PT1401610E - Material de brasagem e produto brasado fabricado com ele - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO
MATERIAL DE BRASAGEM E PRODUTO BRASADO FABRICADO COM ELE A presente invenção refere-se a um produto brasado fabricado por brasamento de objetos de um material baseado em ferro com um material de brasagem baseado em ferro.
Diferentes materiais de aço ou baseados em ferro são normalmente unidos por brasamento com materiais de brasagem Ni, Ag ou Cu.
Brasamento é um processo para aperto/união, ao qual a temperatura é inferior do que a temperatura solidus do material base dos objetos que são para serem unidos/apertados.
Materiais de brasagem consistem em material para unir e apertar, que se derrete completa ou parcialmente durante o processo de brasamento. 0 documento US 4 135 656 relaciona-se com uma liga baseada em Ni que contém, contado como percentagem por peso, 19-23 % Mn, 5-8% Si, 4-6 % Cu, 0,6-1,8 % B e equilíbrio com Ni além de quantidades mais pequenas de outros elementos. O documento US 4 314 661 descreve outro tipo de liga baseada em Ni que contém, dado como uma percentagem de átomos 0-4 % Fe, 0-21 % Cr, 0-19 % B, 0-12 % Si, 0-22 % P e equilíbrio com Ni. O documento JP-A 62 227 595 revela um metal preenchidor de brasamento fino com elevada resistência à corrosão para juntar partes de aço inoxidável que incorporam Si < 1,5 % peso, Mn < 1,0 % peso, Cr 10-40 % peso, Ni > 50 % peso, B 1,0-2,5 % peso, ainda Co < 20 % peso opcional e Mo > 20 % peso e Fe equilibrado. O documento JP-A 62 183 994 revela um arame para solda de arco escudado com gás de aço inoxidável que compreende C < 0,15 % peso, Si < 1 % peso, Mn < 2,5 % peso, Cr 11-32 % peso, Ni < 22,5 % peso, Mo < 4 % peso, Fe equilibrado. 0 documento JP-A I 205 898 revela um material de solda que compreende C 0,01-0,03 % peso, Si 0,1-1 % peso, Mn 1-2 % peso, Ni 10-14 % peso, Cr 16-18 % peso, Mo 2-3 % peso e N 0,01-0,1 peso e Fe equilibrado.
Quando se braseia com Cu geralmente utiliza-se Cu puro ou quase puro. O material de brasagem em cobre puro tem um ponto de fusão bem definido, ao passo que materiais de brasagem em níquel dependendo do facto de que são ligas frequentemente têm um intervalo de fusão.
Ao juntar placas de aço inoxidável em placa de trocador de energia térmica, são com frequência utilizados materiais de brasagem em cobre. O cobre não é, contudo, adequado para todos os tipos de aplicações. A utilização de materiais de brasagem de cobre para aplicações alimentares não é permitida, mas é utilizada em placas de trocadores de energia térmica para aquecimento local e para instalações de água corrente.
Trocadores de energia térmica juntos com material de brasagem de níquel são utilizados em muitas aplicações e também são permitidos para um número limitado de aplicações alimentares.
Se materiais de brasagem que contêm ligas de níquel são utilizados para unir objetos de ferro ou materiais não baseados em níquel, a composição das juntas brasadas difere significativamente da composição dos materiais que são unidos. Isto pode resultar em diferenças indesejadas nas propriedades químicas e mecânicas. A presente invenção relaciona-se com objetos unidos através de brasamento utilizando um material de brasagem com principalmente a mesma composição que o material base utilizado para produzir o produto, na qual o material de brasagem contém elementos aditivos que diminuem a sua temperatura liquidus. Consequentemente, o produto brasado da presente invenção, cujo produto brasado é uma placa de trocador de energia térmica, é compatível com requisitos para aplicações alimentares. 0 material de brasagem utilizado para fabricar o produto brasado é principalmente caracterizado por consistir numa liga que além de ferro contém 9-30 % Cr, 0-16 % Mn, preferencialmente 0-8 % Mn e ainda mais preferencialmente 0-5 % Mn, 0-25 % Ni, 0-1 % N e no máximo 7 % Mo, abaixo de 6 % Si, 0-2 % B, preferencialmente 0-1,5 % B e 0-15 % P todos definidos como percentage de peso, cuja adição de boro, fósforo e silício em combinação diminui a temperatura liquidus, que é a temperatura quando o material de brasagem derreteu completamente. O conteúdo em ferro no material de brasagem é adequademente pelo menos 50 %. O material de brasagem tem de conter sempre Fe e Cr. A quantidade eficaz, de trabalho de B e P e Si deveria cair no intervalo dado anteriormente para obter a diminuição desejada do ponto de fusão. A quantidade analisada de Si pode, contudo, ser consideravelmente superior, uma vez que Si pode ocorrer, por exemplo, no estado de carbetos de silício ou nitretos de silício, ser ligados a oxigénio ou sinterizados de alguma forma. Pela mesma razão a quantidade analisada de B ou P pode ser superior.
Materiais de brasagem baseados em ferro pode conter elementos ligados como Ti, W, Al, Cu, Nb, Ta, V e outros. O material de brasagem utilizado para fabricar o produto brasado da presente invenção pode conter 0-20 % Hf e/ou 0-2 % C. Além disso, o material de brasagem utilizado para fabricar o produto brasado da presente invenção pode variar em composição como uma consequência de pequenas quantidades inevitáveis de elementos contaminantes como C, O e S.
Elementos redutores do ponto de fusão são adicionados com vantagem ao material de brasagem em quantidades de acordo com a fórmula seguinte índice= % P + 1,1 x % Si + 3 x % B, onde o valor do índice deveria ser 4,5-18. 0 material de brasagem baseado em ferro é com vantagem produzido por atomização por gás ou água de um lingote com uma composição conforme mencionado anteriormente ou esmagando tal lingote. Outro método alternativo para fabrico é tornado em estado de fusão. A invenção providencia um produto brasado produzido por brasamento junto com objetos baseados em ferro, pelos quais o produto é caracterizado pela união dos objetos com um material de brasagem baseado em ferro que é uma liga que contém elementos redutores de liquidus como B e P e Si. A composição do material de brasagem baseado em ferro é conforme inidicada na reivindicação principal.
Ambos os objetos baseados em ferro no produto brasado e o material de brasagem baseado em ferro contêm com vantagem 9-30 % Cr. O produto brasado é com vantagem uma placa de trocador de energia térmica brasada pretendida para pelo menos dois fluidos trocadores de energia térmica que compreende pelo menos um pacote de placa fabricado por brasamento junto com um número de placas trocadoras de energia térmica de paredes finas de um material baseado em ferro através de um material de brasagem baseado em ferro. As placas trocadoras de energia térmica definem-se entre elas espaços entre placas pretendidas para os fluidos trocadores de energia térmica. As articulações de brasamento obtidas têm uma composição metalúrgica próxima da composição do material de brasagem baseado em ferro com quantidades localmente superiores de B, P, Si dentro e à volta das articulações de brasamento em comparação com o material da placa baseada em ferro.
Para brasamento do material baseado em ferros têm sido tradicionalmente utilizados materiais de brasagem de Cu ou Ni conforme mencionado anteriormente. Surpreendentemente, foi agora verificado que se pode começar com um material base com a mesma composição que o material nos objetos que se desejam unir. Ao ligar tal material com silício e boro e fósforo é possível obter materiais de brasagem que funcionam bem. Ao estudar os diagramas de fase binária para ferro puro e Si, B e P pode-se observar que uma liga de Fe-Si tem um ponto de fusão mínimo de 1212 °C para cerca de 19% Si. Para uma liga de Fe-B existe um mínimo de fusão de cerca de 1174 °C a cerca de 4 % B. No sistema Fe-P existe um mínimo de fusão de cerca de 1048 °C a cerca de 10 % P.
Na maioria dos casos, materiais de ferro puros não são utilizados, mas são utilizadas em vez disso ligas, que além de Fe também contêm quantidades relativamente grandes de Cr e Ni. Em muitas ligas também existe Mo e Mn. Para tentar estabelecer teoricamente o efeito além de quantidades diferentes de boro e/ou fósforo e/ou silício a tais ligas utilizando diagramas de fase é quase impossível, uma vez que o número de dimensões será tão grande quanto o número de elementos na liga.
Para obter uma articulação de brasamento a temperatura liquidus do material de brasagem deveia ser abaixo de 1230 °C, preferencialmente abaixo de 1200 °C.
Surpreendentemente, observou-se que uma adição de uma quantidade relativamente baixa de silício, boro ou fósforo em combinação pode originar tal redução da temperatura liquidus que pode ser obtido um material de brasagem adequado.
No quadro abaixo são dados exemplos diferentes de composições do material de brasagem.
A expressão Bal (equilíbrio) significa que o material remanescente na fusão consiste de Fe.
As amostras foram brasadas a uma temperatura de 1190 °C. O resultado do exame visual do brasamento teste das amostras foi que todas as amostras derreteram e que tinham sido obtidas articulações de brasamento, também foi obtida força mecânica para todas as articulações. O material de brasagem é feito de forma adequada na forma de um pó ou de uma folha metálica. O pó pode ser fabricado produzindo um lingote, que é depois disso esmagado e moído. A natureza frágil do material é utilizada por este método de fabrico. As desvantagens de moldagem de lingote é que um certo risco de segregação pode produzir um material não homogéneo com um intervalo de fusão que é difícil de definer ou é amplo. Para lingotes mais pequenos e/ou arrefecimento rápido o risco de segregações é reduzido. Na moldagem de lingotes é importante minimizar o contacto com ar utilizando moldagem em vácuo ou moldagem com um gás escudo. Como uma consequência do tratamento mecânico o conteúdo em energia do material de brasagem aumenta e com isso a sua reatividade. Métodos de fabrico adicionais para produzir um pó com uma composição homogénea consistem de atomização por gás ou água. As propriedades do pó variam com o método de fabrico. As partículas esmagadas e moídas são angulares e pontiguadas, atomizadas por água são nodulares e as atomizadas por gás são quase esféricas. Esta diferença na forma das partículas confere ao material de brasagem propriedades algo variantes quando utilizado para brasamento. Ao escolher diferentes métodos de atomização e a extensão do esmagamento/moagem combinados com classificação, a distribuição do tamanho de partículas pode ser controlada. Na atomização por água o conteúdo em oxigénio será geralmente superior, uma vez que a atomização por água ocorre a um potencial de oxigénio maior do que a atomização por gás. Um conteúdo em oxigénio superior pode originar a formação de óxidos no material que pode ter uma influência negativa nas propriedades mecânicas das articulações de brasamento. A percentagem eficaz de Si e/ou B e/ou P no material de brasagem será consequentemente inferior, o que significa que o intervalo de fusão será deslocado. 0 fabrico de uma folha metálica por tornado em estado de fusão de um metal derretido ocorre deixando o metal derretido ser arrefecido diretamente contra uma superfície fria de tal maneira que é formada, por exemplo, uma folha metálica. Na produção de folhas metálicas contínuas normal a superfície fria consiste de um rolo frio fabricado de cobre ou de uma liga em cobre. Também é possível obter folhas metálicas amorfas, em tais casos boro é geralmente adicionado. 0 material de brasagem pode ser aplicado nas placas onde se deseja uma articulação de brasamento através de diferentes métodos. Um pó do material de brasagem fabricado através de qualquer um dos métodos descritos pode ser suspenso em algum ligante para ser aplicado de uma forma adequada.
DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO
Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.
Documentos de patente referidos na descrição • US 4135656 A [0005] • US 4314661 A [0005] • JP 62227595 A [0006] • JP 62183994 A [0007] • JP 1205898 A [0008]
Lisboa, 16 de Setembro de 2015
Claims (6)
- REIVINDICAÇÕES 1. Um produto brasado fabricado por brasamento de objetos baseados em ferro que são unidos por um material de brasagem baseado em ferro que é ligado com elementos redutores da liquidus B e P e Si, em que o produto é uma placa trocadora de energia térmica pretendida para pelo menos dois fluidos trocadores de energia térmica que compreende pelo menos um pacote placa fabricado por brasamento junto um número de placas trocadoras de energia térmica de paredes finas de um material baseado em ferro brasado através do material de brasagem baseado em ferro, definindo as placas trocadores de energia térmica entre elas espaços entre placas pretendidas para os fluidos trocadores de energia térmica e as articulações de brasamento obtidas com uma composição metalúrgica próxima da composição do material placa baseado em ferro com quantidades localmente superiores de B e P e Si em e à volta das articulações de brasamento em comparação com o material placa baseado em ferro, consistindo o material de brasagem de uma liga que contém: (i) 9-30 % peso Cr, (ii) 0-16 % peso Mn, (iii) 0-25 % peso Ni, (iv) 0-1 % peso N, (v) 0-7 % peso Mo, (vi) opcionalmente 0-20 % peso Hf, (vii) opcionalmente 0-2 % peso C, (viii) pequenas quantidades inevitáveis de elementos contaminantes O e S, (ix) abaixo de 6 % peso Si e 0-2 % peso B e 0-15 % peso P, cuja adição de B, P, Si em combinação diminui a temperatura liquidus, que é a temperatura à qual o material de brasagem é completamente derretido e (x) pelo menos 50 % peso Fe, em que a liga é equilibrada com Fe.
- 2. Um produto brasado de acordo com a reivindicação 1, em que a liga contém 0-8 % peso Mn.
- 3. Um produto brasado de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a liga contém 0-5 % peso Mn.
- 4. Um produto brasado de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, em que a liga contém 0-1,5 % peso B.
- 5. Um produto brasado de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os elementos redutores do ponto de fusão são adicionados ao material de brasagem em quantidades de acordo com a seguinte fórmula índice = % P + 1, 1 x % Si + 3 x % B, onde o valor do índice deveria ser 4,5-18.
- 6. Um produto brasado de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o material de brasagem é fabricado por atomização por gás ou água ou esmagamento de um lingote com a composição dada anteriormente ou tornado em estado de fusão de uma fusão com tal composição. Lisboa, 16 de Setembro de 2015
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