ES2627220T3

ES2627220T3 - Métodos para la unión de dos formatos y los formatos y los productos obtenidos

Info

Publication number: ES2627220T3
Application number: ES14167675.9T
Authority: ES
Inventors: Håkan ANDERSSON; Niklas Malmberg; Paul Janiak
Original assignee: Gestamp Hardtech AB
Current assignee: Gestamp Hardtech AB
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2034-05-09
Also published as: JP2017521263A; KR20170009868A; US10471544B2; CN106488824A; EP2942143A1; WO2015169946A1; JP6714580B2; CN106488824B; US20170080523A1; EP2942143B1

Abstract

Método para unir un primer formato (A) y un segundo formato (B) en donde el primer formato y el segundo formato comprenden un substrato de acero (1) con un recubrimiento (2) que comprende una capa de aluminio o de aleación de aluminio, el método comprende - seleccionar una primera porción (A1) del primer formato para ser unida al segundo formato, y seleccionar una segunda porción (B2) del segundo formato para ser unida a la primera porción, - soldar la primera porción a la segunda porción, en donde - soldar comprende el uso de un haz láser y de una antorcha de soldadura por arco, en donde - la antorcha de soldadura por arco comprende un electrodo de hilo de aportación - el electrodo de hilo de aportación está hecho de una aleación de acero que comprende elementos gamagénicos, opcionalmente una aleación de acero inoxidable que comprende elementos gamagénicos, y - desplazar tanto el haz láser (20) como de la antorcha de soldadura por arco en una dirección de soldadura, la primera porción y la segunda porción de los formatos en la zona de soldadura fundiéndose durente la soldadura, caracterizado en que, en la dirección de soldadura, la antorcha de soldadura por arco (30) se posiciona delante del haz láser.

Description

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DESCRIPCIÓN

Métodos para la unión de dos formatos y los formatos y los productos obtenidos

5 [0001] La presente invención se refiere a métodos para la unión de dos formatos, y a métodos para la obtención de productos después de la unión de dos formatos. La presente invención se refiere además a los productos obtenidos por o que puedan obtenerse por cualquiera de estos métodos.

Técnica anterior

10 [0002] El desarrollo de nuevos materiales y procesos para la producción de piezas de metal con el objetivo de la reducción de peso de los componentes a un bajo costo es de suma importancia en la industria del automóvil. Con el fin de alcanzar estos objetivos, la industria ha desarrollado aceros de ultra alta resistencia (UHSS) que exhiben una fuerza máxima optimizada por unidad de peso y las propiedades de formabilidad ventajosas. Estos aceros están

15 diseñados para alcanzar una microestructura después del tratamiento térmico, que confiere buenas propiedades mecánicas y los hace especialmente adecuados para el proceso de estampación en caliente utilizado para formar formatos de acero en determinadas partes de un automóvil. Dado que durante el proceso de estampación en caliente el formato se somete a atmósferas agresivas, el acero está generalmente recubierto para evitar la corrosión y la oxidación.

20 [0003] En un intento de minimizar el peso de los componentes respetando al mismo tiempo los requisitos estructurales, las denominadas técnicas de "formatos a medida" (“tailored blank” en inglés) se pueden utilizar. En estas técnicas, los componentes pueden estar hechos de formato compuesto que se obtiene mediante la soldadura de varios formatos con opcionalmente diferentes grosores, diferentes materiales, tamaño y propiedades. Al menos

25 en teoría, utilizando este tipo de técnica el uso de material puede ser optimizado. Los formatos de diferentes espesores pueden ser unidos entre sí o, por ejemplo, un formato de acero puede ser unido con un formato de acero con recubrimiento, utilizando las propiedades específicas de cada material allá donde más se necesitan.

[0004] Estos formatos se pueden soldar "a testa" ("butt-joint" en inglés). Estos llamados formatos soldados, están

30 diseñados para ser estampados en caliente y después se fabricarán para formar piezas de automóviles. Formatos soldados a medida (“tailored welded blanks” en inglés y su acrónimo TWB) se pueden utilizar para los componentes estructurales, tales como puertas, pilares B, vigas, piso del habitáculo, etc.

[0005] Del mismo modo, los formatos soldados ("patchwork" en inglés) se conocen, en el que varios formatos no son 35 necesariamente soldados "a testa", sino que se utilizan solapamientos parciales o completos de los formatos.

[0006] Un ejemplo de acero utilizado en la industria del automóvil es el acero 22MnB5. Con el fin de evitar la descarburación y la formación de incrustaciones durante el proceso de formación, el 22MnB5 se presenta con un recubrimiento de aluminio -silicio. Usibor® 1500P y Ductibor® 500P, comercializados por Arcelor Mittal, son ejemplos

40 de los aceros utilizados en los formatos soldados a medida y los formatos soldados.

[0007] Formatos soldados y formatos soldados a medida también pueden ser utilizados o pueden ser útiles en otras industrias.

45 [0008] Usibor® 1500P se suministra en fase ferrítica-perlítica. Las propiedades mecánicas se relacionan con esta estructura. Después de calentar, de un proceso de estampación en caliente, y del posterior enfriamiento rápido (temple), se crea una microestructura martensítica. Como resultado, el límite elástico y la tensión de rotura aumentan notablemente.

50 [0009] La composición de Usibor® se resume a continuación en porcentajes en peso (resto es hierro (Fe) e impurezas inevitables):

C: Si Mn P S Cr Ti B N

0.24: 0.27 1.14 0.015 0.001 0.17 0.036 0.003 0.004

[0010] Como se ha mencionado anteriormente, el Usibor® 1500P se suministra con un recubrimiento de aluminio

55 silicio (AlSi) con el fin de evitar la corrosión y la oxidación. Sin embargo, este revestimiento tiene un inconveniente significativo en relación con su comportamiento a la soldadura. Si los formatos de Usibor® se sueldan sin tomar medidas adicionales, el aluminio del recubrimiento puede entrar en la zona de soldadura y esto puede causar una reducción importante de las propiedades mecánicas del componente resultante y aumentar la posibilidad de una fractura en la zona de soldadura.

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[0011] Con el fin de superar este problema se propuso un método en DE202007018832U1 que consiste en la eliminación (por ejemplo, por ablación con láser) de una parte del recubrimiento en un área cerca del hueco de soldadura. Este método tiene la desventaja de que se necesita un paso adicional para la producción de los formatos

5 soldados a medida y componentes y que a pesar de la naturaleza repetitiva del proceso de este paso adicional requiere un proceso de calidad complejo con un elevado número de partes que son desechadas. Esto implica un aumento del coste de la etapa de soldadura y limita la competitividad de la tecnología en la industria.

[0012] US20080011720 propone un procedimiento para soldar por láser al menos una pieza metálica por un haz

10 láser, teniendo dicha pieza una superficie que contiene aluminio, caracterizada porque el haz láser se combina con al menos un arco eléctrico para fundir el metal y soldar dicha pieza(s). El láser situado delante del arco, permite el uso de un hilo fundente o similar que contenga elementos que inducen la fase gamma (Mn, Ni, Cu, etc.) favorable para mantener una estructura austenítica a lo largo de la zona fundida.

15 [0013] Sin embargo, se han encontrado problemas relacionados con la única dilución parcial de los materiales de aportación a lo largo de la profundidad de la zona de soldadura, lo que da como resultado una resistencia a la soldadura reducida.

[0014] En este caso, un formato puede considerarse como un artículo que todavía tiene que someterse a una o más

20 etapas de procesamiento (por ejemplo, deformación, mecanizado, tratamiento superficial u otro). Estos artículos pueden ser formatos sustancialmente planas o tener formas más complicadas.

[0015] El documento US-A-2013098878 describe un método para unir dos formatos que tiene todas las características de la reivindicación 1. De acuerdo con US-A-2013098878 el haz de laser se posiciona delante de la

25 antorcha del arco de soldadura. En los ejemplos de los métodos de soldadura descritos en la presente memoria descriptiva se evitan los inconvenientes antes mencionados o al menos parcialmente se reducen.

Resumen

30 [0016] En un primer aspecto, la invención proporciona un método para unir un primer formato y un segundo formato, en el que al menos uno del primer y segundo formato comprende al menos una capa de aluminio o de una aleación de aluminio. El método comprende la selección de una primera porción del primer formato para ser unido al segundo formato, y la selección de una segunda porción del segundo formato para ser unido a la primera porción; y la soldadura del primer formato al segundo formato. La soldadura comprende un haz de láser y una antorcha de

35 soldadura por arco, en el que en la dirección de soldadura, la antorcha de soldadura por arco está delante del haz de láser.

[0017] Según este aspecto, la soldadura combina un haz láser y una antorcha de soldadura por arco. La combinación de estos dos tipos de soldadura a veces se denomina "soldadura híbrida por láser". El haz láser y la

40 antorcha de soldadura por arco actúan juntos en la zona de soldadura, influenciándose y apoyándose mutuamente. Combinando el láser y el arco, tanto la profundidad de penetración de la soldadura como la velocidad de soldadura pueden aumentarse, en comparación con la soldadura por láser y la soldadura por arco por separado. Se puede obtener una soldadura de alta calidad y una soldadura rentable usando una soldadura híbrida láser.

45 [0018] La potencia del láser y / o del arco (o en combinación con el arco) debería ser suficiente para fundir la primera y la segunda porción de los formatos. Preferiblemente, la primera y la segunda porción de los formatos se funden a lo largo de todo el espesor de los formatos, de manera que el material de relleno también puede estar presente en todo el espesor. De este modo se puede mejorar la microestructura resultante del producto final.

50 [0019] Sin estar ligados a ninguna teoría, se cree que la mejora de las características de la soldadura se debe a la fusión del material del electrodo de la antorcha de la soldadura por arco que va delante. El material del electrodo se mezcla a continuación a lo largo de toda la zona de soldadura debido a que el haz láser que sigue a la antorcha de la soldadura por arco. El haz láser crea una especie de capilar de vapor (“keyhole” en inglés) que permite la mezcla del material fundido en toda la zona de soldadura.

[0020] En algunos ejemplos, se puede usar un arco de soldadura MAG (acrónimo en inglés de “Metal Active Gas”). Alternativamente, pueden usarse otros arcos de soldadura tales como MIG (acrónimo en inglés de “Metal Inert Gas”), TIG (acrónimo en inglés de “Tungsten Inert Gas”) por arco de plasma.

60 [0021] Se pueden utilizar diferentes láseres para la soldadura por láser, como Nd-YAG (láser de neodimio: granate de itrio y aluminio)) y un láser de CO2 con potencia suficiente. Los láseres Nd-YAG están disponibles comercialmente y constituyen una tecnología probada. Este tipo de láser también puede tener suficiente potencia para fundir las porciones (junto con el arco) de los formatos y permite variar el ancho del punto focal del láser y, por lo tanto, de la zona de soldadura. Reducir el tamaño del "punto" (“spot” en inglés) aumenta la densidad de energía.

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[0022] Un gas de protección puede ser aplicado hacia la zona de soldadura, protegiendo la soldadura de los 5 contaminantes del aire. En algunos ejemplos, se puede usar helio o un gas basado en helio como gas de protección. Alternativamente, se puede usar un gas basado en argón.

[0023] Diferentes hilos de aportación (o electrodos de hilo) se pueden usar, dependiendo de la antorcha de soldadura por arco utilizada. En un método de soldadura por láser híbrida, usando una por soldadura arco tipo MAG, 10 se pueden usar materiales de aportación de acero al carbono y materiales de aportación que contienen elementos que estabilizan la austenita “elementos gamagénicos”.

[0024] Los elementos que estabilizan la austenita contrarrestan el efecto estabilizador de ferrita del Al, minimizando así (o evitando) la ferrita en la junta de soldadura final.

15 [0025] De acuerdo con este aspecto, el aluminio puede estar presente en la zona de soldadura, pero no conduce a peores propiedades mecánicas después de procesos de deformación en caliente tales como estampación en caliente. Debido a que el hilo de electrodo comprende elementos gamagénicos, que estabilizan la fase austenítica. Estos elementos gamagénicos se introducen en la zona de soldadura y se mezclan con la masa fundida, y como

20 consecuencia se puede obtener austenita (hierro de fase gamma, γ-Fe) por calentamiento. Durante el enfriamiento rápido (templado) después de una deformación en caliente, se puede obtener así una microestructura martensítica que proporciona unas características mecánicas satisfactorias.

[0026] Por lo tanto, no es necesario eliminar una capa de aluminio o de aleación de aluminio, tal como se propuso en 25 algunos métodos de la técnica anterior. Cuando, por ejemplo, chapas de acero con recubrimiento van a ser soldadas, se puede hacer más rápido y más barato ya que una etapa intermedia del proceso ya no es necesaria.

[0027] Los elementos gamagénicos se entienden aquí como elementos químicos que promueven la fase gamma, es decir, la fase de austenita. Los elementos gamagénicos (o "elementos estabilizadores austeníticos") pueden 30 seleccionarse de un grupo que comprende níquel (Ni), carbono (C), manganeso (Mn), cobre (Cu) y nitrógeno (N). Aunque la adición de "elementos estabilizadores de ferrita" puede contrarrestar la acción de los "elementos estabilizantes austeníticos", opcionalmente estos "elementos estabilizadores de ferrita" pueden seguir siendo componentes adecuados cuando también se tienen en cuenta otros factores para la composición de la del elemento de aportación. Por ejemplo, para promover la dureza, el molibdeno (Mo) podría ser un elemento adecuado y por

35 ejemplo para la resistencia a la corrosión el silicio (Si) y el cromo (Cr) podrían ser componentes adecuados.

[0028] Las aleaciones de aluminio se entenderán aquí como aleaciones metálicas en las que el aluminio es el elemento predominante.

40 [0029] Preferiblemente, la cantidad de elementos gamagénicos en el hilo de electrodo o el hilo de aportación relleno es suficiente para compensar la presencia de elementos alfagénicos tales como Cr, Mo, Si, Al y Ti (Titanio). Los elementos alfagénicos promueven la formación del alfa-hierro (ferrita). Esto puede conducir a propiedades mecánicas reducidas ya que la microestructura resultante después de la estampación en caliente y el temple puede comprender martensita-bainita y ferrita.

45 [0030] En algunas realizaciones, el material de aportación puede ser una material de aportación de acero al carbono y puede tener una composición en porcentajes en peso de 0% -0,2% de carbono, 0,5% -1,0% de silicio, 1,4% 1,7% de manganeso, 0% -0,4% de cromo, 0 -1,5% de níquel, 0% -0,4% de molibdeno, 0% -0,5% de cobre, y el resto de hierro e impurezas inevitables.

50 [0031] En otras realizaciones, el material de aportación puede contener elementos estabilizadores de austenita y puede tener una composición en porcentajes en peso de 0% -0,3% de carbono, 0% -1,3% de silicio, 0,5% -7% de manganeso, 5% -22% de cromo, 6% -20% de níquel, 0% -0,4% de molibdeno, 0% -0,7% de niobio y el resto de hierro e impurezas inevitables.

55 [0032] Los inventores han descubierto que un elemento de aportación de estas mezclas conduce a propiedades mecánicas muy satisfactorias del producto final, es decir, después de la estampación en caliente y el temple.

[0033] Los diversos métodos descritos anteriormente pueden usarse para formar por ejemplo formatos a medida

60 (“tailored blanks” en inglés), mediante la soldadura a testa de dos formatos. Uno de los formatos o ambos formatos pueden comprender un substrato de acero con un recubrimiento que comprenda una capa de aluminio o de aleación de aluminio. En particular, se puede usar un recubrimiento de AlSi. Los ejemplos incluyen el uso de Usibor.

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[0034] En un segundo aspecto, la presente descripción proporciona un método para formar un producto que comprende formar un formato que incluye un método de unión de un primer y de un segundo formato de acuerdo con cualquiera de los métodos de soldadura descritos en la presente memoria y posteriormente calentar el formato y deformar en caliente el formato previamente calentado y el temple final. El calentamiento puede incluir un

5 tratamiento térmico en un horno previo a la deformación. La deformación en caliente puede incluir por ejemplo la estampación en caliente y la embutición profunda.

[0035] En otros aspectos, la presente descripción proporciona formatos y productos que se obtienen mediante o que son obtenibles por cualquiera de los métodos como los que sustancialmente se han descrito aquí con anterioridad.

10 Breve descripción de los dibujos

[0036] Ejemplos no limitativos de la presente descripción se describen a continuación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

15 Las figuras 1a y 1b ilustran esquemáticamente un primer ejemplo de unión de dos formatos;

Las figuras 2a -2b ilustran esquemáticamente un ejemplo de disposición de un haz de láser y una antorcha de soldadura por arco según una implementación;

20 Las figuras 3a y 3b ilustran esquemáticamente el efecto de un material de aportación en una microestructura resultante después de la soldadura; y

Las figuras 4a y 4b ilustran la distribución del material de aportación a lo largo de una soldadura en función de las 25 posiciones relativas de un haz de láser y una antorcha de soldadura por arco.

Descripción detallada de los ejemplos

[0037] Las figuras 1a y 1b ilustran esquemáticamente un primer ejemplo de un método de unión de un primer

30 formato A con un segundo formato B. Una primera porción o zona A1 del primer formato debe unirse a una segunda porción o región B2 del segundo formato. En este ejemplo, los dos formatos deben unirse a testa, es decir una soldadura de borde a borde.

[0038] En este ejemplo, ambos formatos A y B pueden ser de acero con un recubrimiento, tal como por ejemplo 35 Usibor 1500P®. Ambos formatos comprenden un sustrato de acero 1 sobre el que se proporciona un recubrimiento

2. El recubrimiento aplicado es aluminio-silicio (Al87Si10Fe3). Debido al proceso de aplicación del recubrimiento, el recubrimiento resultante tiene una capa de aleación metálica 4 y una capa intermetálica 3.

[0039] La figura 1b ilustra además el método de unión según un ejemplo de soldadura láser híbrida. Se ilustra

40 esquemáticamente un soldador por láser 20 que tiene un cabezal láser 21 del que sale el haz láser. También se ilustra esquemáticamente una antorcha de soldadura por arco 30. Una antorcha de soldadura por arco puede comprender un hilo de electrodo 32 y un gas de protección puede salir de la boquilla 31 como se ilustra esquemáticamente mediante una flecha.

45 [0040] En el proceso híbrido, la antorcha de soldadura por arco y el haz láser colaboran para formar una soldadura. En la antorcha de soldadura por arco, se puede crear así un arco eléctrico entre un hilo de electrodo y las porciones. Este arco funde el hilo de electrodo así como también porciones de los formatos. Como el hilo de electrodo, a veces también llamado "hilo de aportación", se funde, cualquier espacio entre los formatos puede ser llenado y una soldadura se puede crear. Por otro lado, el haz láser se enfoca para crear un punto con una alta densidad de

50 energía. Cuando el haz láser llega a la primera y a la segunda porción, este punto puede calentarse hasta la temperatura de vaporización, creando una cavidad de vapor en las porciones a ser soldadas debido al vapor de metal que se escapa. Dicha cavidad de vapor puede denominarse un capilar de vapor (“keyhole” en inglés) y puede permitir una soldadura profunda a lo largo de todo el espesor de las porciones a soldar.

55 [0041] Puede verse que en este caso, no hay necesidad de retirar el recubrimiento de los substratos de acero antes de la soldadura, simplificando y acelerando así la fabricación. Esto puede provocar una reducción sustancial de los costos. Al mismo tiempo, un hilo de electrodo o hilo de aportación de una composición adecuada puede asegurar que se obtienen buenas propiedades mecánicas después del tratamiento térmico estándar para Usibor y después de procesos de deformación en caliente tales como estampado en caliente.

60 [0042] Un tratamiento estándar para los formatos de Usibor sería calentar el formato obtenido, por ejemplo en un horno para provocar (entre otros) la austenización del acero de base. A continuación, el formato puede ser estampado en caliente para formar por ejemplo una viga de parachoques o un montante. Durante el enfriamiento rápido después de una deformación en caliente, se puede obtener así martensita que proporciona características mecánicas satisfactorias. El tratamiento estándar no se ve afectado de ninguna manera por los métodos de unión aquí propuestos. En particular, gracias a los elementos del hilo de electrodo que se suministran en la zona de soldadura, también se puede obtener una estructura de martensita en el área de la soldadura, a pesar de la

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5 presencia de aluminio.

[0043] La figura 2a ilustra esquemáticamente un primer formato A que ha de unirse a un segundo formato B a lo largo de un cordón de soldadura C, en la que la antorcha de soldadura por arco 30 está situada delante del haz de láser 20 de acuerdo con la dirección de soldadura.

10 [0044] La figura 2b ilustra esquemáticamente una vista lateral de la figura 2a. La antorcha de soldadura 30 puede tener un ángulo entre 10º y 35º, opcionalmente entre 14º y 30º, mientras que el haz de láser 20 puede tener un ángulo entre 0º y 15º, opcionalmente entre 4º y 10º, en relación con un plano perpendicular a la primera porción.

15 [0045] En todos los ejemplos ilustrados en este documento hasta el momento, los formatos en forma de chapas delgadas se unen entre sí. Debe quedar claro que los ejemplos de los métodos descritos en la presente memoria descriptiva también se pueden aplicar a formatos de diferentes formas.

[0046] Después de las pruebas iniciales para probar el concepto de soldadura híbrida de los formatos, se llevaron a

20 cabo extensos ensayos para optimizar el proceso de soldadura con respecto a los materiales de aportación, la posición del arco de soldadura y del haz de láser en relación con la dirección de soldadura, la velocidad de aportación del material de aportación, la velocidad de soldadura y la potencia del láser.

[0047] En estas pruebas, dos chapas planas de Usibor 1500® de 1,4 mm de espesor se unieron a testa y los 25 resultados se compararon con dos chapas planas de acero al boro del tipo 22MnB5 sin recubrimiento.

[0048] Se probaron ambas topologías de soldadura láser híbridas, el arco de soldadura situado delante del haz láser y el haz láser posicionado delante del arco de soldadura en relación con la dirección de soldadura.

30 [0049] Se ensayaron cuatro materiales de aportación diferentes, dos de ellos de acero al carbono y dos de ellos elementos de aportación estabilizantes de austenita que comprenden elementos gamagénicos. Las características y composición de estos materiales de aportación se resumen a continuación en porcentajes en peso (el resto es hierro (Fe) e impurezas inevitables):

35 Tabla 1: Características y composiciones de los materiales de aportación [0050] Se encontró que usando un material de aportación de acero inoxidable estabilizador de austenita, como en las muestras de material de aportación C y D, se puede evitar la formación de ferrita, porque se forma martensita en lugar de ferrita. Por lo tanto, se puede obtener una buena resistencia de la junta de soldadura.

Muestra del material de aportación: A B C D

Tipo de material de aportación: Acero al carbono Acero al carbono Acero inoxidable estabilizador de austenita Acero inoxidable estabilizador de austenita

Resistencia a la tracción [MPa]: 560 800 640 640

Límite elástico [MPa]: 470 730 450 440

Elongación a la rotura: 26% 19% 41% 37%

Diametro (mm): 0,9 0,8 0,8 0,8

C: 0,1 <0,1 <0,2 0,04

Si: 0,9 0,6 <1,2 0,7

Mn: 1,5 1,6 6,5 0,7

Cr: 0,3 18,5 19

Ni: 1,4 8,5 10

Mo: 0,3 0,3

Cu: <0,4

Nb: 0,6

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5 [0051] La figura 3a representa la porción de las fases de austenita y ferrita en un formato de acero al boro sin recubrimiento de 22MnB5 en relación con el contenido de aluminio a una temperatura de 920ºC. El porcentaje de formación de ferrita y austenita depende de la cantidad de aluminio. La fase de ferrita que se produce primero, se produce con un contenido de aluminio en masa de al menos 1%.

10 [0052] La Figura 3b representa la porción de fases de austenita y ferrita en relación con el contenido de Aluminio de una mezcla (50/50) de 22MnB5 y el material de aportación de acero inoxidable estabilizante de austenita del tipo OK Autorod 16.95 (comercializado por ESAB®) a una temperatura de 920ºC. La composición en porcentajes en peso de OK Autorod 16.95 es: 0,08% de C, 0,9% de Si, 7% de Mn, 18,7% de Cr, 8,1% de Ni, 0,2% de Mo, 0,1% de Cu, 0,04% de N y el resto de Fe e impurezas inevitables. Ahora una fase de ferrita sólo se produce con contenido de

15 aluminio en masa de al menos un 3%. Por lo tanto, la adición de estos materiales de aportación inoxidables estabilizadores de austenita incrementan el contenido de masa de aluminio necesario para establecer una fase de ferrita. En otras palabras, gracias al material de aportación, se puede permitir más aluminio en el área de soldadura mientras se mantienen propiedades mecánicas, es decir, al mismo tiempo que se asegura la presencia de austenita.

20 [0053] Las figuras 4a y 4b muestran la distribución y el contenido de níquel, aluminio, silicio, cromo y manganeso en una línea de soldadura de dos chapas delgadas Usibor 1500® de 1,4 mm de espesor. En ambos ejemplos, se utilizaron materiales de aportación inoxidables estabilizadores de austenita. El eje horizontal muestra la profundidad de la línea de soldadura en milímetros, donde 0 corresponde a la superficie superior de la línea de soldadura y 1,9 milímetros a la superficie inferior de la línea de soldadura. El eje vertical muestra el contenido en porcentajes en

25 peso de los elementos en el centro de la soldadura.

[0054] En particular, la figura 4a muestra la distribución y el contenido de los elementos anteriormente mencionados a lo largo de la profundidad de la línea de soldadura de las dos chapas delgadas, en el caso de soldadura láser híbrida con un haz láser y una antorcha de soldadura por arco, posicionados de tal manera que el haz de láser está

30 delante de la antorcha de soldadura por arco. En este ejemplo, se utilizó un material de aportación inoxidable estabilizador de austenita, en particular un material de aportación inoxidable estabilizador de austenita del tipo C (véase la Tabla 1).

[0055] En particular, la figura 4b muestra la distribución y el contenido de los elementos anteriormente mencionados

35 a lo largo de la profundidad de la línea de soldadura de las dos chapas delgadas, en el caso de soldadura láser híbrida con un haz láser y una antorcha de soldadura por arco, posicionados de tal manera que la antorcha de soldadura está delante del haz láser. En este ejemplo, se utilizó un material de aportación inoxidable estabilizador de austenita, en particular un material de aportación inoxidable estabilizador de austenita del tipo D (véase la Tabla 1).

40 [0056] Después de varias pruebas, en las que se utilizaron materiales de aportación diferentes con la soldadura láser híbrida tanto con el haz láser delante de la antorcha de soldadura por arco como con la antorcha de soldadura por arco delante del haz láser, los inventores han descubierto que el contenido de aluminio y la distribución a lo largo de la profundidad de soldadura difiere cuando el haz láser se coloca delante de la antorcha de soldadura por arco, en comparación con cuando la antorcha de soldadura por arco se coloca delante del haz láser.

45 [0057] Cuando el haz láser se coloca delante de la antorcha de soldadura por arco en la dirección de soldadura, el material de aportación inoxidable estabilizador de austenita no alcanza la parte inferior de la soldadura. El aluminio puede llevar a unas peores propiedades mecánicas en la zona de soldadura después de procesos de deformación en caliente, tales como estampación en caliente, debido a la formación de ferrita en lugar de formación de austenita.

50 [0058] Cuando la antorcha de soldadura por arco está situada delante del haz láser en la dirección de soldadura, los elementos estabilizadores de austenita del material de aportación alcanzan la parte inferior de la soldadura. Por lo tanto, el aluminio no conduce a unas peores propiedades mecánicas en la zona de soldadura después de procesos de deformación en caliente tales como estampación en caliente. Esta mejor distribución de los elementos

55 estabilizadores de austenita se consigue usando una soldadura láser híbrida en la que el arco de soldadura por arco está situado delante del haz láser en la dirección de soldadura, en donde se utilizan elementos de aportación de acero al carbono o elementos de aportación estabilizadores de austenita. El uso de materiales de aportación estabilizadores de austenita aumenta el contenido de masa de aluminio cuando comienza la fase de ferrita como se muestra en la figura 3b. Así, se minimiza la influencia del aluminio en el área de soldadura y se obtiene una junta de

60 soldadura con buenas propiedades mecánicas.

[0059] También se ha encontrado que el uso de una soldadura láser híbrida con la antorcha de soldadura por arco se coloca delante del haz láser, aumenta la calidad de la soldadura cuando hay un espacio entre los dos formatos a

soldar. Debido a una penetración total debida al posicionamiento de la antorcha de soldadura delante del haz de láser, pueden soldarse dos formatos con una distancia entre sí de hasta aproximadamente 0,7 mm. Por otra parte, cuando el haz láser está situado delante de la antorcha de soldadura por arco, la distancia máxima entre formatos es de aproximadamente 0,2 mm. Proporcionar la antorcha de soldadura por arco delante del haz de láser aumenta la

5 manufacturabilidad de la soldadura y puede reducir las tolerancias de fabricación de los formatos.

[0060] Se han realizado varios ensayos de resistencia, comparando la resistencia de soldadura de dos chapas planas de acero al boro sin recubrimiento de 22MnB5 y de dos planchas planas Usibor 1500P ® de 1,4 mm de espesor unidas a testa. También se ha probado la influencia de los materiales de aportación y la configuración del

10 láser híbrido. La siguiente tabla resume los resultados de estas pruebas.

Tabla 2: Resultados de los ensayos, resistencia a la tracción

Material: Configuración de la soldadura Material de aportación del hilo de electrodo Media de la Resistencia a tracción [MPa]

Soldadura por láser puro: - 1498

Boro sin recubrimiento 22MnB5: Soldadura por láser híbrido: Haz laser delante de la antorcha de soldadura por arco Material de aportación de acero al carbono 1424

Soldadura por láser híbrido: Antorcha de soldadura por arco delante del haz láser: Material de aportación de estabilizadores de austenita 1527

Soldadura por láser puro: - 1130

Soldadura por láser híbrido: Haz: Material de aportación de acero al carbono 1074

Usibor 1500P ®: laser delante de la antorcha de soldadura por arco Material de aportación de estabilizadores de austenita 1166

Soldadura por láser híbrido: Antorcha de soldadura por arco delante del haz láser: Material de aportación de acero al carbono 1210

Material de aportación de estabilizadores de austenita: 1409

[0061] Se obtienen buenas propiedades mecánicas, cuando dos formatos de Usibor 1500P ® han sido soldados

15 mediante soldadura láser híbrida con la antorcha de soldadura por arco situada delante del haz láser de acuerdo con la dirección de soldadura. Particularmente, se obtiene una resistencia a la tracción elevada cuando se utilizan materiales de aportación que contienen materiales estabilizadores de austenita. La resistencia a la tracción obtenida se puede comparar con productos de Usibor sin soldar y con productos de boro sin recubrimiento 22MnB5 soldados.

20 [0062] Estas buenas propiedades mecánicas pueden obtenerse usando una velocidad de soldadura relativamente alta, mejorando los procesos de fabricación y reduciendo el tiempo de soldadura. Una velocidad de soldadura de 5 12 m / min se puede conseguir en varios ejemplos.

[0063] Aunque solo se han descrito aquí una serie de ejemplos, otras alternativas, modificaciones, usos y / o

25 equivalentes de los mismos son posibles. Además, también se cubren todas las combinaciones posibles de los ejemplos descritos. Por lo tanto, el alcance de la presente descripción no debe estar limitado por ejemplos particulares, sino que debe determinarse solamente mediante una lectura justa de las reivindicaciones que siguen.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Método para unir un primer formato (A) y un segundo formato (B) en donde el primer formato y el segundo formato

5 comprenden un substrato de acero (1) con un recubrimiento (2) que comprende una capa de aluminio o de aleación de aluminio, el método comprende

-seleccionar una primera porción (A1) del primer formato para ser unida al segundo formato, y seleccionar una segunda porción (B2) del segundo formato para ser unida a la primera porción,

10 -soldar la primera porción a la segunda porción, en donde -soldar comprende el uso de un haz láser y de una antorcha de soldadura por arco, en donde -la antorcha de soldadura por arco comprende un electrodo de hilo de aportación -el electrodo de hilo de aportación está hecho de una aleación de acero que comprende elementos gamagénicos, opcionalmente una aleación de acero inoxidable que comprende elementos gamagénicos, y

15 -desplazar tanto el haz láser (20) como de la antorcha de soldadura por arco en una dirección de soldadura, la primera porción y la segunda porción de los formatos en la zona de soldadura fundiéndose durente la soldadura, caracterizado en que, en la dirección de soldadura, la antorcha de soldadura por arco (30) se posiciona delante del haz láser.

20 2. Método de acuerdo a la reivindicación 1, en el que el electrodo de hilo (32) comprende una composición en porcentajes en peso de 0% -0,3% de carbono, 0% -1,3% de silicio, 0,5% -7% de manganeso, 5% -22% de cromo, 6% -20% de níquel, 0% -0,4% de molibdeno, 0% -0,7% de niobio, y el resto hierro e impurezas inevitables.
3. Método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 – 2, en el que la antorcha de soldadura por arco (30)

25 tiene un ángulo de 10º -35º, y opcionalmente un ángulo de 14º -30º con respecto a un plano perpendicular a la primera porción.
4. Método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 – 3, en el que el haz láser (20) tiene un ángulo de 0º

15º, y opcionalmente un ángulo de 4º -10º con respecto a un plano perpendicular a la primera porción. 30
5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, en el que el primer y segundo formatos (A, B) están unidos a testa, siendo la primera porción un borde del primer formato y la segunda porción un borde del segundo formato.

35 6. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el substrato de acero (1) es una aleación de acero al boro templable.
7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, en el que el primer formato (A) y/o el segundo

formato (B) son de aluminio o de una aleación de aluminio. 40
8. Método para formar productos que comprende formar un formato uniendo un primer y segundo formato (A, B) in un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 – 7, calentar el formato, y deformar en caliente y templar el formato calentado.

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