PT2566654T

PT2566654T - Processo para a produção de produtos de chapa de aço customizada, soldada, a serem moldados a quente e correspondente produto soldado

Info

Publication number: PT2566654T
Application number: PT117180380T
Authority: PT
Inventors: Brandt Max; Schaftinger Dietmar; Both Christian; Dornscheidt Christian
Original assignee: Wisco Tailored Blanks Gmbh
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2011-05-02
Publication date: 2017-09-19
Also published as: CN103003022A; HUE036317T2; MX2012012762A; JP6336752B2; DE102010019258B4; ES2640562T3; WO2011138278A1; KR20130102461A; DE102010019258A1; US20130236239A1; EP2566654B1; EP2566654A1; PL2566654T3; RU2012151527A; JP2013530836A; CN103003022B; RU2556795C2; MX350008B

Description

DESCRIÇÃO

PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE PRODUTOS DE CHAPA DE AÇO

CUSTOMIZADA, SOLDADA, A SEREM MOLDADOS A QUENTE E CORRESPONDENTE PRODUTO SOLDADO A invenção refere-se a um processo para a produção de produtos de chapa de aço, no qual placas de aço de boro e manganês ou bandas de aço de boro e manganês de diferentes espessuras e/ou qualidades de material que são soldadas entre si ao longo de uma junta de junção formadas por arestas das placas de aço ou tiras de aço, assim como um produto de chapa de aço (produto semiacabado), que é determinado para a produção de um componente moldado a quente e é composto a partir de placas de aço de boro e manganês ou tiras de aço de boro e manganês de diferentes espessuras e/ou qualidades de material soldadas entre si ao longo de uma junta de junção (ver, por exemplo, documento de patente W02010/045571 Al).

Na atual produção moderna de automóveis, são utilizadas placas de chapa soldadas entre si, que são compostas a partir de diferentes espessuras de chapa e/ou de qualidades de material. Isso permite ajustar diferentes posições dos componentes posteriores em cargas locais, o que exige, noutro aspecto, peças de reforço adicionais. Através disso, é possível reduzir o peso do componente em questão. Além disso, é possível baixar os custos de produção. A união das placas de chapa ocorre geralmente como junta topo a topo por meio de soldagem a laser. Tais placas de chapa são denominadas como "Tailored Blanks" ou "Tailored Welded Blanks" (placas soldadas customizadas). Por uma influência direcionada do processo de soldagem, em particular por arrefecimento brusco do cordão de solda com água após o processo de junção, é obtido um endurecimento do cordão de solda, pelo que reduz a suscetibilidade à ruptura do cordão de solda (evita rompimentos por dureza) e sua resistência pode ser elevada, pelo menos a mesma resistência que pode ser ajustada nos materiais de base. Caso Tailored Blanks sejam moldadas por meio de moldagem a quente num componente tridimensional, então, contudo, a estrutura do cordão de solda é homogeneizada em consequência do tratamento térmico do produto semiacabado soldado. Devido às condições de arrefecimento desfavoráveis ou falta de união positiva entre a ferramenta de deformação e peça, pode ocorrer uma transformação insuficiente de austenita em martensita e uma precipitação de ferrita proeutetóide com a consequência de perda de calor em comparação aos materiais de base. A presente invenção tem por objetivo disponibilizar um processo para a produção de produtos de chapa de aço customizados, a serem laminados a quente, assim como um produto de chapa de aço correspondente como produto semiacabado, com o qual é possível ajustar a resistência do cordão de solda em relação aos materiais de base da chapa de metal a ser unida pelo menos para um mesmo nível, de modo que podem ser interceptados rompimentos por dureza no cordão de solda também após uma deformação a quente sob aquecimento anterior em temperatura de austenitização.

Esse objetivo é solucionado através de um processo com as características da reivindicação 1 ou por um produto de chapa de aço (produto semiacabado) com as características da reivindicação 9. 0 processo de acordo com a invenção é caracterizado pelo fato de que antes do processo de soldagem, em pelo menos uma aresta de solda das placas de aço ou tiras de aço a serem soldadas entre si, é aplicado, pelo menos parcialmente, um líquido viscoso, particularmente, uma pasta ou um material sólido, por meio de pulverização ou aerossol, que contém pelo menos um componente que eleva a resistência do cordão de solda a ser produzido e é selecionado e/ou ajustado do ponto de vista de seu teor de carbono de tal modo que o cordão de solda, após arrefecimento, aquecimento brusco a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novo arrefecimento brusco apresente uma resistência que se encontre na faixa de 1500 MPa a 2000 MPa, preferencialmente na faixa de 1700 MPa a 1900 MPa, sendo que, pela aplicação do líquido viscoso ou do material solido por pulverização ou aerossol, o teor de massa do carbono no cordão de solda seja elevado em 0,25 a 0,40 % em peso, preferencialmente, em 0,30 a 0,40 % em peso.

Por meio da inserção de pelo menos um componente que eleva a resistência do cordão de solda a ser produzido, por pelo menos uma das arestas da chapa de aço que definem a junta de junção na imersão líquida de fusão de solda, é planejada uma estrutura primária modificada, diferenciada em sua composição química produzida em comparação às estruturas do material base unido, que, após arrefecimento brusco no processo de soldagem (por exemplo, por detenção com água), aquecimento no processo de deformação a quente (tratamento térmico acima da temperatura de austenitização) e arrefecimento no processo de moldagem (moldagem a quente direta ou endurecimento por compressão), mas também nas etapas do processo de uma moldagem a quente indireta, apresente preferencialmente uma estrutura secundária endurecida como o material de base unido pela solda, pelo menos, contudo, uma estrutura de idêntica dureza. 0 produto de chapa de aço de acordo com a invenção (produto semiacabado) é caracterizado, correspondentemente, pelo fato de que seu cordão de solda apresenta um teor de carbono de pelo menos 0,25 a 0,40 % em peso, preferencialmente, de pelo menos 0,30 a 0,40 % em peso, sendo que, o cordão de solda, após o arrefecimento brusco, aquecimento a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novo arrefecimento brusco, apresenta uma estrutura endurecida, preferencialmente, de pelo menos de idêntica dureza que as placas de aço ou tiras de aço unidas pela soldagem, sendo que, o cordão de solda apresenta uma resistência, que se encontra na faixa de 1500 MPa a 2000 MPa, preferencialmente, na faixa de 1700 MPa a 1900 MPa e sendo que o cordão de solda, após o arrefecimento brusco, o aquecimento a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e o novo arrefecimento brusco apresente uma resistência, que é pelo menos igual, de preferência pelo menos 100 MPa, de forma particularmente preferida, pelo menos 200 MPa mais elevada que a resistência das placas de aço ou tiras de aço unidas pela soldagem.

Análises demonstraram que a resistência do cordão de solda pode ser elevada na soldagem a laser pela injeção particularmente de carbono na imersão de fusão de solda. Uma configuração preferida do processo de acordo com a invenção prevê que seja utilizado óleo como líquido viscoso, particularmente, óleo mineral e/ou gordura. Esses líquidos que contêm carbono ou materiais sólidos aplicados por pulverização ou aerossol, que contêm pelo menos uma componente que eleva a resistência do cordão de solda a ser produzido, preferencialmente, carbono, são obtidos de forma relativamente barata e podem ser alimentados à imersão de fusão de solda de forma particularmente simples.

Uma outra configuração vantajosa do processo de acordo com a invenção é caracterizada pelo fato de que é utilizado um líquido como líquido viscoso que é disperso nas partículas de grafite. Desse modo, é possível alimentar carbono em concentração variada, particularmente, em concentração relativamente elevada, à imersão líquida de fusão de solda. Nesse caso, a alimentação é possível novamente de forma muito simples, por exemplo, por meio de uma linha de alimentação de fluido, que é conduzida ao longo da junta de junção e desemboca no mesmo, separada ao feixe de solda. A linha de alimentação de fluido pode ser realizada, nesse caso, essencialmente, de forma resistente à flexão, de modo que a mesma, ao mesmo tempo, pode ser utilizada como elemento mecânico de teste para a alimentação do feixe de solda ao longo da junta de junção. A aplicação do líquido viscoso com, pelo menos, um elemento que eleva a resistência do cordão de solda também pode ser temporariamente separado do processo de soldagem numa estação de usinagem independente do dispositivo de soldagem. De forma preferida, a aplicação do líquido viscoso ou do material sólido por pulverização ou aerossol, que contém pelo menos um elemento que eleva a resistência do cordão de solda, preferencialmente, carbono, é concretizado, contudo, "inline" (em série), ou seja, como usinagem contínua ou previamente disposta na instalação de solda. Pela atribuição do líquido próximo ao ponto de trabalho do feixe de solda, o líquido viscoso pode ser alimentado de forma segura e pode ser evitada a perda do líquido.

Do ponto de vista de uma alimentação específica do elemento que eleva a resistência na imersão líquida de fusão de solda, assim como, de um consumo menor do líquido contido no elemento, é vantajoso ainda se, de acordo com uma configuração preferida do processo de acordo com a invenção, líquido apresentar uma viscosidade elevada ou consistência de pasta. A viscosidade cinética do líquido que contêm elementos que elevam a resistência, a uma temperatura ambiente de 20°C, por exemplo, é de pelo menos 50 x 10“6 m2/s, preferencialmente, pelo menos 100 x 10~6 m2/s, de forma particularmente preferida, pelo menos 500 x IO'6 m2/s.

Uma outra configuração preferida do processo de acordo com a invenção prevê que o líquido ou o material sólido aplicado com pulverização ou aerossol do ponto de vista de se teor de carbono é selecionado e/ou ajustado de tal modo que o cordão de solda, após arrefecimento brusco, aquecimento a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novo arrefecimento brusco apresenta uma resistência, que é pelo menos igual, de preferência pelo menos, 100 MPa, de forma particularmente preferida, pelo menos 200 MPa mais elevada que a resistência das placas de aço ou tiras de aço unidas por solda.

Outras configurações vantajosas e preferidas do processo de acordo com a invenção são especificadas nas reivindicações dependentes. A seguir, a invenção é esclarecida em mais detalhes sob referência dos desenhos anexos. Mostra-se em representação esquemática:

Figura 1 um dispositivo de soldagem a laser em vista lateral; e

Figura 2 um dispositivo de soldagem a laser e duas placas de aço a serem unidas um sobre a outra em junta topo a topo, em vista em perspectiva.

No desenho é representada uma parte de uma máquina de soldagem a laser e, mais especificamente, uma instalação de fornecimento 1 para uma cabeça de focagem (cabeça de usinagem) 2 e uma instalação de alimentação unida à mesma 3 para transportar um líquido viscoso, preferencialmente altamente viscoso, que contém pelo menos um componente que eleva a resistência do cordão de solda 10 a ser produzido, preferencialmente, carbono. Por líquido trata-se, por exemplo, de uma pasta gordurosa que contém carbono, óleo altamente viscoso (óleo mineral) ou uma dispersão de grafite. A dispersão de grafite consiste preferencialmente grafite moído fino, que é disperso em óleo. 0 óleo ou o líquido que contém carbono é alimentado por uma linha de alimentação de fluido 4, que é posterior ao ponto de trabalho (foco) 5 do feixe de laser 6 no sentido de solda e desemboca na junta de junção 7, que é definida pelas chapas de metal 8, 9a serem soldadas entre si. A linha de alimentação de fluido 4 é formada essencialmente resistente contra flexão e age, ao mesmo tempo, como elemento mecânico de teste ou elemento guia para a condução do feixe de laser 6 ao longo da junta de junção.

Por chapas de metal 8, 9 soldadas entre si trata-se de placas de aço ou tiras de aço de diferentes qualidades de material ou espessuras de chapa. De acordo com a invenção, as mesmas consistem em aço de boro e manganês, por exemplo, de aço de classificação 22MnB5. Esse aço, que pode ser tratado termicamente, possui, após moldagem a quente, excelentes propriedades mecânicas de resistência. 0 produto de chapa de aço (Tailored Blank) composto a partir das chapas de metal 8, 9 é moldado posteriormente por meio de deformação à quente em um componente tridimensional, por exemplo, numa chapa para porta de automóvel.

Pela inserção do carbono e/ou de um outro elemento que eleve a resistência do cordão de solda 10 na forma de óleos ou líquido altamente viscosos pelas arestas de corte das chapas de metal 8, 9 que se encontram sobrepostas na imersão líquida de fusão de solda 11, é obtida uma estrutura primária modificada em sua composição química produzida em comparação às estruturas do material das chapas de metal 8, 9a serem unidas. Preferencialmente, nesse caso, ao mesmo tempo, o material de soldadura por fusão é misturado pela aplicação de um processo de gás de mistura. Desse modo, a estrutura primária modificada do cordão de solda 10 apresenta, após o arrefecimento (detenção), no processo de soldagem a laser, aquecimento no processo de moldagem a quente a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e arrefecimento conclusivo, pelo menos uma estrutura secundária, preferencialmente, de idêntica dureza à material base unida pela soldagem. Isso é válido tanto para um arrefecimento conclusivo (endurecimento por compressão direto) quanto para uma moldagem indireta à quente (endurecimento indireto de um molde). 0 óleo ou o líquido que contém carbono do ponto de vista do seu teor de carbono é ajustado e/ou selecionado de tal modo que o cordão de solda 10, após arrefecimento brusco, aquecimento a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novo arrefecimento brusco, apresente uma resistência que se encontra na faixa de 1500 MPa a 2000 MPa, preferencialmente, na faixa de 1700 MPa a 1900 MPa.

Comparado com as placas de aço ou tiras de aço 8, 9 unidas pela soldagem, o cordão de solda 10 possui, de acordo com a invenção, após arrefecimento brusco no processo de soldagem, aquecimento a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novo arrefecimento brusco, uma resistência mais elevada pelo menos igual, preferencialmente, de pelo menos 100 MPa, de forma particularmente preferida, de pelo menos 200 MPa. Para isso, o teor de massa do carbono no cordão de solda 10 se eleva em 0,25 a 0,40 % em peso, preferencialmente, em 0,30 bis 0,40 % em peso. 0 aumento parcial do teor de carbono no cordão de solda 10 permanece - supondo que não ocorra qualquer nova conversão do cordão de solda 10 para um estado fluido por fusão - mantida em todos os tratamentos térmicos seguintes. Assim, pelo tratamento térmico do cordão de solda 10 nessa área, é obtida uma estrutura endurecida, pelo menos, preferencialmente, de idêntica dureza. A oferta mais elevada de carbono no cordão de solda 10 ou área definidas do cordão de solda ocasiona a austenita na formação da fase líquida por fusão para a captura de quantidades maiores de carbono, pelo que, no cordão de solda 10 ou na área definida de um cordão de solda a laser, haja uma austenita rica em carbono para endurecimento, que se condensa em um endurecimento aprimorado.

Particularmente na compressão de componentes geometricamente complexos, são estabelecidos limites ao dimensionamento das ferramentas de deformação em relação à produção da junção por união positiva. Em tais casos, áreas críticas do cordão de solda podem ser ligadas, planejadas com teores de carbono mais elevados, a fim de produzir, independente da junção por união positiva e, com isso, velocidade de arrefecimento, estruturas martensíticas no cordão de solda 10. Também o endurecimento previsto de áreas do cordão de solda, que devem definir posições de rompimento nominais no componente produzido, pode ser alcançado de forma construtiva pelo processo de acordo com a invenção. Na aplicação do processo de acordo com a invenção, também são possíveis disposições de áreas do cordão de solda, que precisam apresentar resistência elevada devido a cargas particularmente elevadas. Com o processo de acordo com a invenção, disponibiliza-se, além disso, um método comparativamente económico da intervenção (parcial) de outros tipos de propriedades do cordão de solda 10. A concretização da invenção não está limitada aos exemplos de modalidade descritos acima. Pelo contrário, são possíveis inúmeras variações que podem ser utilizadas também em configurações desviantes da invenção, especificadas nas reivindicações anexas. Assim, por exemplo, também no contexto da invenção, para a aplicação do óleo de elevada viscosidade ou do líquido que contém carbono, de alta viscosidade, pode ser utilizado uma função de aplicação ao invés de uma linha de alimentação de fluido 4 que desemboca na junta de junção 7. Do mesmo modo, é possível a aplicação de sólidos ou sólidos aplicados com pulverização ou aerossol, pelo que os valores característicos e propriedades do cordão de solda podem ser ajustados especificamente por soldadura a laser.

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, ο IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • WO 2010045571 AI [0001]

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a produção de produtos de chapa de aço, no qual placas de aço de boro e manganês ou tiras de aço de boro e manganês de diferentes espessuras e/ou de qualidades de material são soldadas entre si ao longo de uma junta de junção (7) formada pelas arestas das placas de aço ou tiras de aço, caracterizado por antes do processo de soldagem, em pelo menos uma aresta de solda das placas de aço ou tiras de aço a serem soldadas entre si (8, 9), ser aplicado, pelo menos parcialmente, um líquido viscoso, particularmente, uma pasta, ou um material sólido aplicado por pulverização ou aerossol, que contém pelo menos um componente que eleva a resistência do cordão de solda (10) a ser produzido e é ajustado e/ou selecionado do ponto de vista do seu teor de carbono de tal modo que, pela aplicação do líquido viscoso ou do material sólido aplicado por pulverização ou aerossol, o teor de massa de carbono no cordão de solda (10) seja elevado em 0,2 5 a 0,4 0 % em peso, preferencialmente, em 0,30 a 0,40 % em peso, e que após a soldagem, o cordão de solda seja bruscamente arrefecido, aquecido a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novamente bruscamente arrefecido, de modo a que o cordão de solda apresente uma resistência que se encontra na faixa de 1500 MPa a 2000 MPa, de preferência, na faixa de 1700 MPa a 1900 MPa.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por óleo, particularmente óleo mineral e/ou gordura, ser usado como líquido viscoso.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por ser utilizado como líquido viscoso, um líquido no qual são dispersas partículas de grafite.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o líquido ou o material sólido aplicado com pulverização ou aerossol do ponto de vista de seu teor de carbono ser ajustado ou selecionado de modo a que o cordão de solda (10) , após arrefecimento brusco, aquecimento a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novo arrefecimento brusco, apresente pelo menos uma estrutura dura, de preferência, de dureza idêntica à das placas de aço ou tiras de aço (8, 9) unidas por soldagem.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o líquido ou o material sólido aplicado com pulverização ou aerossol do ponto de vista de seu teor de carbono ser selecionado e/ou ajustado de tal modo a que o cordão de solda (10) , após arrefecimento brusco, aquecimento a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novo arrefecimento brusco, apresente uma resistência, que é pelo menos igual, de preferência pelo menos, 100 MPa, de forma particularmente preferida, pelo menos 200 MPa mais elevada que a resistência das placas de aço ou tiras de aço (8, 9) unidas por solda.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a aplicação do líquido viscoso ser realizada como usinagem contínua, além da soldagem.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por as placas de aço ou tiras de aço (8, 9) soldadas entre si, posteriormente, eventualmente após uma ou várias usinagens, serem moldadas por meio de moldagem a quente num componente tridimensional.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por os componentes que elevam a resistência, de preferência, líquido que contém carbono, a uma temperatura ambiente de 20°C, terem uma viscosidade cinemática de pelo menos 50 x 10'fe m2/s, de preferência, pelo menos 100 x 10'6 m2/s, de forma particularmente preferida, pelo menos 500 x 10"5 m2/s.

9. Produto de chapa de aço, que é determinado para a produção de um componente moldado a quente e composto de placas de aço de boro e manganês ou bandas de aço de boro e manganês (8, 9) soldadas entre si ao longo de uma junta de junção (7) de diferentes espessuras e/ou qualidades de material, caracterizado por o seu cordão de solda (10) apresentar um teor de carbono, de pelo menos, 0,25 a 0,40 % em peso, de preferência, de pelo menos 0,30 a 0,40 % em peso, sendo que o cordão de soldagem (10) , após arrefecimento brusco, aquecimento a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novo arrefecimento brusco, apresentar uma estrutura dura, pelo menos de dureza idêntica às placas de aço ou tiras de aço (8, 9) unidas por soldagem, sendo que o cordão de solda (10) apresenta uma resistência que se encontra na faixa de 1500 MPa a 2000 MPa, de preferência, na faixa de 1700 MPa a 1900 Mpa, e sendo que o cordão de solda (10) , após o arrefecimento brusco, o aquecimento a uma temperatura acima da temperatura de austenitização e novo arrefecimento brusco, apresenta uma resistência que é pelo menos igual, de preferência, a pelo menos 100 MPa, de forma particularmente preferida, pelo menos 200 MPa mais elevada do que a resistência das placas de aço ou tiras de aço (8, 9) unidas por soldagem.