ES2640562T3 - Procedimiento para la fabricación de productos de chapa de acero hechos a medida, soldados y conformables en caliente y producto soldado correspondiente - Google Patents

Procedimiento para la fabricación de productos de chapa de acero hechos a medida, soldados y conformables en caliente y producto soldado correspondiente Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la fabricación de productos de chapa de acero, en el que placas de acero al manganeso-boro o cintas de acero al manganeso-boro con un espesor y/o una calidad de material diferentes se sueldan entre sí a lo largo de una junta (7) formada por cantos de las placas de acero o de las cintas de acero, caracterizado por que antes del proceso de soldadura se aplica al menos parcialmente sobre al menos un canto de soldadura de las placas de acero o las cintas de acero (8, 9) a unir entre sí un líquido viscoso, en particular una pasta, o una sustancia sólida, pulverulenta o de tipo aerosol que contienen al menos un componente que aumenta la resistencia de la costura de soldadura (10) a crear y que se seleccionan y/o se ajustan respecto a su contenido de carbono de tal modo que el porcentaje de masa de carbono en la costura de soldadura (10) se aumenta al 0,25 hasta el 0,40 % en peso, preferentemente del 0,30 al 0,40 % en peso, mediante la aplicación del líquido viscoso o de la sustancia sólida, pulverulenta o de tipo aerosol y por que, después de la soldadura, se enfría bruscamente la costura de soldadura, se calienta a una temperatura por encima de la temperatura de austenización y se vuelve a enfriar bruscamente, de modo que la costura de soldadura presenta una resistencia en el intervalo de 1500 MPa a 2000 MPa, preferentemente en el intervalo de 1700 MPa a 1900 MPa.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para la fabricacion de productos de chapa de acero hechos a medida, soldados y conformables en caliente y producto soldado correspondiente
La invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de productos de chapa de acero, en el que placas de acero al manganeso-boro o cintas de acero al manganeso-boro con un espesor y/o una calidad de material diferentes se sueldan entre si a lo largo de una junta formada por cantos de las placas de acero o cintas de acero, as! como se refiere a un producto de chapa de acero (semiproducto) destinado a la fabricacion de un componente conformado en caliente y compuesto de placas de acero al manganeso-boro o de cintas de acero al manganeso- boro, soldadas entre si a lo largo de una junta, con un espesor y/o una calidad de material diferentes (vease, por ejemplo, el documento WO2010/045571A1).
En la fabricacion de vehlculos modernos en la actualidad se usan placas de chapa soldadas entre si que presentan distintos espesores de chapa y/o distintas calidades de material. Esto permite adaptar distintos puntos del componente posterior a cargas locales, lo que requerirla en caso contrario piezas de refuerzo adicionales. De este modo se puede reducir el peso del componente respectivo. Ademas, se pueden ahorrar costes de fabricacion. La union de las placas de chapa se realiza, por lo general, como junta a tope mediante soldadura por laser. Las placas de chapa de este tipo se identifican como “tailored blanks” o “tailored welded blanks” (placas soldadas hechas a medida). Cuando se influye de manera especlfica en el proceso de soldadura, en particular mediante el enfriamiento brusco de la costura de soldadura con agua despues del proceso de union, se consigue un endurecimiento de la costura de soldadura, lo que permite reducir la fragilidad de la costura de soldadura (evitacion de perdidas de dureza) y aumentar su resistencia, al menos ajustar una resistencia igual a la de los materiales basicos. Si las placas hechas a medidas se conforman en caliente para obtener un componente tridimensional, la estructura de la costura de soldadura se homogeniza, sin embargo, como resultado del tratamiento termico del semiproducto soldado. Las condiciones de enfriamiento desfavorables o la ausencia de un cierre por arrastre de forma entre la herramienta de conformado y la pieza de trabajo pueden provocar una conversion incompleta de austenita en martensita y una precipitacion de ferrita eutectoide que implican perdidas de dureza en comparacion con los materiales basicos.
La presente invencion tiene el objetivo de proporcionar un procedimiento para la fabricacion de productos de chapa de acero hechos a medida y conformables en caliente, as! como un producto de chapa de acero correspondiente como semiproducto que permita ajustar al menos a un mismo nivel la resistencia de la costura de soldadura respecto a los materiales basicos de las chapas de acero a unir, de modo que se puedan controlar tambien las perdidas de dureza en la costura de soldadura despues de un conformado en caliente con el calentamiento previo a una temperatura de austenizacion.
Este objetivo se consigue mediante un procedimiento con las caracterlsticas de la reivindicacion 1 o mediante un producto de chapa de acero (semiproducto) con las caracterlsticas de la reivindicacion 9.
El procedimiento segun la invencion esta caracterizado por que antes del proceso de soldadura se aplica al menos parcialmente sobre al menos un canto de soldadura de las placas de acero o de las cintas de acero a unir entre si un llquido viscoso, en particular pasta, o una sustancia solida, pulverulenta o de tipo aerosol que contiene al menos un componente que aumenta la resistencia de la costura de soldadura a crear y que se selecciona y/o se ajusta respecto a su contenido de carbono de tal modo que la costura de soldadura presenta despues de un enfriamiento brusco, un calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y un nuevo enfriamiento brusco una resistencia en el intervalo de 1500 MPa a 2000 MPa, preferentemente en el intervalo de 1700 MPa a 1900 MPa, aumentandose el porcentaje de masa de carbono en la costura de soldadura a 0,25 hasta 0,40 % en peso, preferentemente 0,30 a 0,40 % en peso, mediante la aplicacion del llquido viscoso o de la sustancia solida, pulverulenta o de tipo aerosol.
Cuando al menos un componente, que aumenta la resistencia de la costura de soldadura a crear, se introduce en el bano de fusion llquido de soldadura por al menos uno de los cantos de chapa de acero que definen la junta, se produce de manera especlfica una estructura primaria modificada con una composicion qulmica diferente en comparacion con las estructuras de los materiales basicos unidos, que presenta una estructura secundaria preferentemente mas dura que los materiales basicos unidos mediante la soldadura, al menos una estructura con una dureza identica, despues de un enfriamiento brusco en el proceso de soldadura (por ejemplo, templado brusco con agua), de un calentamiento en el proceso de conformado en caliente (tratamiento termico por encima de la temperatura de austenizacion) y de un enfriamiento en el proceso de conformado (conformado en caliente directo o endurecimiento en prensa), pero tambien en las etapas de proceso de un conformado en caliente indirecto.
Por consiguiente, el producto de chapa de acero (semiproducto) segun la invencion esta caracterizado por que su costura de soldadura presenta un contenido de carbono de al menos 0,25 a 0,40 % en peso, preferentemente de al menos 0,30 a 0,40 % en peso, presentando la costura de soldadura despues de un enfriamiento brusco, un calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y un nuevo enfriamiento brusco una estructura con al menos una dureza identica, preferentemente una estructura mas dura que las placas de acero o cintas de acero unidas mediante la soldadura, presentando la costura de soldadura una resistencia en el intervalo
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de 1500 MPa a 2000 MPa, preferentemente en el intervalo de 1700 MPa a 1900 MPa, y presentando la costura de soldadura despues del enfriamiento brusco, del calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y del nuevo enfriamiento brusco una resistencia que es al menos igual, preferentemente al menos 100 MPa, con particular preferencia al menos 200 MPa, mayor que la resistencia de las placas de acero o cintas de acero unidas mediante la soldadura.
Las investigaciones han demostrado que la resistencia de la costura de soldadura en la soldadura por laser se puede aumentar mediante la introduction en particular de carbono en el bano de fusion de soldadura. Una configuration preferida del procedimiento segun la invention preve, por tanto, que como llquido viscoso se use aceite, en particular aceite mineral, y/o grasa. Estos llquidos con contenido de carbono o sustancias solidas, pulverulentas o de tipo aerosol, que contienen al menos un componente que aumenta la resistencia de la costura de soldadura a crear, preferentemente carbono, se pueden obtener de una manera relativamente economica y se pueden suministrar con mucha facilidad al bano de fusion llquido de soldadura.
Otra configuracion ventajosa del procedimiento segun la invencion esta caracterizada por que como llquido viscoso se usa un llquido, en el que estan dispersas partlculas de grafito. De este modo, el carbono se puede suministrar con una concentration variable, en particular una concentration relativamente alta, al bano de fusion llquido de soldadura. El suministro resulta a su vez muy facil, por ejemplo, mediante un conducto de fluido que se gula a lo largo de la junta y desemboca en la misma a distancia del rayo de soldadura. El conducto de fluido puede estar disenado esencialmente de manera rlgida a la flexion, por lo que se puede usar al mismo tiempo como elemento sensor mecanico para guiar el rayo de soldadura a lo largo de la junta.
El llquido viscoso con el al menos un elemento, que aumenta la resistencia de la costura de soldadura, se puede aplicar tambien en otro momento respecto al propio proceso de soldadura en una estacion de mecanizado independiente del dispositivo de soldadura. Sin embargo, la aplicacion del llquido viscoso o de la sustancia solida, pulverulenta o de tipo aerosol, que contiene al menos un elemento que aumenta la resistencia de la costura de soldadura, preferentemente carbono, se ejecuta preferentemente “inline”, es decir, como un mecanizado simultaneo o previo en la instalacion de soldadura. Al aplicarse el llquido cerca del punto de trabajo del rayo de soldadura, el llquido visco se puede suministrar de manera mas fiable y se pueden evitar en gran medida perdidas de llquido.
Con respecto a un suministro especlfico del elemento, que aumenta la resistencia, al bano de fusion llquido de soldadura, as! como a un bajo consumo del llquido, que contiene el elemento, resulta ventajoso tambien que el llquido presente una consistencia altamente viscosa o una consistencia de tipo pasta segun una configuracion preferida del procedimiento segun la invencion. La viscosidad cinematica del llquido, que contiene el elemento que aumenta la resistencia, es, por ejemplo, de al menos 50 x 10-6 m2/s, preferentemente al menos 100 x 10-6 m2/, con particular preferencia al menos 500 x 10-6 m2/s, a una temperatura ambiente de 20 °C.
Otra configuracion preferida del procedimiento segun la invencion preve que el llquido o la sustancia solida, pulverulenta o de tipo aerosol se seleccione y/o se ajuste respecto a su contenido de carbono de modo que la costura de soldadura presente despues del enfriamiento brusco, del calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y del nuevo enfriamiento brusco una resistencia que es al menos igual, preferentemente al menos 100 MPa, con particular preferencia al menos 200 MPa, mayor que la resistencia de las placas de acero o cintas de acero unidas mediante la soldadura.
Otras configuraciones preferidas y ventajosas del procedimiento segun la invencion se indican en las reivindicaciones secundarias.
La invencion se explica detalladamente a continuation con referencia al dibujo adjunto. Muestran en representation esquematica:
Fig. 1 un dispositivo de soldadura por laser en vista lateral; y
Fig. 2 un dispositivo de soldadura por laser y dos placas de acero que se han de unir entre si a tope, en vista en
perspectiva.
En el dibujo esta representada una parte de una maquina de soldar por laser, especlficamente un dispositivo de aproximacion 1 para un cabezal de enfoque (cabezal de mecanizado) 2, y un dispositivo de suministro 3, unido al mismo, para aplicar un llquido viscoso, con preferencia altamente viscoso, que contiene al menos un componente, preferentemente carbono, que aumenta la resistencia de la costura de soldadura 10 a crear. El llquido es, por ejemplo, una pasta grasosa que contiene carbono, aceite de alta viscosidad (aceite mineral) o una dispersion de grafito. La dispersion de grafito esta compuesta preferentemente de grafito molido finamente, disperso en aceite.
El aceite o el llquido, que contiene carbono, se suministra a traves de un conducto de fluido 4 que esta dispuesto por delante del punto de trabajo (foco) 5 del rayo laser 6 en direction de soldadura y desemboca en la junta 7 que se define mediante las chapas de acero 8, 9 a soldar entre si. El conducto de fluido 4 esta configurado esencialmente de manera rlgida a la flexion y actua al mismo tiempo como elemento sensor mecanico o elemento gula para guiar el rayo laser 6 a lo largo de la junta.
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En el caso de las chapas de acero 8, 9 a soldar entre si se trata de placas de acero o cintas de acero con una calidad de material o un espesor de chapa diferente. Segun la invencion, estan compuestas de acero al manganeso- boro, por ejemplo, acero del tipo 22MnB5. Este acero bonificable presenta despues del conformado en caliente excelentes propiedades de resistencia mecanica. El producto de chapa de acero (tailored blank), compuesto de las chapas de acero 8, 9, se transforma a continuation en un componente tridimensional, por ejemplo, una chapa de puerta de vehlculo, mediante el conformado en caliente.
Al introducirse el carbono y/u otro elemento, que aumenta la resistencia de la costura de soldadura 10, en forma de aceite o llquidos altamente viscosos en el bano de fusion llquido de soldadura 11 por los cantos de corte yuxtapuestos de las chapas de acero 8, 9 se produce de manera especlfica una estructura primaria modificada en su composition qulmica en comparacion con las estructuras de los materiales de las chapas de acero unidas 8, 9. En este proceso, la carga fundida de soldadura se mezcla preferentemente al mismo tiempo mediante la aplicacion de un procedimiento de gas mixto. La estructura primaria de la costura de soldadura 10, modificada de esta manera, presenta despues del enfriamiento (templado brusco) en el proceso de soldadura por laser, del calentamiento en el proceso de conformado en caliente a una temperatura por encima de la temperatura austenization y del enfriamiento subsiguiente una estructura secundaria al menos con una dureza identica, preferentemente una estructura secundaria mas dura que los materiales basicos unidos mediante la soldadura. Esto se aplica tanto a un enfriamiento subsiguiente en el proceso de conformado en caliente (endurecimiento directo en prensa) como a un conformado en caliente indirecto (endurecimiento indirecto en prensa).
El aceite o el llquido, que contiene carbono, se selecciona y/o se ajusta respecto a su contenido de carbono de tal modo que la costura de soldadura 10 presenta despues de un enfriamiento brusco, un calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y un nuevo enfriamiento brusco una resistencia en el intervalo de 1500 MPa a 2000 MPa, preferentemente en el intervalo de 1700 MPa a 1900 MPa.
La costura de soldadura 10 presenta segun la invencion despues de un enfriamiento brusco en el proceso de soldadura, de un calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y de un nuevo enfriamiento brusco una resistencia al menos igual, preferentemente al menos 100 MPa, con particular preferencia al menos 200 MPa, mayor en comparacion con las placas de acero o cintas de acero 8, 9 unidas mediante la soldadura. A tal efecto, el porcentaje de masa de carbono en la costura de soldadura 10 se aumenta a 0,25 hasta 0,40 % en peso, preferentemente 0,30 a 0,40 % en peso.
El aumento parcial del contenido de carbono en la costura de soldadura 10 se mantiene en todos los tratamientos termicos siguientes, suponiendose que la costura de soldadura 10 no vuelve a pasar a un estado fundido. Por tanto, mediante el tratamiento termico de la costura de soldadura 10 en esta zona se obtiene una estructura al menos con una dureza identica, preferentemente una estructura mas dura.
La presencia mayor de carbono en la costura de soldadura 10 o en zonas definidas de la costura de soldadura provoca que la austenita tome grandes cantidades de carbono durante la formation a partir de la fase fundida y, por consiguiente, la costura de soldadura 10 o la zona definida de una costura de soldadura por laser contiene una austenita mas rica en carbono para el endurecimiento, lo que se refleja en un endurecimiento mejorado.
En particular cuando se prensan componentes de geometrla muy compleja, la configuration de las herramientas de conformado esta sujeta a limitaciones relativas a la creation del cierre por arrastre de forma. En estos casos se pueden alear de manera especlfica zonas crlticas de la costura de soldadura con contenidos de carbono mayores con el fin de producir estructuras martenslticas en la costura de soldadura 10, independientemente del cierre por arrastre de forma y, por tanto, de la velocidad de enfriamiento. Asimismo, el endurecimiento especlfico de zonas de la costura de soldadura, que deben definir puntos de rotura controlada en el componente terminado, se puede conseguir desde el punto de vista constructivo mediante el procedimiento segun la invencion. En la aplicacion del procedimiento segun la invencion son posibles tambien configuraciones de zonas de la costura de soldadura que han de presentar una resistencia particularmente alta debido a cargas especiales. Con el procedimiento segun la invencion se dispone ademas de un metodo comparativamente economico para conferir (parcialmente) propiedades diferentes a la costura de soldadura 10.
La realization de la invencion no esta limitada a los ejemplos de realization descritos arriba. Mas bien, son posibles numerosas variantes que hacen uso de la invencion indicada en las reivindicaciones adjuntas, incluso en caso de una configuracion diferente. Asl, por ejemplo, dentro del marco de la invencion esta tambien el uso de un rodillo de aplicacion, en vez de un conducto de fluido 4 que desemboca en la junta 7, para aplicar el aceite de alta viscosidad o el llquido de alta viscosidad con contenido de carbono. Es posible asimismo la aplicacion de sustancias solidas o sustancias pulverulentas o de tipo aerosol, lo que permite ajustar de manera especlfica caracterlsticas y propiedades de la costura de soldadura durante la soldadura por laser.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la fabricacion de productos de chapa de acero, en el que placas de acero al manganeso-boro o cintas de acero al manganeso-boro con un espesor y/o una calidad de material diferentes se sueldan entre si a lo largo de una junta (7) formada por cantos de las placas de acero o de las cintas de acero, caracterizado por que antes del proceso de soldadura se aplica al menos parcialmente sobre al menos un canto de soldadura de las placas de acero o las cintas de acero (8, 9) a unir entre si un liquido viscoso, en particular una pasta, o una sustancia solida, pulverulenta o de tipo aerosol que contienen al menos un componente que aumenta la resistencia de la costura de soldadura (10) a crear y que se seleccionan y/o se ajustan respecto a su contenido de carbono de tal modo que el porcentaje de masa de carbono en la costura de soldadura (10) se aumenta al 0,25 hasta el 0,40 % en peso, preferentemente del 0,30 al 0,40 % en peso, mediante la aplicacion del liquido viscoso o de la sustancia solida, pulverulenta o de tipo aerosol y por que, despues de la soldadura, se enfria bruscamente la costura de soldadura, se calienta a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y se vuelve a enfriar bruscamente, de modo que la costura de soldadura presenta una resistencia en el intervalo de 1500 MPa a 2000 MPa, preferentemente en el intervalo de 1700 MPa a 1900 MPa.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que como liquido viscoso se usa aceite, en particular aceite mineral, y/o grasa.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que como liquido viscoso se usa un Kquido en el que estan dispersas particulas de grafito.
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el Kquido o la sustancia solida, pulverulenta o de tipo aerosol se seleccionan y/o se ajustan respecto a su contenido de carbono de tal modo que la costura de soldadura (10) presenta, despues del enfriamiento brusco, del calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y del nuevo enfriamiento brusco, una estructura con al menos una dureza identica, preferentemente una estructura mas dura que las placas de acero o las cintas de acero (8, 9) unidas mediante la soldadura.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el Kquido o la sustancia solida, pulverulenta o de tipo aerosol se seleccionan y/o se ajustan respecto a su contenido de carbono de tal modo que la costura de soldadura (10) presenta, despues del enfriamiento brusco, del calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y del nuevo enfriamiento brusco, una resistencia que es al menos igual, preferentemente al menos 100 MPa, con particular preferencia al menos 200 MPa, mayor que la resistencia de las placas de acero o las cintas de acero (8, 9) unidas mediante la soldadura.
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la aplicacion del liquido viscoso se realiza como tratamiento simultaneo al proceso de soldadura.
  7. 7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que las placas de acero o las cintas de acero (8, 9), soldadas entre si, se transforman a continuacion en un componente tridimensional mediante conformado en caliente, dado el caso, despues de uno o varios cortes.
  8. 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el liquido, que contiene el componente, preferentemente carbono, que aumenta la resistencia, tiene una viscosidad cinematica de al menos 50 x 10-6 m2/s, preferentemente de al menos 100 x 10-6 m2/s, con particular preferencia de al menos 500 x 10-6 m2/s, a una temperatura ambiente de 20 °C.
  9. 9. Producto de chapa de acero destinado a la fabricacion de un componente conformado en caliente y compuesto de placas de acero al manganeso-boro o de cintas de acero al manganeso-boro (8, 9), soldadas entre si a lo largo de una junta (7), con un espesor y/o una calidad de material diferentes, caracterizado por que su costura de soldadura (10) presenta un contenido de carbono de al menos el 0,25 al 0,40 % en peso, preferentemente de al menos el 0,30 al 0,40 % en peso, presentando la costura de soldadura (10), despues de un enfriamiento brusco, un calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y un nuevo enfriamiento brusco, una estructura con al menos una dureza identica, preferentemente una estructura mas dura que las placas de acero o las cintas de acero (8, 9) unidas mediante la soldadura, presentando la costura de soldadura (10) una resistencia en el intervalo de 1500 MPa a 2000 MPa, preferentemente en el intervalo de 1700 MPa a 1900 MPa, y presentando la costura de soldadura (10), despues del enfriamiento brusco, del calentamiento a una temperatura por encima de la temperatura de austenizacion y del nuevo enfriamiento brusco, una resistencia que es al menos igual, preferentemente al menos 100 MPa, con particular preferencia al menos 200 MPa, mayor que la resistencia de las placas de acero o las cintas de acero (8, 9) unidas mediante la soldadura.
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