ES2375045A1 - Método de soldadura fuerte por resistencia. - Google Patents

Método de soldadura fuerte por resistencia. Download PDF

Info

Publication number
ES2375045A1
ES2375045A1 ES200931208A ES200931208A ES2375045A1 ES 2375045 A1 ES2375045 A1 ES 2375045A1 ES 200931208 A ES200931208 A ES 200931208A ES 200931208 A ES200931208 A ES 200931208A ES 2375045 A1 ES2375045 A1 ES 2375045A1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
sheet
aluminum
steel
electrode
contribution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
ES200931208A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2375045B1 (es
Inventor
José Carlos SOTELO RODRÍGUEZ
Daniel GESTO RODRÍGUEZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asociacion de Investigacion Metalurgica del Noroeste AIMEN
Original Assignee
Asociacion de Investigacion Metalurgica del Noroeste AIMEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asociacion de Investigacion Metalurgica del Noroeste AIMEN filed Critical Asociacion de Investigacion Metalurgica del Noroeste AIMEN
Priority to ES200931208A priority Critical patent/ES2375045B1/es
Publication of ES2375045A1 publication Critical patent/ES2375045A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2375045B1 publication Critical patent/ES2375045B1/es
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0004Resistance soldering

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Método de soldadura fuerte por resistencia, para unir una chapa de acero (1) y una de aluminio (2), donde se dispone entre ambas chapas una lámina de material de aporte (3) con temperatura de fusión menor que la de dichas chapas. Se aplica sobre la chapa de acero (1) un primer electrodo (4) de CuCrZr, de geometría troncocónica, y sobre la chapa de aluminio (2) un segundo electrodo (5) de CuCrZr, y de geometría plana, siendo el área de contacto del primer electrodo (4) con la chapa de acero (1) menor que el área de contacto del segundo electrodo (5) con la chapa de aluminio (2). A través de los electrodos (4, 5) se aplica una corriente que origina una energía calorífica, la cual funde únicamente la lámina de material de aporte (3), produciéndose la reacción de éste con la superficie de ambas chapas (1, 2) realizándose la unión de ambas.

Description

Método de soldadura fuerte por resistencia.
Campo técnico de la invención
La presente invención pertenece al campo técnico de la metalurgia, concretamente a los procesos de unión de metales mediante soldadura, y más concretamente mediante soldadura por resistencia, en la que la energía calorífica necesaria para la unión es generada por efecto Joule, al hacer pasar una corriente eléctrica de alta intensidad a través de un área de reducido tamaño de los materiales a unir. El método de la presente invención se centra en el sector automovilístico, en la unión de acero y aluminio, con el objeto de reducir peso en los vehículos.
\vskip1.000000\baselineskip
Antecedentes de la invención
En los últimos años se ha tendido a la reducción del peso de los vehículos, debido sobre todo a la cada vez más exigente normativa medioambiental europea, que establece un límite máximo de emisiones gaseosas (CO_{2}). Una reducción del peso implica un menor consumo de combustible y, en consecuencia, una disminución de emisiones de CO_{2} al ambiente. Para conseguir esta reducción de peso desde hace tiempo se vienen utilizando materiales ligeros, entre los que destacan, por encima de todos, el aluminio y sus aleaciones.
El aluminio es 2,6 veces más ligero que el acero pero ofrece una resistencia específica mayor, y una excelente capacidad de absorción de energía. Además es un metal autopasivante con muy buena resistencia a la corrosión, unas excelentes conductividades térmica y eléctrica y, además es reciclable. Por todo esto, el aluminio (y sus aleaciones) es el segundo material metálico más empleado en la fabricación de automóviles, constituyendo el material principal en un buen número de vehículos de gama alta. Un importante inconveniente es su mayor coste, en comparación con el acero, aunque ello no ha impedido su implantación en multitud de componentes de vehículos de gama media y alta cadencia productiva.
A pesar de las excelentes prestaciones ofrecidas por el aluminio y sus aleaciones, el material por antonomasia en la fabricación de automóviles sigue siendo el acero. Por tanto, las aleaciones de aluminio y los aceros están destinados a convivir en las carrocerías de los vehículos futuros, incluso con materiales de otra naturaleza, como plásticos, compuestos o incluso cerámicos.
La unión de aluminio-acero cobra desde hace años una gran importancia en la industria del automóvil. Sin embargo, la unión por fusión entre el aluminio y acero es difícil, debido a sus propiedades fuertemente disimilares.
Algunas de las técnicas de soldadura más prometedoras para la unión entre acero y aluminio, según el artículo "Assemblages Aluminium Acier: Developpments recents" (2007) del Instituto Belga de la Soldadura, son el Cold Metal Transfer (CMT), ColdArc o la soldadura láser; técnicas donde la unión se lleva a cabo a través de la fusión del aluminio con muy bajo aporte térmico. O bien técnicas en las que la unión se realiza sin ninguna fusión, sino en base a deformación plástica, como en el caso de Friction Stir Welding o de Magnetic Pulse Welding (MPW). En ninguno de los casos citados el acero se funde.
Por otra parte, la empresa Corus RD&T perfeccionó la tecnología híbrida de láser y brazing, con "Fluxless Laser Brazing", distinguido por la ausencia de flux, fuente en ocasiones de corrosión.
La técnica Magnetic Pulse Welding (MPW) no aporta calor, sino une los materiales haciendo circular por las piezas un campo magnético. Se emplea la fuerza electromagnética para acelerar y hacer impactar una pieza contra otra, consiguiendo una unión en estado sólido. Es un proceso rápido que suele utilizarse principalmente en uniones a solape tubo-tubo o tubo-placa. Mediante este procedimiento se logra que los efectos térmicos sean muy localizados.
La soldadura de aluminio-acero por puntos es posible también con Friction Stir Spot Welding (FSSW), en la que se realiza una soldadura en estado sólido (sin fusión del material) con un calentamiento muy localizado, disminuyéndose la distorsión y tensiones residuales de los componentes. Por este proceso se pueden unir materiales disimilares, siendo un proceso rápido y con alta reproducibilidad.
A pesar de existir varias alternativas para la unión de aluminio a acero, se continúan investigando nuevas soluciones para conseguir mejores propiedades mecánicas de la unión y mejor apariencia del resultado que consiga eliminar posteriores operaciones de mecanizado. El conseguir un proceso cuya flexibilidad y productividad fuese equiparable a la unión por resistencia y cuya unión diese los resultados de la unión por brazing, conseguiría, en definitiva, mejorar los resultados obtenidos con las técnicas que se están empleando en la actualidad en la unión a solape de chapa de aluminio-acero de pared delgada. Era por tanto deseable un método que consiguiera una unión de aluminio y acero eficaz, evitando los inconvenientes existentes en los anteriores sistemas del estado de la técnica.
\vskip1.000000\baselineskip
Descripción de la invención
La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un método de soldadura fuerte por resistencia, para realizar la unión disímil de una chapa de acero con una chapa de aluminio, ambas de pequeño espesor.
En este método se sitúa una lámina de material de aporte entre la chapa de acero y la chapa de aluminio, teniendo este material de aporte una temperatura de fusión menor que la del acero y la del aluminio.
Los electrodos de soldadura en contacto con los materiales a soldar necesarios para cerrar el circuito eléctrico son de material CuCrZr. El primer electrodo, en contacto con la chapa de acero, tiene geometría troncocónica, mientras que el segundo electrodo, en contacto con la chapa de aleación de aluminio, tiene geometría plana. Además, el área de contacto del primer electrodo con la chapa de acero es menor que el área de contacto del segundo electrodo con la chapa de aluminio. Con esta configuración lo que se consigue es que el calor generado se concentre por el lado de la chapa de acero, el cual tiene un punto de fusión mayor que el aluminio. De esta forma, y mediante una precisa regulación de parámetros, se conseguirá que funda el material de aporte sin que lo hagan las chapas de acero y aluminio, evitándose el efecto fragilizador de los compuestos intermetálicos de la interfase.
A través de estos electrodos se aplica a un área de reducido tamaño de las chapas a soldar una corriente continua de media frecuencia, mediante un equipo de soldadura, lo que origina una energía calorífica por efecto Joule, la cual funde únicamente la lámina de material de aporte, permaneciendo las chapas de acero y aluminio en estado sólido. De esta forma, se produce la reacción del material de aporte con la superficie de ambas chapas y se realiza la unión de ambas al solidificar dicho material de aporte.
Los electrodos, además de transportar y concentrar la corriente en la zona de unión de las chapas, tienen la función de ejercer un esfuerzo de forja sobre éstas fundamental para la consolidación de la soldadura.
Como se ha indicado anteriormente, la energía calorífica generada durante el proceso no tiene como propósito la fusión de las chapas de aluminio y acero a unir, sino que se trata de fundir únicamente el material de aporte depositado entre éstas, ya que este material de aporte tiene una temperatura de fusión inferior a la de los materiales a unir. Una vez fundido, el material de aporte reacciona con la superficie de los materiales, solidifica y genera un puente de unión por mecanismos de difusión entre el acero y el aluminio.
De forma preferente, la lámina de material de aporte está realizada en una aleación aluminio-silicio, concretamente una aleación Al_{12}Si, designada según la American Welding Society (AWS) como BAISi-9. El silicio, elemento presente en la aleación es afín tanto al aluminio como al acero, lo que provoca una unión efectiva a ambos, y una unión efectiva entre ellos.
\vskip1.000000\baselineskip
Descripción de las figuras
A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie de figuras.
La figura 1 es una vista esquemática de la etapa inicial del método objeto de la presente invención, en la que se aplica una lámina de material de aporte entre las chapas de acero y aluminio.
La figura 2 es una vista esquemática de la etapa de aplicación de los electrodos sobre las chapas.
En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son:
1.
chapa de acero.
2.
chapa de aluminio.
3.
lámina de material de aporte.
4.
primer electrodo de medios de soldadura.
5.
segundo electrodo de medios de soldadura.
\vskip1.000000\baselineskip
Descripción de realizaciones preferentes de la invención
El objeto de la presente invención es un método de unión de dos chapas metálicas, concretamente una chapa de acero 1 y una chapa de aluminio 2, mediante soldadura fuerte por resistencia. Las chapas 1,2 a unir son de pequeño espesor, de forma preferente de 1 mm. de espesor.
La figura 1 muestra la etapa inicial del método, en la que se dispone una lámina de material de aporte 3 entre la chapa de acero 1 y la chapa de aluminio 2, presentando este material de aporte 3 una temperatura de fusión menor que la de las chapas 1,2.
A continuación, tal y como se puede observar en la figura 2, se aplica sobre la zona de chapa de acero 1 a soldar un primer electrodo 4 para soldadura, que está realizado en CuCrZr, y es de geometría troncocónica, y sobre la zona de chapa de aluminio 2 a soldar un segundo electrodo 5 realizado también en CuCrZr y de geometría plana.
A través de los dos electrodos 4,5 se aplica una corriente continua de media frecuencia mediante un equipo de soldadura, lo que origina una energía calorífica que funde únicamente la chapa de material de aporte 3, manteniéndose en estado sólido las chapas de acero 1 y de aluminio 2, al ser la temperatura de fusión del material de aporte 3 menor que la del acero y la del aluminio. Una vez fundido, el material de aporte 3 reacciona con la superficie de las chapas 1,2, solidifica, y genera un puente de unión por mecanismos de difusión entre ambas.
El equipo de soldadura utilizado para la aplicación de corriente de forma preferente emplea un sistema "inverter".
Según una realización preferida de los electrodos 4,5 utilizados, el primer electrodo 4, del lado del acero y de geometría troncocónica, presenta 6 mm. de diámetro de cara activa, mientras que el segundo electrodo, del lado del aluminio y de geometría plana, presenta 20 mm. de diámetro de cara activa. Como se muestra en dicha figura 2, el área de contacto del primer electrodo 4 con la chapa de acero 1 es menor que el área de contacto del segundo electrodo 5 con la chapa de aluminio 2, con lo que se consigue que la energía calorífica generada se concentre en el lado de la chapa de acero 1, que de los tres materiales, es el que tiene mayor punto de fusión, con lo que, mediante una precisa regulación de parámetros funde únicamente el material de aporte 3, produciéndose una dilución mínima de la superficie de la chapa de aluminio 2 en contacto con la lámina de material de aporte 3.
De acuerdo con una realización preferente de la invención, la lámina de material de aporte 3 tiene 0,1 mm. de espesor, y está realizada en una aleación aluminio-silicio, concretamente una aleación Al_{12}Si, designada como BAISi-9. Esta aleación Al_{12}Si proporciona un rango de temperaturas de soldadura entre 582ºC y 604ºC. El silicio presente en la aleación es afín a los dos materiales a unir, lo que provoca una unión efectiva de dicho material de aporte 3 a ambos, y una unión efectiva entre ellos.
Según la realización preferente del método de soldadura objeto de la presente invención, los electrodos ejercen un esfuerzo de forja sobre las chapas 1,2 metálicas de 280 daN fundamental para la consolidación de la soldadura. Además, la intensidad de corriente proporcionada por el equipo de soldadura es de 14-15 kA, se aplica un tiempo de soldeo de 8 ciclos/segundo.
Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.

Claims (3)

1. Método de soldadura fuerte por resistencia, para la unión de una chapa de acero (1) y de una chapa de aluminio (2), caracterizado porque comprende las etapas de:
- disposición de una lámina de material de aporte (3) entre la chapa de acero (1) y la chapa de aluminio (2), que tiene una temperatura de fusión menor que la de la chapa de acero (1) y la de la chapa de aluminio (2),
- aplicación sobre la zona de la chapa de acero (1) a soldar de un primer electrodo (4) para soldadura, realizado en CuCrZr, y de geometría troncocónica, y aplicación sobre la zona de la chapa de aluminio (2) a soldar de un segundo electrodo (5) para soldadura, realizado en CuCrZr, y de geometría plana, siendo el área de contacto del primer electrodo (4) con la chapa de acero (1) menor que el área de contacto del segundo electrodo (5) con la chapa de aluminio (2),
- aplicación a través de los dos electrodos (4,5) de una corriente continua de media frecuencia mediante un equipo de soldadura,
originándose una energía calorífica que funde únicamente la lámina de material de aporte (3), produciéndose la reacción de éste con la superficie de ambas chapas (1,2) y realizándose la unión de ambas al solidificar dicho material de aporte (3).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método de soldadura fuerte por resistencia, según la reivindicación 1, caracterizado porque la lámina de material de aporte (3) está realizada en una aleación aluminio-silicio.
3. Método de soldadura fuerte por resistencia, según la reivindicación anterior, caracterizado porque la aleación aluminio-silicio de la lámina de material de aporte (3) es Al_{12}Si.
ES200931208A 2009-12-21 2009-12-21 Método de soldadura fuerte por resistencia. Expired - Fee Related ES2375045B1 (es)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200931208A ES2375045B1 (es) 2009-12-21 2009-12-21 Método de soldadura fuerte por resistencia.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES200931208A ES2375045B1 (es) 2009-12-21 2009-12-21 Método de soldadura fuerte por resistencia.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2375045A1 true ES2375045A1 (es) 2012-02-24
ES2375045B1 ES2375045B1 (es) 2013-03-25

Family

ID=45562521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES200931208A Expired - Fee Related ES2375045B1 (es) 2009-12-21 2009-12-21 Método de soldadura fuerte por resistencia.

Country Status (1)

Country Link
ES (1) ES2375045B1 (es)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110306137A (zh) * 2019-06-28 2019-10-08 南京理工大学 一种层状铜铬锆-纯铜复合板材的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62238066A (ja) * 1986-04-08 1987-10-19 Nippon Light Metal Co Ltd アルミニウム材と鋼材の接合方法
JPH09225631A (ja) * 1996-02-16 1997-09-02 Nippon Light Metal Co Ltd 接合方法
EP1149654A2 (en) * 2000-04-25 2001-10-31 Alcoa Inc. Electrode geometry design for optimized aluminium resistance spot welding
JP2004066324A (ja) * 2002-08-08 2004-03-04 Neis Co Ltd アルミニウム系金属と異材金属のろう付け方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62238066A (ja) * 1986-04-08 1987-10-19 Nippon Light Metal Co Ltd アルミニウム材と鋼材の接合方法
JPH09225631A (ja) * 1996-02-16 1997-09-02 Nippon Light Metal Co Ltd 接合方法
EP1149654A2 (en) * 2000-04-25 2001-10-31 Alcoa Inc. Electrode geometry design for optimized aluminium resistance spot welding
JP2004066324A (ja) * 2002-08-08 2004-03-04 Neis Co Ltd アルミニウム系金属と異材金属のろう付け方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110306137A (zh) * 2019-06-28 2019-10-08 南京理工大学 一种层状铜铬锆-纯铜复合板材的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
ES2375045B1 (es) 2013-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kah et al. Trends in joining dissimilar metals by welding
Mathieu et al. Laser brazing of a steel/aluminium assembly with hot filler wire (88% Al, 12% Si)
Sierra et al. Galvanised steel to aluminium joining by laser and GTAW processes
TWI451928B (zh) Laser welding method
US20170282303A1 (en) Welding electrode design for expelling organic material in weld bonding
CN106001886A (zh) 利于不同金属点焊的锥形电流
CN101941119A (zh) 一种激光填丝连接铝合金与钢的方法
CN102091872A (zh) 适用于镁/钢、镁/钛的激光偏移焊接方法
TWI783095B (zh) 使用熱噴覆層之多階段接合方法
Peyre et al. Generation and characterization of T40/A5754 interfaces with lasers
Ozaki et al. Dissimilar metal joining of zinc coated steel and aluminum alloy by laser roll welding
Panaskar et al. A review on recent advances in friction stir lap welding of aluminium and copper
JPH0481288A (ja) 鋼系材料とアルミニウム系材料との接合方法
Ozaki et al. Laser roll welding of dissimilar metal joint of zinc coated steel to aluminum alloy
JP4768487B2 (ja) 異材接合方法
JP2011067830A (ja) 銅板と鋼板のレーザ接合方法
ES2375045A1 (es) Método de soldadura fuerte por resistencia.
JP6153744B2 (ja) 溶接継手の製造方法
JP4566091B2 (ja) 異材接合方法
JP4518892B2 (ja) 異材接合方法
JP4931506B2 (ja) 異材接合方法
CN110270750B (zh) 包括具有钢板的钢工件和铝工件的电阻点焊工件堆叠
JP2015066588A (ja) 異種金属材料の抵抗溶接方法及び車両用部品
Kügler et al. Inductive preheating in laser beam welding of multimaterial joints of 22MnB5 and AA6016
JP2006159240A (ja) 高エネルギ密度ビーム溶接品、高エネルギ密度ビーム溶接方法、溶接方法、溶接補助装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2375045

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B1

Effective date: 20130325

FD2A Announcement of lapse in spain

Effective date: 20210915