ES2574256T3 - Conjunto plaqueado de aleación de aluminio para tubo de intercambiador de calor con plaqueado protector interior y perturbador soldado - Google Patents
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Abstract
Conjunto de dos chapas de soldadura caracterizado por lo que: -la primera chapa está constituida por una aleación de la serie AA3xxx plaqueada en una cara con una aleación de la serie AA1xxx, -la segunda chapa está constituida por una aleación de aluminio de la serie AA3xxx plaqueada en sus dos caras con una aleación de la serie AA4xxx, -ambas chapas se unen entre sí por soldadura para formar un canal cerrado, o tubo, con un perturbador interior en el que circulan gases de escape, en particular de un vehículo automóvil, solos o asociados a otro fluido, típicamente aire, -la cara del canal expuesta a estos gases o a esta mezcla es la cara revestida con la aleación 1xxx de la primera chapa que forma el canal, la segunda formando el perturbador interior.
Description
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DESCRIPCION
Conjunto plaqueado de aleacion de aluminio para tubo de intercambiador de calor con plaqueado protector interior y perturbador soldado
Antecedentes de la invencion
La invencion se refiere al ambito de las chapas de soldadura para tubos de intercambiadores de calor realizados con aleaciones de aluminio, especialmente los que se utilizan para el enfriamiento o la optimizacion del rendimiento de los motores, la calefaccion o el aire acondicionado del habitaculo.
Se refiere mas particularmente a los tubos de intercambiadores sometidos a un entorno corrosivo riguroso como los tubos de refrigeradores de aire de sobrealimentacion sometidos a una recirculacion de los gases de escape, y generalmente provistos de un perturbador destinado a mejorar el intercambio de calor por aumento de la superficie de intercambio y perturbacion de la circulacion del fluido interior.
Estado de la tecnica
Hoy en dfa, las aleaciones de aluminio son las que mas se utilizan en la fabricacion de intercambiadores de calor para la automocion debido a su poca densidad que permite un ahorro de peso, especialmente con respecto a las aleaciones cuprosas, y garantiza a la vez buena conduccion termica, facilidad de uso y buena resistencia a la corrosion.
Salvo indicacion contraria, todas las aleaciones de aluminio de las que se trate mas adelante cumplen con las denominaciones definidas por la “Aluminum Association” en las “Registration Record Series” que publica periodicamente.
Los intercambiadores constan de tubos para la circulacion del fluido interior y de aletas o separadores asf como eventualmente de un perturbador para aumentar la transferencia termica entre el fluido interior y el fluido exterior, y su fabricacion se hace bien sea por union mecanica o por soldadura.
En el caso de los refrigeradores de aire de sobrealimentacion conocidos por el especialista con el nombre de RAS (Refrigerador de Aire de Sobrealimentacion), la configuracion habitual es la siguiente: la chapa de alma que constituye el tubo (comunmente llamada fleje de acero), generalmente de aleacion de aluminio de la serie AA3xxx, esta revestida en sus caras exterior e interior con una aleacion calificada como de soldadura, generalmente de la serie AA4xxx. Esta presenta la ventaja de fundir a una temperatura inferior a la temperatura de fusion del alma y, por aplicacion de un ciclo termico de soldadura, de poder crear una union entre dos materiales a unir, es decir soldar, o eventualmente una union del fleje de acero sobre si mismo para cerrar el tubo por soldadura, una alternativa siendo una soldadura autogena.
Dicha configuracion se ilustra en la figura 1 donde el alma del fleje de acero lleva la referencia 2 y sus plaqueados interior y exterior de aleacion de soldadura la referencia 1. Los separadores, que se situan entre las distintas filas de tubos, estan constituidos por una aleacion de la serie AA3xxx no plaqueada. De la misma manera los perturbadores, que en su caso se integran en los tubos, tambien son de aleacion de la serie AA3xxx no plaqueada. La soldadura de los separadores dentro de los tubos se realiza mediante el plaqueado 4xxx de la cara exterior del tubo. La soldadura de los perturbadores en los tubos se realiza mediante el plaqueado 4xxx de la cara interior del tubo. Las aleaciones AA3xxx utilizadas para los separadores y los perturbadores pueden ser identicas o no. La aleacion AA3xxx utilizada para el alma del tubo suele ser una aleacion llamada “long-life”, es decir con buena resistencia a la corrosion exterior, salina.
Un esquema de dicho tubo con perturbador se representa en la figura 2 donde el tubo lleva la referencia 1, el perturbador la referencia 3 y los plaqueados de aleacion de soldadura la referencia 2. Un ejemplo se describe en la solicitud EP 0283937 A1 de Nihon Radiator Co. Ltd.
Hoy en dfa existen disenos de motores en los que se preve inyectar gases de escape en el refrigerador de aire de sobrealimentacion para que se mezclen con aire limpio y se redirijan hacia la admision con el objetivo final de reducir las emisiones contaminantes de los vehfculos.
En esta configuracion, los gases de escape susceptibles de condensarse pueden generar en el refrigerador un medio corrosivo particularmente riguroso, caracterizado en particular por un pH bajo (que puede ser significativamente inferior a 3).
En el caso de la configuracion de los tubos del estado de la tecnica como se ha descrito anteriormente, una difusion importante del silicio, contenido en la aleacion de plaqueado de la serie AA4xxx, hacia la aleacion de alma que
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constituye la carcasa del tubo se produce durante la operacion de soldadura, degradando asf su capacidad de resistencia a la corrosion.
Una solucion conocida por el especialista consiste en intercalar durante la colaminacion, entre la aleacion de alma del tubo y su revestimiento interior de aleacion de soldadura de la serie AA4xxx, un plaqueado intermedio de aleacion de la serie AAlxxx o AA7xxx.
Dicha configuracion se representa esquematicamente en la figura 3 donde el alma del tubo lleva la referencia 3, el revestimiento exterior de aleacion de la serie AA4xxx la referencia 4, el revestimiento interior tambien de aleacion de la serie AA4xxx la referencia 1 y el revestimiento intermedio de aleacion de la serie AAlxxx o AA7xxx la referencia 2.
Dicho revestimiento actua por limitacion de la difusion de silicio del plaqueado interior hacia el alma del tubo durante la soldadura, mejorando asf su comportamiento en corrosion.
Una aleacion sacrificial, tfpicamente de la serie AA7xxx, puede utilizarse igualmente como aleacion de plaqueado intermedia.
Estas chapas con “plaqueado multiple” son conocidas por el especialista y se describen, en particular, en las solicitudes JP 2003027166 A de Kobe Steel Ltd. Shinko Alcoa, JP 2005224851 A de Shinko Alcoa Yuso Kizai KK, WO 2006/044500 A2 y WO 2009/142651 A2 de Alcoa Inc, WO 2007/042206 A1 de Corus Aluminium Walzprodukte GmbH, US 2010/0159272 A1 de Novelis, etc.
El uso de este tipo de chapas con “plaqueado multiple” en un refrigerador de aire de sobrealimentacion con circulacion de gases de escape se describe en la solicitud WO 2008/063855 de Modine Mfg Co.
Otra solucion que se describe en las solicitudes EP 1762810 A1 y US 2007/0051503 A1 de Behr America Inc. consiste en favorecer la creacion de una “brown band”, conocida por el especialista, entre el alma de aleacion de la serie AA3xxx del perturbador y su plaqueado de aleacion de la serie AA4xxx (tfpicamente AA4045), durante la soldadura de tipo clasico dentro del tubo. Del mismo modo, el tubo es tfpicamente de aleacion AA3xxx con plaqueado AA4xxx en sus dos caras. De hecho, segun un modo de realizacion altamente privilegiado, el tubo y el perturbador estan constituidos por el mismo material.
Sin embargo, pese a que tales configuraciones permitan mejorar un poco la resistencia a la corrosion del tubo, pueden resultar insuficientes en condiciones de solicitacion particularmente rigurosas, como es el caso para los intercambiadores de calor sometidos a una recirculacion de los gases de escape especialmente caracterizados por un pH bajo.
Otras soluciones consisten en la aplicacion de un tratamiento de superficie despues de la soldadura para mejorar la resistencia a la corrosion interior del tubo. Tal es el caso de la solucion que se describe en la solicitud FR 2916525 A1 de Valeo Systemes Thermiques que preconiza un revestimiento a base de resinas. Otro ejemplo de tratamiento de superficie, en tal caso una deposicion electroceramica, se da en la solicitud WO 2010/019664. Por su parte, la solicitud FR 2930023 de Valeo Systemes Thermiques menciona la posibilidad de realizar la inmersion en agua hirviente del conjunto del intercambiador para formar boehmita. Por ultimo, la solicitud EP 1906131 A2 de International Truck describe una solucion que consiste en la aplicacion de un tratamiento de superficie metalico a base de Ni o Co en la cara interior del tubo y sobre el perturbador.
Otras soluciones radican en el uso de una combinacion de materiales distintos, en particular aluminio y acero inoxidable. La solicitud WO2008/095578 de Behr GmbH & Co. reivindica asf el uso de acero inoxidable para el perturbador mientras que el tubo sigue siendo de aluminio, cuando la solicitud EP 1906127 de International Truck propone un tubo de aluminio plaqueado con acero inoxidable en su cara interior y un perturbador que sigue siendo de acero inoxidable.
Sin embargo, dichas opciones se revelan demasiado costosas para constituir una realizacion muy satisfactoria desde el punto de vista industrial.
Problema planteado
La invencion pretende optimizar la eleccion de los materiales o chapas de soldadura de aleacion de aluminio destinados a la realizacion de los tubos de intercambiador con perturbador soldado, para mejorar su comportamiento en un entorno corrosivo riguroso como aquello que se crea por recirculacion de los gases de escape de un vehfculo automovil, sin exceso de materia utilizada ni volumen o peso notables, y autorizar a la vez condiciones de fabricacion, a partir de las chapas de soldadura, por lo menos equivalentes a las soluciones de la tecnica anterior desde el punto de vista de la facilidad de uso y del coste.
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Objeto de la invencion
La invencion tiene por objeto un conjunto de dos chapas de soldadura, la primera esta constituida por una aleacion de la serie AA3xxx plaqueada en una cara con una aleacion de la serie AA1xxx, y la segunda por una aleacion de aluminio de la serie AA3xxx plaqueada en sus dos caras con una aleacion de la serie AA4xxx, ambas chapas uniendose entre si por soldadura, para formar un canal cerrado, o tubo, con un perturbador interior en el que circulan gases de escape, en particular de un vehfculo automovil, solos o asociados a otro fluido, tfpicamente aire, la cara del canal expuesta a estos gases o a esta mezcla siendo la cara revestida con la aleacion 1xxx de la primera chapa que forma el canal, la segunda formando el perturbador interior.
Segun un modo preferente, la segunda chapa de soldadura esta constituida por una aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 1,0 Cu: 0,3 - 1,0 Mn: 0,3 - 2,0 Mg: 0,3 - 3,0 Zn < 6,0 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 2,0 Co < 2,0 Bi < 0,5 Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio,
plaqueada en sus dos caras con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, las correspondientes dos chapas uniendose entre si por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
Segun un modo de realizacion aun mas preferente, la segunda chapa que forma el perturbador esta constituida por una aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 0,5 Cu: 0,35 - 1,0 Mn: 1,0 - 2,0 Mg: 0,35 - 0,7 Zn < 0,2 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 1,0 Co < 1,0 Bi < 0,5 Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio, plaqueada en sus dos caras con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, las correspondientes dos chapas siempre uniendose entre si por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
Por otra parte, la primera chapa de soldadura que forma el canal o tubo puede proveerse en su cara exterior de aletas, o separadores, realizadas a su vez a partir de una chapa de alma de aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 1,0 Cu: 0,3 - 1,0 Mn: 0,3 - 2,0 Mg: 0,3 - 3,0 Zn < 6,0 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 2,0 Co < 2,0 Bi < 0,5 Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio, revestida en sus dos caras con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo
menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, y unidas al canal o tubo por
soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
Preferentemente, las correspondientes aletas, o separadores, se realizan a partir de una chapa de alma de aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 0,5 Cu: 0,35 - 1,0 Mn: 1,0 - 2,0 Mg: 0,35 - 0,7 Zn < 0,2 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 1,0 Co < 1,0 Bi < 0,5 Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio, revestida en sus dos caras con una
aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo
menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, y se unen al canal o tubo por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
Segun otra variante, la chapa de soldadura que forma el canal o tubo esta revestida en la cara exterior del correspondiente canal o tubo con una capa de plaqueado de aleacion de la serie AA4xxx y provista en dicha capa de aletas, o separadores, unidas por soldadura.
Ademas, el canal o tubo puede realizarse a partir de una chapa de alma de aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 1,0 Cu: 0,3 - 1,0 Mn: 0,3 - 2,0 Mg: 0,3 - 3,0 Zn < 6,0 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 2,0 Co < 2,0 Bi < 0,5 Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio, plaqueada en su cara exterior con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, y proveerse en dicha capa de aletas, o separadores, unidas por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
Mas preferentemente, el canal o tubo puede realizarse a partir de una chapa de alma de aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
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Si: 0,3 - 1,0 Fe < 0,5 Cu: 0,35 - 1,0 Mn: 1,0 - 2,0 Mg: 0,35 - 0,7 Zn < 0,2 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 1,0 Co < 1,0 Bi < 0,5 Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio, plaqueada en su cara exterior con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, y proveerse en dicha capa de aletas, o separadores, unidas por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
Por ultimo, dichas chapas de soldadura pueden utilizarse ventajosamente para la constitucion de tubos con perturbador de un intercambiador de calor, especialmente del tipo conocido con el nombre de EGRC (Exhaust Gas Recirculation Cooler) en el que circulan unicamente gases de escape de un vehfculo automovil o del tipo conocido con el nombre de RAS (Refroidisseur d'Air de Suralimentation, en ingles CAC “Charged Air Cooler”) en un circuito EGR (Exhaust Gas Recirculation) en el que circula una mezcla de aire frfo y de gases de escape de un vehfculo automovil. Efectivamente, la invencion tambien radica en este tipo de tubo de intercambiador de calor en el que circulan gases de escape, en particular de un vehfculo automovil, solos o asociados a otro fluido, tfpicamente aire, realizado a partir de las correspondientes chapas de soldadura, asf como en un intercambiador de calor que comprende por lo menos un tubo de este tipo.
Descripcion de las figuras
La figura 1 representa una chapa de soldadura de tres capas, la chapa de alma lleva la referencia 2 y la aleacion de soldadura (tambien llamada capa de plaqueado) presente en cada una de las caras del alma la referencia 1.
La figura 2 representa esquematicamente un tubo 1 con perturbador 3, una aleta o un separador (no representados, exteriores al tubo) que pueden unirse a la cara exterior del tubo por soldadura. De la misma manera el perturbador se une a la cara interior del tubo por soldadura. Con este fin, ambas caras del tubo estan revestidas con un material calificado como de soldadura o de plaqueado generalmente de la serie AA4xxxx (referencia 2 en la figura).
La figura 3 representa esquematicamente la chapa de soldadura utilizada para el tubo de la figura 2 pero donde se intercalo, entre la aleacion de alma del tubo y su revestimiento interior de aleacion de soldadura de la serie AA4xxx, un plaqueado intermedio de aleacion de la serie AA1xxx o AA7xxx.
El alma del tubo lleva la referencia 3, el revestimiento exterior de aleacion de la serie AA4xxx la referencia 4, el revestimiento interior tambien de aleacion de la serie AA4xxx la referencia 1 y el revestimiento intermedio de aleacion de la serie AA1xxx o AA7xxx la referencia 2.
La figura 4 representa esquematicamente un tubo 1 con perturbador 4 segun la invencion, el correspondiente perturbador esta constituido por una chapa de soldadura plaqueada y el tubo 1 se realiza igualmente a partir de una chapa de soldadura constituida por una chapa de alma, tfpicamente de aleacion de la serie AA3xxx, revestida en la cara interior del tubo con una capa 3 de plaqueado de aleacion de la serie AA1xxx y en la cara exterior con una capa 2 de aleacion de soldadura de la serie AA4xxx, para recibir por soldadura aletas no revestidas.
Descripcion de la invencion
La invencion consiste en la eleccion juiciosa de las aleaciones de aluminio que constituyan las chapas de soldadura utilizadas para la realizacion de canales o tubos de intercambiador de calor con perturbador, mas particularmente adaptadas a los tubos de intercambiadores sometidos a un entorno corrosivo riguroso como, en particular, los tubos sometidos a una recirculacion de los gases de escape de un vehfculo automovil.
Precisamente, el perturbador situado dentro del tubo esta destinado a perturbar la circulacion del fluido interior y a aumentar el intercambio de calor con el medio exterior.
Tfpicamente, dicho perturbador consiste, en todo caso en el marco de la invencion, en una chapa ondulada en su longitud, parecida a una aleta o separador de intercambiador, cuya realizacion es bien conocida por el especialista como lo recuerda el parrafo “Estado de la tecnica”.
Tambien en el marco de los elementos considerados para la invencion, el tubo tanto como el perturbador se realizan por plegado y union, segun los medios habituales conocidos por el especialista, de chapas de soldadura.
El perturbador se une con el interior del tubo por soldadura. Con este fin, la chapa de soldadura que constituye el perturbador consiste en una chapa de alma de aleacion de la serie AA3xxx, revestida en sus dos caras con una capa de plaqueado de aleacion de soldadura de la serie AA4xxx.
El tubo esta constituido por otra chapa de soldadura que consiste en una chapa de alma de aleacion de la serie AA3xxx, y la invencion consiste, en particular, en proveer su cara interior de un revestimiento por plaqueado y en elegir con este proposito una aleacion de la serie AA1xxx.
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Segun la invencion, este mismo tubo puede revestirse en su cara exterior con una capa de plaqueado de aleacion de la serie AA4xxx, para permitir la soldadura en la correspondiente cara exterior del tubo de aletas, tambien llamadas separadores, no revestidas, o eventualmente del tubo sobre si mismo.
Tfpicamente, el plaqueado de las distintas aleaciones que constituyen las chapas de soldadura puede realizarse por colaminacion, metodo muy corriente y conocido por el especialista.
Por otra parte, la patente EP 1687456 B1 de la solicitante describe una composicion de chapa de soldadura del tipo chapa de alma de aleacion de la serie AA3xxx, revestida en una o dos caras con una aleacion de soldadura de la serie AA4xxx que permite la soldadura sin fundente en atmosfera controlada (tambien calificada como protectora) tfpicamente de nitrogeno y/o argon, en un horno utilizado de forma estandar para la realizacion del proceso Nocolok®.
Dicha chapa de soldadura esta constituida por una chapa de alma de aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 1,0 Cu: 0,3 - 1,0 Mn: 0,3 - 2,0 Mg: 0,3 - 3,0 Zn < 6,0 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 2,0 Co < 2,0 Bi < 0,5 Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio,
revestida en por lo menos una cara con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall.
Una composicion aun preferente para la aleacion de alma es tal como la que sigue (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 0,5 Cu: 0,35 - 1,0 Mn: 1,0 - 2,0 Mg: 0,35 - 0,7 Zn < 0,2 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 1,0 Co < 1,0 Bi < 0,5 Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio, donde el(los) revestimiento(s) sigue(n) siendo el(los) mismo(s).
Este primer tipo de chapa, y mas ventajosamente aun el segundo, revestida en sus dos caras se elige, segun dos modos preferentes de la invencion, para la realizacion del perturbador que asf puede unirse con el interior del tubo por soldadura sin fundente en atmosfera protectora, lo que permite un notable ahorro de coste y evita cualquier riesgo de problema relacionado con la eventual entrada de fundente residual en el circuito.
Del mismo modo, estas dos composiciones de aleacion, en la misma configuracion de revestimiento en dos caras, pueden utilizarse ventajosamente para la realizacion de las aletas o separadores y su union por soldadura sin fundente con la cara exterior del tubo, o canal, no revestida, es decir directamente sobre la aleacion de alma del tubo de la serie AA3xxx en contacto con la aleacion de la serie AA4xxx de las aletas, segun las susodichas composiciones preferentes.
Claro esta que, tambien segun la invencion, es posible revestir el exterior del tubo, o canal, por plaqueado con una capa de aleacion de soldadura de la serie AA4xxx, lo que permite unir por soldadura aletas o separadores estandar, plaqueados(as) o no. Ademas, los dos tipos de chapa, segun las susodichas composiciones, pueden utilizarse ventajosamente para la realizacion del propio tubo o canal, que sigue revestido en su cara interior con una capa de plaqueado de aleacion de la serie AA1xxx y en su cara exterior con la aleacion de soldadura de la serie AA4xxx que posibilita la soldadura sin fundente en atmosfera protectora de las aletas estandar.
Evidentemente, la invencion presenta una gran ventaja, especialmente para los intercambiadores de calor que comprenden este tipo de tubos, y mas particularmente los intercambiadores de calor del tipo conocido por el especialista con el nombre de EGRC (Exhaust Gas Recirculation Cooler) en los que circulan unicamente gases de escape de un vehfculo automovil o del tipo conocido con el nombre de RAS (Refroidisseur d'Air de Suralimentation, en ingles CAC “Charged Air Cooler”) en un circuito EGR (Exhaust Gas Recirculation) en los que circula una mezcla de aire frfo y de gases de escape de un vehfculo automovil, estos medios siendo particularmente corrosivos en los dos casos.
La invencion podra entenderse mas detalladamente con la ayuda de los siguientes ejemplos que no tienen ninguno caracter limitativo.
Ejemplos
Se colaron varias placas de aleacion de alma 3916 y de aleacion de soldadura AA4045 asf como placas de aleacion AA1050 asf como una placa de cada aleacion 3920 y 4945.
La aleacion 3916 tenia la siguiente composicion (% en peso):
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Si: 0,18 Fe: 0,15 Cu: 0,65 Mn: 1,35 Ti: 0,08 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio.
La aleacion 3920 tenia la siguiente composicion (% en peso):
Si: 0,5 Fe: 0,15 Cu: 0,5 Mn: 1,65 Mg: 0,5 Ti: 0,08 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio.
La aleacion 4945 es una aleacion AA4045 que ademas contiene el 0,15 % de Bi.
Se realizaron uniones a partir de estas placas para obtener, al final de la transformacion, los porcentajes de plaqueado (en % del espesor total) indicados en el cuadro 1 mas adelante.
Dichas uniones se laminaron en caliente y despues en frio para producir bandas plaqueadas con un espesor de 0,40 mm para los tubos y 0,20 mm para los perturbadores. Dichas bandas se sometieron despues a un tratamiento de restauracion de 2 h a 280°C tras aumento de temperatura a una velocidad de 45 °C/h.
Maquetas de tubos provistos de perturbadores soldados segun el proceso Nocolok® para las referencias 1 a 3 del cuadro 1 y sin fundente para la referencia 4, con una fase de aumento de temperatura de hasta 600 °C a una velocidad de unos 40 °C/min, mantenimiento de 2 min a 600°C y descenso a unos 50 °C/min, con barrido de nitrogeno segun un caudal de 81 /min.
Las configuraciones sometidas a prueba figuran en el cuadro 1 mas adelante.
La configuracion 1 corresponde a un tubo sencillo de aleacion de alma 3916 revestido en dos caras con una aleacion de soldadura AA4045, asi como a un perturbador de aleacion AA3003.
La configuracion 2 es identica, salvo la adicion de una capa intermedia de aleacion AA1050 entre el alma y la aleacion de soldadura interior AA4045. La configuracion 3, segun la invencion, utiliza un tubo de aleacion de alma 3916 revestido exteriormente con una aleacion de soldadura AA4045 e interiormente con una aleacion de soldadura AA1050, asi como un perturbador de aleacion de alma 3916 revestido en dos caras con una aleacion de soldadura AA4045.
Para estos tres casos, la soldadura se realizo segun el proceso Nocolok®, con fundente.
La configuracion 4, segun la invencion, utiliza un tubo de aleacion de alma 3916 revestido exteriormente con una aleacion de soldadura AA4045 e interiormente con una aleacion AA1050 asi como un perturbador de aleacion de alma AA3920 revestido en dos caras con una aleacion de soldadura 4945 (que contiene el 0,15 % de Bi) segun las susodichas composiciones mas preferentes. En este caso, la soldadura se realizo sin fundente en atmosfera protectora de acuerdo con la susodicha patente de la solicitante.
Cuadro 1: Configuracion de las maquetas sometidas a ensayos de corrosion.
- Tubo Perturbador
- Ref.
- Materia Materia
- 1
- 4045 7,5 % / 3916 / 4045 7,5 % 3003
- 2
- 4045 7,5 % / 3916 / 1050 15 % / 4045 7,5 % 3003
- 3
- 4045 10 % / 3916 / 1050 10 % 4045 10 % / 3916 / 4045 10 %
- 4
- 4045 10 % / 3916 / 1050 10 % 4945 10 % / 3920 / 4945 10 %
La resistencia a la corrosion de los tubos fue sometida a prueba con la ayuda de un ensayo de corrosion donde alternaron inmersiones y sumersiones con objeto de reproducir las condiciones a las que se someten los intercambiadores de tipo RAS (Refroidisseur d'Air de Suralimentation) en un circuito EGR (Exhaust Gas Recirculation) a baja presion. Las condiciones detalladas del ensayo efectuado se describen en los siguientes cuadros 2 y 3.
En la practica, el ciclo de ensayos consiste en dos repeticiones de las etapas 1, 2 y 3, seguidas de tres repeticiones de las etapas 4, 5 y 6, y el conjunto se repitio cuatro mil veces.
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Cuadro 2: Parametros del ensayo^ de corrosion.
- Repeti- ciones
- Etapa Lfqui-do Duracion Temperatura Posicion
- x 4000
- x2 1 L1 15 s ambiente Inmersion
- 2
- Aire 45 s ambiente Sumersion
- 3
- Aire 15 min 170°C Sumersion
- x3
- 4 L1 15 s ambiente Inmersion
- 5
- Aire 45 s ambiente Sumersion
- 6
- Aire 15 min ambiente Sumersion
Cuadro 3: Composicion de L1 utilizado para el ensayo de corrosion (en ppm).
- Iones Sulfato
- Iones Nitrato Acido acetico Acido formico Acido propionico Iones Cloruro pH
- 320
- 52 590 3167 474 20 2,5
Los iones sulfato se introdujeron en forma de acido sulfurico, los iones nitrato en forma de acido acetico y los iones cloruro en forma de acido clorhfdrico.
Para cada configuracion sometida a prueba, la calidad de resistencia a la corrosion ha sido evaluada por medio de una observacion de la seccion metalografica del tubo y del perturbador.
Los resultados obtenidos a partir de las caracterizaciones realizadas en las pruebas tomadas a 300 h se recapitulan en el siguiente Cuadro 4.
Cuadro 4: Caracterizacion del ensayo de corrosion al cabo de 300 h.
- Ref.
- Tubo Perturbador Uniones tubo-perturbador
- 1
- Corrosion muy importante, intergranular. Algunos escapes Corrosion por picaduras en algunos sitios. No hay corrosion intergranular Poca corrosion. Algunas soldaduras separadas
- 2
- Corrosion importante intergranular. Algunos escapes Corrosion por picaduras en algunos sitios. No hay corrosion intergranular Poca corrosion. Algunas soldaduras separadas
- 3
- Corrosion muy leve, muy poco profunda. No hay corrosion intergranular. Corrosion intergranular Poca corrosion. No hay soldaduras separadas
- 4
- Corrosion muy leve, muy poco profunda. No hay corrosion intergranular. Corrosion intergranular Poca corrosion. No hay soldaduras separadas
Los tubos de las configuraciones 1 y 2 presentan una importante corrosion que puede ir hasta la perforacion y el deterioro notable de algunas soldaduras que juntan el tubo y el perturbador. En cambio, los perturbadores no plaqueados asociados a este tipo de tubo estan poco oxidados.
Al contrario, las configuraciones 3 y 4, segun la invencion, conducen a una corrosion muy leve del tubo, muchas veces limitada al plaqueado. La corrosion de las soldaduras tambien queda limitada. En cambio, los perturbadores asociados a este tipo de tubo estan sensiblemente oxidados. Sin embargo, esta situacion se considera como mas favorable.
En efecto, una sola perforacion en un tubo provoca un escape en el circuito completo del intercambiador de calor. Un escape en un perturbador provoca una disminucion de la calidad de intercambio de calor del intercambiador.
Por lo cual, se entiende facilmente que es mas importante mantener la integridad del tubo que la del perturbador.
Claims (12)
1.
Conjunto de dos chapas de soldadura caracterizado por lo que:
5 -la primera chapa esta constituida por una aleacion de la serie AA3xxx plaqueada en una cara con una
aleacion de la serie AAlxxx,
-la segunda chapa esta constituida por una aleacion de aluminio de la serie AA3xxx plaqueada en sus dos caras con una aleacion de la serie AA4xxx,
-ambas chapas se unen entre si por soldadura para formar un canal cerrado, o tubo, con un perturbador 10 interior en el que circulan gases de escape, en particular de un vehfculo automovil, solos o asociados a otro
fluido, tfpicamente aire,
-la cara del canal expuesta a estos gases o a esta mezcla es la cara revestida con la aleacion 1xxx de la primera chapa que forma el canal, la segunda formando el perturbador interior.
15 2. Conjunto de dos chapas de soldadura segun la reivindicacion 1, caracterizado por lo que la segunda chapa
de soldadura esta constituida por una aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 1,0 Cu: 0,3 - 1,0 Mn: 0,3 - 2,0 Mg: 0,3 - 3,0 Zn < 6,0 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 2,0 Co < 2,0 Bi < 0,5
Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio,
plaqueada en sus dos caras con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall,
las correspondientes dos chapas uniendose entre si por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
3. Conjunto de dos chapas de soldadura segun la reivindicacion 2, caracterizado por lo que la segunda chapa esta constituida por una aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
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Si: 0,3 - 1,0 Fe < 0,5 Cu: 0,35 - 1,0 Mn: 1,0 - 2,0 Mg: 0,35 - 0,7 Zn < 0,2 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 1,0 Co
< 1,0 Bi < 0,5
Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio,
plaqueada en sus dos caras con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall,
las correspondientes dos chapas uniendose entre si por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
4. Conjunto de dos chapas de soldadura segun una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por lo que esta provisto, en la cara exterior de la primera chapa que forma el canal, de aletas, o separadores, realizadas a su vez a partir de una chapa de alma de aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 1,0 Cu: 0,3 - 1,0 Mn: 0,3 - 2,0 Mg: 0,3 - 3,0 Zn < 6,0 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 2,0 Co < 2,0 Bi < 0,5
Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio,
plaqueada en sus dos caras con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, y unidas al canal por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
5. Conjunto de dos chapas de soldadura segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por lo que esta provisto, en la cara exterior del canal, de aletas, o separadores, realizadas a su vez a partir de una chapa de alma de aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 0,5 Cu: 0,35 - 1,0 Mn: 1,0 - 2,0 Mg: 0,35 - 0,7 Zn < 0,2 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 1,0 Co
< 1,0 Bi < 0,5
Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio,
plaqueada en sus dos caras con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, y unidas al canal por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
6. Conjunto de dos chapas de soldadura segun una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por lo que el canal esta revestido en su cara exterior con una capa de plaqueado de aleacion de la serie AA4xxx y provisto en dicha capa de aletas, o separadores, unidas por soldadura.
7. Conjunto de dos chapas de soldadura segun una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por lo que el canal se realiza a partir de una chapa de alma de aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
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Si: 0,3 - 1,0 Fe < 1,0 Cu: 0,3 - 1,0 Mn: 0,3 - 2,0 Mg: 0,3 - 3,0 Zn < 6,0 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 2,0 Co < 2,0 Bi < 0,5
Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio,
plaqueada en su cara exterior con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, y provista en dicha capa de aletas, o separadores, unidas por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
8. Conjunto de dos chapas de soldadura segun una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado por lo que el canal se realiza a partir de una chapa de alma de aleacion de aluminio de composicion (% en peso):
Si: 0,3 - 1,0 Fe < 0,5 Cu: 0,35 - 1,0 Mn: 1,0 - 2,0 Mg: 0,35 - 0,7 Zn < 0,2 Ti < 0,1 Zr < 0,3 Cr < 0,3 Ni < 1,0 Co < 1,0 Bi < 0,5
Y < 0,5 otros elementos < 0,05 cada uno y 0,15 en total, resto aluminio,
plaqueada en su cara externa con una aleacion de aluminio de soldadura que contiene entre el 4 y el 15 % de silicio y entre el 0,01 y el 0,5 % de por lo menos uno de los elementos Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb, Pd, Sb, Y o de Mischmetall, y provista en dicha capa de aletas, o separadores, unidas por soldadura sin fundente en atmosfera protectora.
9. Conjunto de dos chapas de soldadura segun una de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado por lo que entra en la constitucion de un intercambiador de calor.
10. Conjunto de dos chapas de soldadura segun la reivindicacion 9 caracterizado por lo que entra en la constitucion de un intercambiador de calor del tipo conocido con el nombre de EGRC (Exhaust Gas Recirculation Cooler) en el que circulan unicamente gases de escape de un vehfculo automovil.
11. Conjunto de dos chapas de soldadura segun la reivindicacion 9 caracterizado por lo que entra en la constitucion de un intercambiador de calor del tipo conocido con el nombre de RAS (Refroidisseur d'Air de Suralimentation, en ingles CAC “Charged Air Cooler”) en un circuito EGR (Exhaust Gas Recirculation), en el que circula una mezcla de aire frfo y de gases de escape de un vehfculo automovil.
12. Tubo de intercambiador de calor en el que circulan gases de escape, en particular de un vehfculo automovil, solos o asociados a otro fluido, tfpicamente aire, realizado a partir de un conjunto de chapas de soldadura segun una de las reivindicaciones 1 a 8.
13. Intercambiador termico caracterizado por lo que comprende por lo menos un tubo segun la reivindicacion 12.
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