de copolímero a
un substrato metálico y utilizándolo como vehículo llenándolo con
uno o más que se escogen en el grupo formado por un material
fundente para soldadura fuerte y un polvo metálico, en una cantidad
para lograr la soldadura fuerte, se consigue distintas ventajas
inesperadas con respecto a la tecnología de soldadura fuerte.
Por medio del invento los inventores proporcionan
un material laminar compuesto auto-soldante
apropiado para su utilización en aplicaciones de soldadura fuerte,
que evita varias etapas de procesado por parte del fabricante del
ensamblaje provisto de soldadura fuerte, tal como el fundido
individual de las superficies mediante la aplicación de fundente
para soldadura fuerte por medio de baño o pulverización, secado del
fundente para soldadura fuerte aplicado, etc, y todas las demás
desventajas relacionadas con estas etapas.
Por medio del invento los inventores proporcionan
un material laminar compuesto auto-soldante para su
utilización en operaciones de soldadura fuerte que no precisa la
etapa de fundido interno individual de las superficies de los
ensamblajes antes de la soldadura fuerte.
El copolímero utilizado no es caro y se
caracteriza por sus excelentes características de adhesión al
substrato metálico, de forma que el copolímero utilizado como
vehículo puede aplicarse al substrato en forma de rollo. Dichos
rollos de material laminar compuesto pueden ser suministrados al
fabricante de ensamblajes provistos de soldadura fuerte, evitándole
de esta forma todas las etapas de procesado necesarias relacionadas
con la aplicación y la eliminación del fundente para soldadura
fuerte.
El material fundente para soldadura fuerte y/o el
polvo metálico se disponen esencialmente de manera homogénea por
todo el vehículo de copolímero, que tiene un espesor del orden de
hasta 150 \mum, y preferiblemente hasta 50 \mum, y más
preferiblemente hasta 10 \mum, y del modo más preferido de no más
de 5 \mum, y cubre esencialmente todo el área superficial de al
menos uno de los lados del substrato metálico. El espesor del
vehículo de copolímero es esencialmente el mismo a lo largo de toda
el área superficial cubierta.
El tipo de copolímero utilizado como vehículo se
descompone durante el calentamiento debido al ciclo de soldadura
fuerte y deja sobre los artículos sólo los materiales de soldadura
fuerte, concretamente las cargas del vehículo, con el fin de que se
produzca una soldadura fuerte limpia y eficaz. Mediante la
utilización de un vehículo de copolímero como el indicado se
obtiene una distribución muy uniforme del material fundente para
soldadura fuerte y/o del polvo metálico, dando lugar a un proceso de
soldadura fuerte muy bueno. Las cantidades obtenidas de residuo de
carbono sobre el ensamblaje provisto de soldadura fuerte son
extremadamente pequeñas y no afectan al comportamiento de corrosión
final del ensamblaje provisto de soldadura fuerte.
Otra ventaja del material laminar compuesto es
que puede contener cantidades específicas del material fundente para
soldadura fuerte y/o del polvo metálico. Dependiendo de las
circunstancias del caso, el copolímero que actúa como vehículo
puede llenarse con cantidades menores o incluso mayores que las
cantidades estándar. Por ejemplo, para casos en los que el
substrato metálico sea una aleación de aluminio que contenga más de
0,3% en peso de Mg pueden añadirse al vehículo cantidades de
material fundente para soldadura fuerte superiores a las cantidades
estándar, con el fin de evitar la desventaja de un contenido mayor
de Mg como se ha expuesto anteriormente. Y además, porque el
material laminar compuesto puede garantizar una cantidad mínima de
material fundente para soldadura fuerte y/o de polvo metálico por
área unitaria debido a la distribución altamente uniforme, por lo
que se requiere menos carga en muchas aplicaciones.
Otra ventaja del presente invento es que, debido
a que el copolímero utilizado presenta una naturaleza
auto-lubricante muy buena, el material laminar
compuesto puede formarse mediante una operación para conferir forma
anterior al ensamblaje sin necesidad de un lubricante. Debido a la
buena adhesión del copolímero al substrato laminar metálico, no se
produce descamado durante las operaciones para conferir forma, ni
incluso en situaciones extremas.
Otra ventaja del presente invento es que los
restos del material laminar compuesto pueden reciclarse de manera
conveniente mediante técnicas de reciclaje conocidas. Dado que el
tipo de copolímero utilizado puede "quitarse con soplete" muy
fácilmente, por ejemplo utilizando técnicas conocidas para UBC's
lacadas, es posible obtener un material de substrato metálico limpio
que puede re-utilizarse fácilmente.
Según se utiliza en la presente memoria, el
término "poliolefina" se refiere a cualquier olefina
polimerizada, incluyendo las lineales, ramificadas, cíclicas,
alifáticas, aromáticas, sustituidas o no sustituidas. Más
específicamente, dentro del término se incluyen homopolímeros de
olefina, copolímeros de olefina, copolímeros de una olefina y un
co-monómero no olefínico copolimerizable con la
olefina, tal como monómeros vinílicos, y similares. Ejemplos
específicos incluyen, copolímero de acrilato de etileno y etilo,
copolímero de acrilato de etileno/butilo, copolímero de
metileno/ácido metacrílico, resina de ionómero. La resina de
poliolefina modificada incluye algo de polímero modificado
preparado mediante copolimerización del homopolímero de la olefina o
de su copolímero con un ácido carboxílico insaturado, por ejemplo
ácido maleico, ácido fumárico y similares, o uno de sus derivados
tal como el anhídrido, éster o sal metálica o similares. También
puede obtenerse incorporando al homopolímero o copolímero de
olefina, un ácido carboxílico insaturado, por ejemplo ácido maleico,
ácido fumárico o similares, o uno de sus derivados tal como el
anhídrido, éster o sal metálica o similares.
El substrato metálico está en forma de material
laminar. A continuación, se utilizan estas aleaciones de aluminio
como miembro estructural, para las cuales puede aplicarse las
aleaciones de aluminio tanto tratables con calor como no tratables
con calor. Típicamente, se utilizan aleaciones de aluminio de
series que se escogen entre Aluminium Association 3xxx, 5xxx y
6xxx.
En una realización preferida del material laminar
compuesto de acuerdo con el invento, el substrato metálico se
acopla a dicho vehículo de copolímero cargado por medio de una capa
del metal de carga. En este caso, el vehículo de copolímero se carga
al menos con un material fundente para soldadura fuerte, y si se
desea de manera adicional, con un polvo metálico para además
facilitar la soldadura fuerte.
El vehículo de polímero cargado puede aplicarse
de manera muy ventajosa sobre varios productos metalúrgicos
revestidos, por ejemplo productos metalúrgicos revestidos tales
como los descritos en los documentos
WO-A-98/24571,
WO-A-94/13472 y
WO-A-96/40458.
En una realización del material laminar compuesto
de acuerdo con el invento, dicho vehículo de copolímero está lleno
al menos con un polvo metálico que se escoge en el grupo formado
por: aluminio, silicio, aleación de
aluminio-silicio, cinc, aleación de
aluminio-cinc, magnesio, aleación de
aluminio-magnesio, aleación de
magnesio-cinc, aleación de
aluminio-cinc, cobre, aleación de cobre, níquel,
titanio, plata, indio, plomo, germanio, bismuto, estroncio, estaño,
presentando el polvo metálico un potencial de corrosión diferente
al del substrato metálico subyacente, y presentando el polvo
metálico un potencial de corrosión inferior al del substrato
metálico subyacente.
Puede añadirse una amplia variedad de polvos
metálicos a dicho vehículo de copolímero dependiendo del substrato
laminar metálico utilizado, y cuando se emplea, dependiendo también
del tipo de fundente para soldadura fuerte. El tamaño de las
partículas del polvo metálico varía hasta 200 \mum, aunque el
intervalo preferido es hasta 60 \mum, y del modo más preferido
hasta 10 \mum, dependiendo del espesor de capa de copolímero
aplicada y por motivos de facilidad de procesado.
En los casos en los que el substrato metálico
está hecho de aluminio o de una aleación de aluminio, el vehículo
puede llenarse de manera ventajosa con al menos polvos metálicos
diferentes. Para los fines de la presente solicitud, tanto el
silicio como el germanio se consideran metales.
De manera general, puede utilizarse polvo de
Al-Si o una mezcla apropiada de polvo de Al y polvo
de Si. El primero es más preferido con el fin de garantizar una
mejor capacidad para fluir del agente de soldadura fuerte cuando se
sueldan los productos de aluminio o de aleación de aluminio. Un
contenido en peso preferido de Si en el polvo de
Al-Si es 3-15%, o más
preferiblemente 6-12%, de forma que se garantice una
temperatura de línea del líquido apropiada que permita una soldadura
fuerte excelente. De manera alternativa, pueden añadirse en forma
de polvo de aleación de Mg-Zn o similar, o
aleaciones de las series Al-Si tal como aleación de
Al-Si-Mg y aleación de
Al-Si-Zn. La adición de polvo de Sn
o Cu al polvo metálico o a la mezcla de polvo metálico/material
fundente puede mejorar por ejemplo la resistencia frente a la
corrosión.
La adición de magnesio (Mg) mejora la resistencia
mecánica de la junta provista de soldadura fuerte. La adición de
indio (In) y/o cinc (Zn) y/o aleación de
cinc-aluminio mejora la resistencia frente a la
corrosión, y la adición de bismuto (Bi) y/o estroncio (Sr) mejora
la capacidad de soldadura fuerte de los productos, y además la
adición de berilio (Be) dará lugar a una soldadura fuerte más
perfecta de los productos de aleación de aluminio que contienen
Mg.
En una realización, el vehículo está lleno al
menos con un polvo apropiado de aleación para soldadura fuerte, de
forma que el material compuesto no necesita la capa adicional de
metal de carga o metal de soldadura fuerte sobre al menos uno de los
lados del substrato metálico, los cuales se utilizan de la manera
más frecuente cuando se suelda aluminio o aleaciones de
aluminio.
En una realización del material laminar compuesto
de acuerdo con el invento, la poliolefina comprende etileno. Estos
copolímeros proporcionan una adhesión excelente a los substratos
metálicos, son baratos y fácilmente accesibles a nivel comercial.
Estos copolímeros apenas dejan residuo de carbono sobre el
ensamblaje final provisto de soldadura fuerte. Debido a la
excelente adhesión del copolímero al substrato metálico, no se
produce el descamado durante las operación para conferir forma, ni
incluso en situaciones extremas.
Durante años, los copolímeros de etileno/ácido
metacrílico y los copolímeros de etileno/ácido acrílico así como
sus homólogos de sales metálicas neutralizadas (por ejemplo resinas
de ionómero) han sido considerados los mejores materiales
poliolefínicos para adhesión a metales. Materiales típicos para
termosellado son polietileno ramificado de baja densidad (LDPE),
ionómeros tales como el tipo Surlyn (marca comercial) comercializado
por DuPont Company, copolímeros de etileno/ácido metacrílico tales
como Nucrel (marca comercial) comercializado por DuPont Company,
copolímeros de etileno/ácido acrílico tales como Primacor (marca
comercial) comercializado por Dow, Chemical Company y copolímero de
EVA.
Aunque el invento funciona para una amplia gama
de densidades del polietileno, se prefiere el polietileno de baja
densidad (LDPE), ya que estos polímeros se descomponen a
temperaturas relativamente bajas. En una realización más preferida,
se utilizan VLPDE o incluso UlDPE, ya que estos son incluso más
fáciles de eliminar y se descomponen a temperaturas más bajas.
Cuanto menor es la temperatura de descomposición del copolímero
aplicado, menor es la temperatura de soldadura fuerte que puede
escogerse dependiendo de la carga de soldadura fuerte y/o material
fundente para soldadura fuerte que se utilice.
El vehículo de copolímero puede estar lleno con
varios tipos de materiales fundentes para soldadura fuerte,
dependiendo del tipo de substrato metálico. En una realización de
un substrato de aluminio o de una aleación de aluminio, materiales
fundentes apropiados para soldadura fuerte pueden ser fundentes de
fluoruro, fundentes de cloruro o similares. Los fundentes
apropiados de fluoruro pueden incluir compuestos de fórmula
molécula K_{a}AlF_{a+3} (siendo "a" un número entero igual
o mayor que 1), tales como KAlF_{4}, K_{2}AlF_{5} y
K_{3}AlF_{6}. Además, los fundentes de fluoruro incluyen: una
mezcla sencilla de KF y AlF_{3}; una de sus mezclas eutécticas; y
un determinado complejo tal como fluoroaluminato de potasio. Puede
escogerse cualquiera de estos fundentes, aunque pueden añadirse una
combinación de dos o más de ellos. Otros fundentes apropiados puede
contener fluoroaluminato de potasio mezclado con uno o más de
cloruro de cesio, cloruro de rubidio, fluoruro de litio, fluoruro
de cesio y otras sales de haluros con el fin de rebajar el punto de
fusión del fundente. Algunos ejemplos de fundentes preferidos de
cloruro son los que contienen cloruro amónico, BaCl_{2}, NaCl, KCl
y/o ZnCl_{2}, como componentes principales. Con el fin de
producir el material fundente para soldadura fuerte, puede añadirse
al vehículo tanto uno cualquiera de ellos como una cualquiera de sus
mezclas. Preferiblemente, el material fundente para soldadura
fuerte también se utiliza en forma de polvo, y en la realización de
la combinación con polvo metálico, normalmente están presentes en
una relación en peso de metal/fundente de 1:10 a 10:1.
Preferiblemente, el material fundente para
soldadura fuerte tiene un tamaño medio de partícula de menos de 5
micrómetros, y más preferiblemente de menos de 2 micrómetros. La
utilización de dicho material fundente para soldadura fuerte
relativamente pequeño da como resultado un operación de soldadura
fuerte CAB eficaz, mientras que en la operación para conferir forma
del material laminar compuesto anterior al ensamblaje antes de la
soldadura fuerte no da como resultado ningún desgaste apreciable de
los utensilios. Además, la utilización de dicho material fundente
para soldadura fuerte relativamente pequeño en el vehículo de
copolímero permite utilizar de forma óptima las propiedades de
auto-lubricación del vehículo de copolímero en la
operación para conferir forma. Los expertos en la técnica
comprenderán que el tamaño de partícula del fundente para soldadura
fuerte debe ser menor que el espesor de la capa de copolímero.
De acuerdo con el invento, se ha encontrado que
puede conseguirse una buena soldadura fuerte del ensamblaje
resultante cuando se utilizan cantidades de material fundente para
soldadura fuerte por debajo de las cantidades estándar por cada
lado del material laminar compuesto. Preferiblemente, el material
fundente para soldadura fuerte aplicado a cada lado del material
laminar compuesto no debe exceder 5 gramos/m^{2}, y
preferiblemente es inferior a 3 gramos/m^{2} para conseguir la
soldadura fuerte.
En la actualidad, el material fundente para
soldadura fuerte más ampliamente utilizado es el material de
NOCOLOK (marca comercial). Una ventaja de este fundente para
soldadura fuerte es que es estable a temperatura ambiente bajo
atmósfera normal, porque es esencialmente no higroscópico. Esto
significa que el material compuesto de acuerdo con el invento puede
almacenarse durante un largo período de tiempo sin que el vehículo
y sus cargas se deterioren. No obstante, en caso de que el vehículo
esté cargado de un material que sea susceptible de influencia
atmosférica, entonces puede adherirse otra capa de
(co)polímero sobre el polímero cargado con el fin de aislar
el vehículo de la atmósfera. No resulta necesario la utilización de
una capa metálica de cubrimiento para proteger los utensilios de
procesado posterior frente al daño causado por el polvo en el
vehículo de copolímero.
El invento también consiste en la utilización de
un copolímero de poliolefina/ácido acrílico en un material
compuesto como se descrito anteriormente.
En otro aspecto, el invento consiste en la
utilización de un copolímero de poliolefina/ácido acrílico cargado
con uno o más que se escogen en el grupo formado por material
fundente para soldadura fuerte y polvo metálico, en una cantidad
para lograr la soldadura fuerte, para su utilización en un material
laminar compuesto como se ha descrito anteriormente. En una
realización más preferida para el polvo metálico se elige un metal
en el grupo formado por: aluminio, silicio, aleación de
aluminio-silicio, cinc, aleación de
cinc-aluminio, magnesio, aleación de
magnesio-aluminio, aleación de
magnesio-cinc, aleación de
aluminio-cinc, cobre, aleación de cobre, níquel,
titanio, plata, indio, plomo, germanio, bismuto, estroncio, estaño,
teniendo el polvo de metal un potencial de corrosión diferente del
substrato metálico subyacente, y teniendo el polvo metálico un
potencial de corrosión menor que el del substrato metálico
subyacente.
\newpage
En otro aspecto del invento se proporciona un
método para fabricar un material laminar compuesto como se ha
descrito anteriormente, en el que el copolímero se mezcla en primer
lugar a una temperatura dentro del intervalo de hasta la temperatura
normal de procesado del copolímero utilizado, por ejemplo por medio
de extrusión, con el material fundente para soldadura fuerte y/o
con polvo metálico en ausencia de un disolvente, y a continuación
se aplica sobre el substrato de aluminio o de aleación de aluminio,
estando en forma de material laminar o de extrusión. Cuando el
método se utilice a escala industrial, la mezcla puede aplicarse
sobre el substrato metálico por medio de técnicas tales como
co-extrusión, pulverización, pulverización térmica,
laminación, calandering y revestimiento por rollo. En el material
laminar compuesto resultante, el material fundente para soldadura
fuerte y/o el polvo metálico se disponen de forma esencialmente
homogénea por todo el vehículo de copolímero, donde el vehículo de
copolímero tiene un espesor apropiado en el intervalo de hasta 150
micrómetros, y preferiblemente hasta 50 micrómetros, y más
preferiblemente hasta 10 micrómetros, y del modo más preferido de
no más de 5 micrómetros, y cubre esencialmente todo el área
superficial de al menos uno de los lados del substrato metálico. El
espesor del vehículo de copolímero cargado es esencialmente el
mismo a lo largo de todo el área superficial cubierta.
De acuerdo con el invento, se ha encontrado que
la mezcla del copolímero con el material fundente para soldadura
fuerte se lleva a cabo preferiblemente en ausencia de agua como
disolvente del copolímero, y más preferiblemente en ausencia de
cualquiera disolvente del copolímero. Esto logra el efecto de que se
requieran menos etapas de procesado para el método de fabricación
del material laminar compuesto del invento, por ejemplo se suprime
la etapa de secado del vehículo cargado aplicado. Además, se logra
el efecto de que la posterior operación de soldadura fuerte CAB
puede llevarse a cabo con una eficacia mucho mayor, en particular
debido a que se ha encontrado a partir del trabajo experimental que
los copolímeros del tipo mencionado anteriormente que utilizan agua
como disolvente son muy difíciles de utilizar en las posteriores
operaciones de soldadura fuerte. Las razones que hay detrás de esto
todavía no se comprenden en su totalidad.
Dado que el substrato metálico está en forma de
material laminar, el material laminar compuesto se enrolla de
manera ventajosa y posteriormente se transporta al fabricante de
ensamblajes provistos de soldadura fuerte, que no tiene que aplicar
más el material fundente para soldadura fuerte. Aquí el material
laminar compuesto se puede desenrollar, medir, cortar, se le puede
conferir forma cuando sea necesario, ensamblar y calentar con
objeto de eliminar el vehículo de copolímero y posteriormente
calentar a una temperatura por encima del punto de fusión de la
aleación de soldadura fuerte para unir las superficies del
ensamblaje por medio de soldadura fuerte, y a continuación dejar
enfriar el ensamblaje provisto de soldadura fuerte.
Cuando sea posible, se puede combinar de manera
ventajosa el calentamiento del ensamblaje que tiene por objeto
eliminar el vehículo de copolímero con el fin de exponer su carga
al substrato metálico con el calentamiento que tiene por objeto el
ciclo de soldadura fuerte. Debido a la naturaleza
auto-lubricante del copolímero utilizado, es
posible formar el material laminar compuesto
auto-lubricante de acuerdo con el invento sin
necesidad de un lubricante. Además, se evitan por un lado la
necesidad de aplicar el fundente para soldadura fuerte por medio de
baño o pulverización, secar el fundente para soldadura fuerte
aplicado, etc., y por otro todas las desventajas relacionadas con
estas etapas.
En otro aspecto, el invento se refiere a un
ensamblaje provisto de soldadura fuerte que comprende al menos un
componente hecho de un material laminar compuesto de acuerdo con
este invento, siendo el ensamblaje provisto de soldadura fuerte
preferiblemente por medio de una operación de soldadura fuerte
CAB.
En otro aspecto, el invento se refiere a un
ensamblaje provisto de soldadura fuerte como se ha descrito
anteriormente, que tiene al menos una superficie interna provista
de soldadura fuerte. De esta forma se consigue que el ensamblaje no
precise ser fundido por separado sobre la superficie interna
después de montar el ensamblaje antes de al soldadura fuerte
CAB.
En otro aspecto del invento, se proporciona un
método para fabricar un ensamblaje provisto de soldadura fuerte
utilizando el material laminar compuesto como se ha descrito
anteriormente, que comprende las etapas siguientes:
- (a)
- conferir forma a las partes de las cuales al menos una parte está hecha del material laminar como se ha descrito anteriormente o se obtiene por medio del método descrito anteriormente;
- (b)
- ensamblar las partes en el ensamblaje;
- (c)
- someter el ensamblaje a soldadura fuerte mediante una operación de soldadura fuerte CAB para conseguir la soldadura fuerte;
- (d)
- enfriar el ensamblaje provisto de soldadura fuerte por debajo de 100ºC con una velocidad de enfriamiento de al menos 20ºC/min.
Esto consigue el efecto proporcionando un método
para la fabricación de un ensamblaje provisto de soldadura fuerte,
que evita varias etapas de procesado por parte del fabricante del
ensamblaje provisto de soldadura fuerte, tales como el fundido
individual de las superficies interna y externa mediante la
aplicación del fundente de soldadura fuerte por medio de baño o
pulverización, secado del fundente para soldadura fuerte aplicado,
etc. y todas las desventajas relacionadas con estas etapas. Otras
ventajas de este método se han descrito anteriormente.
Debe mencionarse en la presente memoria que, a
partir del documento
US-A-5.251.374, se conoce un método
para ensamblar una unidad de intercambiador de calor provista de
soldadura fuerte. En el método conocido, durante el ensamblaje de
las distintas partes de forma local y precisa, puede emplearse un
fundente-composición de soldadura fuerte sobre las
superficies específicas, con el fin de facilitar la soldadura
fuerte de las juntas interna y externa del intercambiador de calor.
El fundente-composición de soldadura fuerte consta
de un fundente convencional, tal como partículas de
tetrafluoroaluminato de potasio, un polvo de
aluminio-silicio, un metal cuyo potencial de
electrodo es menor que el de la aleación de aluminio que constituye
los tubos y los colectores, y un agente de enlace. El agente de
enlace está hecho de hidroxipropilcelulosa. En una realización
alternativa, el fundente-composición de soldadura
fuerte se suspende en un vehículo líquido, tal como un sistema de
vehículo de glicerina-etilenglicol, para permitir
que el fundente-composición de soldadura fuerte
pueda ser aplicado en forma de lodo.
Debe mencionarse en la presente memoria que, a
partir del documento
US-A-5.360.158, se conoce un miembro
de aleación revestida con fundente para colocar de forma selectiva
un compuesto fundente entre la aleación que contiene aluminio y la
junta del ensamblaje que se va a unir. El miembro de aleación
revestida con fundente comprende un miembro de banda formado a
partir de la aleación y un revestimiento de fundente adherido de
forma considerable a todas las superficies externas del miembro de
banda, comprendiendo el revestimiento de fundente el compuesto de
fundente dispersado en un agente de enlace adhesivo, escogiéndose el
agente de enlace adhesivo en el grupo formado por (a) resinas
naturales que se escogen en el grupo de agua-resina
blanca y goma, y (b) resinas epoxi solubles en agua, y por lo cual
el miembro de aleación revestida con fundente permite que el
compuesto fundente se coloque de forma selectiva en la junta del
ensamblaje para eliminar considerablemente la presencia de
compuesto fundente en exceso en la junta.
Además, debería mencionarse en la presente
memoria que, a partir del documento
WO-A-98/50197, se conoce un método
que comprende revestir un material formado de aluminio susceptible
de unión con una composición de fundente que comprende
0,5-25 partes en peso de un compuesto polimérico que
tiene un peso molecular medio de 50.000-5.000.000 y
que comprende unidades repetidas de óxido de alquileno,
5-30 partes en peso de un fundente de fluoruro, y
agua añadida como vehículo líquido en una cantidad tal que
proporcione una cantidad total de composición de 100 partes en
peso, calentar el área revestida para eliminar el agua, calentar el
área revestida para descomponer y eliminar el compuesto polimérico
y a continuación dirigir el calor para llevar a cabo la soldadura
fuerte.
El documento US-A- 4 981 526
describe una composición para soldar aluminio o una aleación de
aluminio, que contiene polvo de aleación de aluminio y un agente de
enlace de resina termoplástica de base acrílica.
El documento
WO-A-82/03221 se refiere a un
copolímero de etileno-ácido acrílico que puede utilizarse como
fundente, por ejemplo aplicado a un componente como
revestimiento.
Ahora se explicará el invento por medio de
distintos ejemplos no limitantes.
A escala de laboratorio de ensayo, se midieron
las características combustión de varios polímeros empleando
Análisis Térmico Gravimétrico (TGA). Esta técnica TGA mide la
disminución de peso frente a la temperatura. Se han determinado los
siguientes datos: (a) la temperatura a la cual la disminución de
temperatura se hace cero, y (b) el peso residual a esta
temperatura. La Tabla 1 muestra los resultados para varios
polímeros ensayados.
| Polímero | Temperatura | Peso residual |
| [ºC] | [%] | |
| Polietilenterftalato (PET) | 534 | 8,6 |
| Polivinilacetato (PVA) | 534 | 8,9 |
| Copolímero de polietilenácido (PEA) | 500 | 0,02 |
| Polietileno ácido maleínico modificado (PE) | 500 | 0,02 |
| Copolímero de polietilenvinilacetato (PEVA) | 507 | 0,2 |
| Polivinilbutirato (PVB) | 496 | 2,1 |
\newpage
A partir de los resultados de la Tabla 1 puede
verse que los copolímeros PEA, PEVA y PE ensayados presentan buenas
propiedades de combustión, y de los cuáles PEA y PE muestran
excelentes propiedades de combustión. Además, se ensayaron otras
calidades de PEA y todas mostraron propiedades de combustión
excelentes.
A escala de laboratorio de ensayo, se mezclaron,
durante 20 minutos a temperatura de 210ºC, 183 gramos de Nucrel
1214 (marca comercial) disponible a nivel comercial con 165 gramos
de material fundente para soldadura fuerte NOCOLOK (tamaño de
partícula entre 0,5 y 20 \mum, con un d10=0,76 \mum y d90=4,99
\mum). Se utilizó un material laminar para soldadura fuerte que
consistía en un material de núcleo de las series de aleación AA3003
de 0,4 mm de espesor de con un revestimiento de 10% del espesor del
núcleo de un material de las series AA4343. Las láminas se limpiaron
con etanol. Se aplicó el copolímero mezclado con el material
fundente entre las dos láminas del material fundente para soldadura
fuerte, seguido de presión durante 1 minuto a una presión de 100
bares a una temperatura de 250ºC. Tras aplicar presión, las dos
láminas se separaron inmediatamente y se las dejó enfriar a
temperatura ambiente, dando lugar a un copolímero cargado con un
espesor de 5 \mum. Repitiendo este procedimiento mediante la
colocación de un material limpio laminar para soldadura fuerte sobre
la lámina de soldadura fuerte con un espesor de vehículo de 5
\mum, el espesor del vehículo resultante es de 2,5 \mum.
Posteriormente, el material laminar para soldadura fuerte con el
vehículo de copolímero cargado se colocaron de nuevo en la prensa
fijando la temperatura de las placas en 160ºC y colocando una
lámina de Teflón (marca comercial) sobre el lado revestido del
vehículo. Se produjo una presión de 250 bares durante 30 segundos,
lo cual se llevó a cabo para suavizar la superficie del fundente de
copolímero.
El material laminar para soldadura fuerte con el
vehículo cargado de 5 y 2,5 \mum de espesor se sometieron a
soldadura fuerte durante 1 min. a 585ºC en condiciones controladas
de CAB empleando un flujo de nitrógeno. Las configuraciones
provistas de soldadura fuerte consistían en un material laminar para
soldadura fuerte con dimensiones de 25x25 mm en la parte superior,
en donde se colocó una tira de 1 mm de espesor de aluminio de las
series AA1000 doblada en forma de V; el ángulo de la forma de V es
de 45º. La configuración aplicada era idéntica a la mostrada en la
Fig. 3 del documento SAE-980052 titulado
"Stability of R124a in the presence of Nocolok flux residues"
de C. Meurer et al. La junta provista de soldadura fuerte resultante
fue excelente, el tamaño del cordón era fino, éste era suave y sin
rugosidades, y la capacidad humectante de la carga en la esquina
del doblez en forma de V mostró un buen ascenso capilar.
Análogo al Ejemplo 2, en este experimento se
mezclaron 135 gramos de Nucrel (marca
comercial)-1214, 125 gramos de material fundente
para soldadura fuerte NOCOLOC (el mismo que en el Ejemplo 2) y 81
gramos de polvo de silicio (pureza mayor de 99% y menor de 325 de
malla) y se aplicó sobre un material de núcleo de las series AA3003
sin material de revestimiento. El espesor del vehículo cargado
resultante fue de 50 \mum.
El material laminar de soldadura fuerte con el
vehículo cargado de 50 \mum de espesor se sometieron a soldadura
fuerte durante 1 min. a 590ºC en condiciones controladas de CAB
empleando un flujo de nitrógeno. Las configuraciones provistas de
soldadura fuerte consistieron en un material laminar para soldadura
fuerte con dimensiones de 25x25 mm en la parte superior, en donde
se colocó una tira de 1 mm de espesor de aluminio de las series
AA1000 doblada en forma de V; el ángulo de la forma de V es de 45º.
La configuración aplicada era idéntica a la mostrada en la Fig. 3
del documento SAE-980052 titulado "Stability of
R124a in the presence of Nocolok flux residues" de C. Meurer et
al. La junta provista de soldadura fuerte resultante fue excelente,
el tamaño del cordón era fino, éste era suave y sin rugosidades, y
la capacidad humectante de la carga en la esquina del doblez en
forma de V mostró un buen ascenso capilar.
Se sometió a ensayos de Erichsen el material
laminar compuesto para soldadura fuerte de acuerdo con el invento,
que comprendía un vehículo cargado de 20 \mum de espesor en ambos
lados del material laminar. Los parámetros fueron: 138 mm de
diámetro del blanco, 0,5 mm de espesor del blanco, fuerza de la
matriz de embutición de 5-8 kN. Se encontró que
para una relación de embutición de 1,84 no tenía lugar la
delaminación del copolímero, ni en el interior ni en el exterior de
las copas de embutición profunda.
Habiéndose descrito ya el invento, resultará
aparente para cualquiera de los expertos en la técnica, que pueden
hacerse muchos cambios y modificaciones sin apartarse del alcance
del invento según se expone en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. Un material laminar compuesto enrollado para
soldadura fuerte, que tiene una estructura que comprende un
substrato de aluminio o de una aleación de aluminio sobre al menos
uno de los lados acoplado a una capa que tiene un espesor de hasta
150 \mum y que comprende un copolímero de poliolefina/ácido
acrílico como vehículo cargado con un material fundente para
soladura fuerte de un fundente de fluoruro y/o un fundente de
cloruro en cantidad suficiente para lograr la soldadura fuerte, y el
material fundente para soldadura fuerte tiene un tamaño medio de
partículas de menos de 5 \mum, y la cantidad de material fundente
para soldadura fuerte por cada lado del material laminar compuesto
es inferior a 5 gramos/m^{2} y está dispuesto de manera
esencialmente homogénea en la totalidad de dicha capa de vehículo
de copolímero y el espesor de la capa de vehículo de copolímero
cargada es esencialmente el mismo en toda el área superficial
cubierta.
2. Un material laminar compuesto para soldadura
fuerte de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene una estructura
que comprende un substrato de aluminio o de una aleación de
aluminio sobre al menos uno de los lados acoplado a una capa que
comprende un copolímero de poliolefina/ácido acrílico como vehículo
cargado tanto con un material fundente para soldadura fuerte como
con un polvo metálico, en una cantidad suficiente para lograr la
soldadura fuerte.
3. Un material laminar compuesto de acuerdo con
la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho substrato está acoplado a
dicho vehículo de copolímero cargado a través de una capa de metal
de carga.
4. Un material laminar compuesto de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la capa de
vehículo de copolímero tiene un espesor de hasta 150 \mum, y
preferiblemente hasta 50 \mum, y cubre esencialmente todo el área
superficial de al menos uno de los lados del substrato de aluminio o
de aleación de aluminio.
5. Un material laminar compuesto de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material
fundente para soldadura fuerte en combinación con el polvo metálico,
está dispuesto de manera esencialmente homogénea en toda la capa de
vehículo de copolímero.
6. Un material laminar compuesto de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el material
fundente para soldadura fuerte tiene un tamaño medio de partículas
de menos de 2 \mum.
7. Un material laminar compuesto de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la cantidad
de material fundente para soldadura fuerte por cada lado del
material laminar compuesto es menor que 3 gramos/m^{2}.
8. Un material laminar compuesto de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho
vehículo de copolímero está al menos cargado con un polvo metálico
que se escoge entre el grupo formado por: aluminio, silicio,
aleación de aluminio-silicio, cinc, aleación de
aluminio-cinc, cobre, aleación de cobre, níquel,
titanio, plata, indio, plomo, germanio, bismuto, estroncio, estaño,
teniendo el polvo metálico un potencial de corrosión diferente al
del substrato metálico subyacente, y teniendo el polvo metálico un
potencial de corrosión inferior al del substrato metálico
subyacente.
9. Un material laminar compuesto de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la
poliolefina comprende etileno.
10. La utilización de un copolímero de
poliolefina/ácido acrílico en un material laminar compuesto como se
ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
11. La utilización de un copolímero de
poliolefina/ácido acrílico como vehículo cargado con uno o más
polvos metálicos que se escogen en el grupo definido en la
reivindicación 8, en un material laminar compuesto como se ha
definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
12. La utilización de un copolímero de
polietileno/ácido acrílico en un material laminar compuesto como se
ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
13. La utilización de un copolímero de
polietileno/ácido acrílico como vehículo cargado con uno o más
fundentes para soldadura fuerte o polvos metálicos que se escogen
en el grupo definido en una cualquiera de las reivindicaciones 7 u
8, en un material laminar compuesto como se definido en una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
14. Un método para fabricar un material laminar
compuesto para soldadura fuerte de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 9, que comprende (a) mezclar el copolímero
de poliolefina/ácido acrílico con el material fundente para
soldadura fuerte y/o polvo metálico en ausencia de disolvente para
el copolímero, y (b) aplicar una mezcla de dicho copolímero cargado
con el material fundente para soldadura fuerte y/o el polvo
metálico a al menos una superficie del substrato metálico, en una
cantidad suficiente para conseguir la posterior soldadura
fuerte.
\newpage
15. Un método para fabricar un ensamblaje
provisto de soldadura fuerte utilizando una lámina de soldadura
fuerte, que comprende las etapas sucesivas de:
- (i) formar partes de las cuales al menos una está hecha del material laminar de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 u obtenida por medio del método de acuerdo con la reivindicación 14;
- (ii) ensamblar las partes dentro en el ensamblaje;
- (iii) someter a soldadura fuerte el ensamblaje en una operación de soldadura fuerte bajo atmósfera controlada (CAB) para conseguir la soldadura fuerte; y
- (iv) enfriar el ensamblaje provisto de la soldadura fuerte por debajo de 100ºC a una velocidad de enfriamiento de al menos 20ºC/min.
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