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Description


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    PERFECTIONNEMENTS   A LA SOUDURE   AUTOGENE   DES ALLIAGES FERREUX ET ANALOGUES 
La présente invention se rapporte à la production d'objets métalliques composites, particulièrement d'objets dont une partie est faite d'un alliage ferreux qu'il est difficile de souder à l'autogène. Elle est particulièrement applicable à la production d' objets comportant des parements en métal résistant à la corrosion (comme de l'acier au nickel ou un acier rapide ou autre acier de nature correspondante) et des renforts ordinairement en acier doux ou en un acier ayant des caractéristiques physiques différentes de celles des parements. On peut aussi dans certains cas la mettre en oeuvre pour assembler des métaux différents, par exemple pour assembler du nickel ou des alliages de nickel et de   l'acier.   



   Les alliages ferreux ou d'autres métaux à point de fusion élevé du type se prêtant mal à la soudure autogène présentent cette particularité que, par exposition à l'air, ils se recouvrent immé-   diatement   d'une mince pellicule superficielle qu'on considère ordinairement comme étant un oxyde, et cette pellicule existe ,lors même 

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 que le métal semble être propre. Une telle pellicule rend ces métaux difficiles à souder à l'autogène à d'autres métaux, bien qu'on y parvienne dans une certaine mesure en étirant le métal à l'instant où   l'on   pratique la soudure, si bien qu'on brise la pellicule et que la soudure s'obtient sur les surfaces mises à nu. 



   La présente invention est basée sur cette découverte qu'en prenant des précautions convenables pour éliminer la   pelli-.   
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 ! qu'une couche de fer est tonné '- cule qui fait obstacle à la soudure et poezr électrolytil). quemen 1; sur la surface débarrassée de cette pellicule il est possible d'amener cette couche de fer à se diffaser dans la masse principale du métal même à des températures peu 
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 .Ixf élevées, !et qESxpasnt8& de rapporter facilement une couche de ren- fort par soudure autogène sur la surface revêtue de fer.

   Cette diffusion peut s'effectuer à des températures relativement peu élevées, soit par exemple d'environ 925  O., des températures supérieures pouvant aussi être utilisées, et il est évident qu'on peut la pratiquer à l'occasion de l'opération de soudure   autogè-   ne,qui s'effectue ordinairement à une température d'environ   11500   C. ou plus. 



   Au besoin, pour contribuer à empêcher la migration du carbone, une mince couche d'un autre métal peut être plaquée électrolytiquement sur le corps de métal principal avant d'effectuer le dépôt électrolytique du fer, bien que cela ne soit habituellement pas nécessaire. On peut employer pour cela du nickel, du cobalt, du cuivre ou de l'argent. D'autres métaux peuvent aussi être employés pourvu qu'ils ne soient pas délétères ou qu'ils n'affaiblissent pas indûment la soudure. 



   Il est à noter que suivant la présente invention le fer déposé électrolytiquement sur le métal de parement a un point de fusion supérieur à celui aussi bien du métal de parement que du métal de renfort et qu'en conséquence, loin qu'il s'agisse ici d'un phénomène de brasure, c'est une véritable soudure   qui   se produit bien que les températures employées puissent être in- 

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 pour réaliser une soudure autogène entre des corps ferreux. 



   Le fer déposé électrolytiquement au dos du métal de parement peut être simplement diffusé dans ce dernier, le produit étant ensuite employé de cette façon, mais ordinairement il sera désirable d'appliquer un second renfort, qu'on soudera à l'autogène sur le revêtement, habituellement avec application de chaleur et de pression, quoique cela puisse s'effectuer en certains cas en coulant du métal de renfort contre le métal de parement recouvert d' un dépôt électrolytique et qu'on emploiera comme élément intérieur dans le moule.

   Cette coulée peut s'effectuer d'une manière bien connue quelconque,
Suivant un procédé de choix pour obtenir sur le métal à recouvrir d'un dépôt électrolytique, une surface exempte de pellicule susceptible de faire obstacle à la soudure, on nettoiera d' abord ce métal d'une manière connue quelconque, par exemple par meulage, par décapage au jet de sable ou dans un bain, après quoi on le soumet à un décapage final dans un acide non oxydant tel que l' acide chlorhydrique.

   Tandis qu'il est encore humide, on transférera du bain de décapage final le métal dans un bain électrolytique de nature telle que l'acide transporté ne nuise pas à l'action du bain, et l'on déposera électrolytiquement du fer à partir de ce bain, Après qu'il s'est déposé une pellicule d'épaisseur suffisante on lavera le métal et on le nettoiera d'une manière connue quelconque, puis on soudera ordinairement un renfort de métal sur la face de fer soit par application de chaleur et de pression, soit par coulée. Le revêtement de fer peut être amené à se diffuser dans le corps de métal principal soit par une opération distincte con-   sistant   à les chauffer tous deux à une température d'environ 925 C. ou.plus, soit à l'occasion de l'opération de soudure autogène. 



   Des exemples montrant la mise en oeuvre de la présente invention sont donnés ci-après :
Exemple 1 - On a décapé au jet de sable de manière qu'elles soient pratiquement lisses et planes sur leurs deux faces deux plaques d'acier inoxydable renfermant approximativement   18%   de chrome 

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 et 8% de nickel et mesurant environ 1 m. de long sur 1,5 m. de large sur 8 à 10 mm, d'épaisseur. Sur l'une des faces de chaque tôle on a appliqué au pistolet un enduit composé de talc finement divisé mélangé avec une solution diluée de silicate de sodium comme liant. Les surfaces ayant été séchées, on a réuni les plaques par leurs surfaces enduites et l'on a soudé à l'autogène les bords des plaques de manière à obtenir un joint solide étanche à l'eau.

   On a soumis les plaques ainsi préparées à un nettoyage préliminaire complet au moyen d'un alcali ou d'un solvant à l'effet d'éliminer toute trace de graisse. On a fait suivre ce nettoyage d'un rinçage complet. 



   Dans   ce-   exemple particulier on a placé ensuite les plalues rincées dans une solution d'acide chlorhydrique titrant de 35 à 37% d'HCl et on les y a laissé séjourner jusqu'à ce que des bulles s'échappassent indistinctement de toutes les régions et on a prolongé ce décapage préliminaire pendant cinq à six minutes après que ce phénomène eut été observé, de manière à assurer l'élimination complète de la pellicule superficielle. On a ensuite retiré les plaques de l'acide chlorhydrique et on les a brossées et lavées de manière à éliminer la matière détachée par l'acide, puis on les a remises dans une solution identique d'acide chlorhydrique jusqu'à ce que le dégagement de bulles ait recommencé et duré une quinzaine de secondes, assurant ainsi l'élimination de toute pellicule qui aurait pu se former pendant le brossage.

   Il doit être entendu qu'un bain fortement acide est désirable pour le décapage préliminaire mais que la concentration d'acide indiquée n'est pas toujours indispensable et que dans bien des cas on peut employer une concentration d'acide plus faible, Les plaques étant encore humides de la solution d'acide chlorhydrique, on les a placées directement dans le bain électrolytique. Celui qu'on a employé en cette occasion était du type dit "aux chlorures" et était composé de 300 gr. de chlorure ferreux et de 225 grs. de chlorure de calcium par litre de solution.

   Ce bain comprenait de plus juste assez d'acide 
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 chlorhydri,ue 'Cour emmanhn- 1 e n, --.: ¯¯ , 

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 était à une température variant de 90 à 96  O. et l'on a conduit   lélectrolyse   en employant des anodes en fer relativement pur et une . densité de courant d'environ 6,5 ampères par décimètre carré de sur- face, la tension variant entre 0,6 et 1,0 volt. La tension n'est pas critique;
Dans le cas de cet exemple on a continué la galvanoplastie pendant environ deux heures, et l'on a trouvé que le dépôt était constitué par une pellicule dense fortement adhérente de fer pur ayant environ 0,75 mm, d'épaisseur et que sa liaison avec l'acier inoxydable était exempte d'oxyde interposé.

   Après que les plaques eussent été chauffées à une température   d'envir.on   925  O. ou un peu plus élevée, un examen microscopique a montré que le revêtement de fer s'était nettement diffusé dans l'acier inoxydable. Des échan- tillons des plaques ainsi constituées ont été soudés à l'autogène sur des plaques de renfort en acier doux par des procédés connus comportant l'application de chaleur et de pression, et d'autres é-   chantillons   ont été combinés avec le métal de renfort en utilisant ces plaques comme éléments intérieurs et coulant autour d'elles un métal ferreux fondu, En ce cas il n'a pas été nécessaire de chauffer pour provoquer la diffusion entre le fer électrolytique et l'acier inoxydable, car celle-ci avait eu lieu à l'occasion de l'opération de soudure autogène. 



     Exemple 2 -   Dans ce cas, au lieu d'employer un acide ayant la concentration indiquée à l'exemple 1 on a utilisé un acide ayant une concentration à peu près moitié moindre, mais en ce cas on a soumis le métal à un décapage dans des conditions anodiques; par exemple, après avoir décapé au jet de sable le barreau à revê- tir à l'effet d'éliminer les battitures de laminage, on l'a monté comme anode dans un bain de décapage titrant environ   18%   d'acide chlorhydrique, ce bain de décapage étant à la température ordinaire. 



   Les cathodes employées étaient en acier à faible teneur en carbone et la densité de courant était d'environ 6,5 ampères par décimètre carré de surface, la tension à la génératrice étant de 6 volts. 



   Dans ces conditions on a décapé électrolytiquement le barreau pen- 
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 dant 10 minutes; on 1 la ensuite reti'l".6 - .r. .,+ u¯¯¯ ¯ .. ¯ - 

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 puis on l'a réintroduit dans le bain et fait fonctionner à nouveau en anode pendant 1 minute et on l'a ensuite transféré, superficiellement couvert de la solution d'acide chlorhydrique, dans le bain galvanoplastique destiné à le recouvrir de fer et l'on a continué l3 traitement comme il est dit à l'exemple 1. 



     Exemple 3 -   Dans ce cas l'acier à revêtir était un acier rapide renfermant environ   18%   de tungstène et on l'a soumis à un décapage préliminaire anodique en bain alcalin. Le bain employé contenait environ 150 grs. de soude caustique et 15 gr. d'acide citrique par litre de solution. On a immergé l'acier dans ce bain et on l'a monté en anode, la cathode étant en tôle de fer ordinaire. 



  L' électrolyse a été effectuée à la température ordinaire en employant une densité de courant d'environ 2,7 ampères par décimètre carré, bien   qu'on a@rat pu   employer une densité plus élevée. Au bout d'environ 1 minute des bulles ont apparu sur la surface et l'acier rapide s'est dépouillé de ses battitures, l'action paraissant être très uniforme. Lorsqu'on a jugé que l'acier rapide était exempt de battitures superficielles on l'a retiré du bain, arrosé et rincé à l'eau.

   Sa surface semblait alors être   recouverte   d'une matière mince mais d'apparence sale qu'il était malaisé d'éliminer à la brosse, mais lorsque l'acier présentant cet aspect eut été immergé dans de l'acide chlorhydrique titrant environ   18%,la   matière d'apparence malpropre disparut immédiatement et au bout de quelques secondes l'acier avait une surface brillante très propre, On   transfé-   ra ensuite dans le bain galvanoplastique l'acier ainsi traité et toujours recouvert d'acide et on le traita comme il est dit à l'exemple 1. 



   En outre de l'emploi de la présente invention pour des alliages d'acier tels qu'il est dit ci-dessus on peut également l' appliquer à d'autres alliages chromés du fer avec ou sans nickel, ainsi qu'à divers types d'aciers trempables comme les aciers à forte teneur en carbone ou les aciers rapides et à d'autres aciers fortement alliés ou à d'autres métaux tels que le nickel. 

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 briquer des plaques composites ainsi que divers autres produits façonnés; par exemple, on peut revêtir intérieurement un tube d'a- cier allié,d'un dépôt électrolytique de fer après l'avoir convena- blement préparé pour éliminer toute pellicule susceptible de s'op- poser à la diffusion, après quoi on peut souder à l'autogène un noyau à l'intérieur du tube soit par application de chaleur et de pression soit par coulée.

   A cette fin le tube peut être soit fait de tôle plane soit étiré à volonté soit laminé après avoir été revé- tu d'un dépôt électrolytique. 



   L'invention est également utilisable pour la fabrica- tion de soupapes pour moteurs à combustion interne, car elle per- met de produire des soupapes de ce genre présentant des parties su- perficielles très résistantes à la corrosion à hautes températures et des parties internes possédant les caractéristiques physiques nécessaires ainsi qu'un haut degré de conductibilité thermique. En même temps le rendement thermique de ces soupapes est forcément très élevé à cause de la soudure parfaite obtenue entre la partie superficielle et le noyau, ce qui occasionne un transfert immédiat de la chaleur permettant à celle-ci de se dissiper comme il faut. 



  C'est ainsi par exempts qu'une soupape peut comprendre une envelo- pe extérieure composée essentiellement d'un alliage de 80% de nic- kel et de   20%   de chrome, le noyau à insérer après que le tube a été intérieurement revêtu de fer déposé électrolytiquement pouvant être fait par exemple d'un acier à outils composé de 9 à 12% de tungstène, 3 à 3,5% de chrome et environ   0,65%   de carbone, le res- tant étant principalement du fer ; ou bien, si l'on ne demande pas à cette barre des caractéristiques physiques supérieures, on pour- ra employér un alliage d'acier ordinaire. 



   Comme autres produits intéressants obtenus par ce procé- dé on peut citer les pare-chocs pour automobiles, les aubes de tur- bines, tiges de piston et arbres de toutes espèces; on peut égale- ment fabriquer des outils:: composites, comme par exemple dans le cas de lames de oiseaux qu'on peut produire par exemple en combinant ensemble de l'acier.rapide, composé par exemple de 0,7% de carbone,   @   

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   18%   de tungstène, 4% de chrome, 1% de vanadium et le restant de fer, avec un métal de   rénfort   tenace constitué par exemple par un alliage ferreux renfermant   3,5%   de nickel et   0,

  30%   de carbone En ce cas on trouvera qu'il est utile de revêtir électrolytiquement de fer à la fois le métal de parement et le métal de renfort avant d'essayer de souder les deux ensemble. 



   Il est évident que l'effet nouveau obtenu suivant la présente invention, grâce auquel on obtient une soudure extrême ment efficace de corps ferreux d'ailleurs difficiles à souder, peut être appliqué à maintes autres fins, sous des formes très diverses et à des alliages d'espèces variées*   REVENDICATIONS   
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1.- Procédé pour unir des métaux dont l'un au moins appar- tient principalement au groupe du ferro-nickel, consistant à éli- miner de la surface de l'un au moins de ces métaux la pellicule qui fait obstacle à la soudure, à déposer électrolytiquement du fer sur cette surface alors qu'elle est exempte d'une telle pel- licule et à appliquer un second métal sur la surface ainsi revê- tue dans des conditions permettant d'obtenir une soudure autogène entre les deux,.

Claims

2. - Un procédé conforme à la revendication 1, dans lequel l'union des métaux s'effectue par laminage à chaud.

3. - Un procédé conforme à la revendication 2, dans lequel la surface des deux métaux est nettoyée et recouverte électroly- tiquement de fer avant la soudure.

4. - Un procédé conforme à la revendication 1, dans lequel le second métal est rapporté sur la surface électrolytiquement revêtue du premier par coulée.

5.- Un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel avant de déposer électrolytiquement du fer sur la surface nettoyée on recouvre celle-ci d'abord d'un dépôt électrolytique d'un métal appartenant au groupe comprenant <Desc/Clms Page number 9> 6. - Un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on soumet le métal revêtu d'un dépôt électrolytique à un chauffage suffisant pour que le fer déposé à sa surface se diffuse dans sa masse.

7.- Un procédé conforme à la revendication 6, dans lequel on effectue cette diffusion avant d'unir les métaux.

80- Un procédé conforme à la revendication 6, dans lequel on effectue cette diffusion pendant qu'on unit les métaux.

9.- Un procédé conforme à la revendication 7, ou 8, dans lequel on augmente cette diffusion en travaillant les métaux à chaud après qu'on les a unis.

10,- Un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on éliminer pellicule de la surface du métal en décapant celui-ci dans un acide de nature non oxydante, comme l'acide chlorhydrique. il.- Un procédé conforme à la revendication 10, dans lequel on décape le métal électrolytiquement en le montant comme anode dans -:Le bain de décapage.

12.- Un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes,dans lequel on soumet le métal à un décapage électrolytique préliminaire en le montant comme anode dans un bain alcalin.

13.- -Un procédé conforme à la revendication 12, dans lequel le bain de décapage contient environ 150 gr, de soude caustique et 15 gr. d'acide citrique par litre de solution.

14.- Un procédé conforme à l'une des revendications 10 à 13, dans lequel on transfère le métal dans le bain galvanoplastique alors qu'il est encore humide de l'acide dans lequel on effectue le décapage final.

15.- Un procédé conforme à la revendication 14, dans lequel le bain galvanoplastique est de nature telle qu'il n'est pas défavo- rablement affecté par l'acide adhérent à la surface du métal.

16.- Un procédé conforme à @ l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bain galvanoplastique contient du chlorure ferreux, du chlorure de calcium et suffisamment EMI9.1 .:1 1--.: M - -1-u - <Desc/Clms Page number 10> 17. - Un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on soude l'une à l'autre à l'autogène par leurs bords deux plaques métalliques séparées par un enduit non métallique tel que du talc, de manière à former un joint solide étanche à l'eau et, tandis qu'elles sont ainsi reliées, on les soumet à des opérations de décapage et de galvanoplatie puis on les unit à des corps de métal ferreux appliqués sur les surfaces revêtues d'un dépôt galvanosplatique.

18. - Un procédé pour produire des corps métalliques composites dont l'un au moins des éléments appartient en majeure partie au groupe du ferro-nickel, qui consiste à nettoyer la surface de l'un de ces éléments ainsi constitué à l'effet d'éliminer la pellicule qui fait obstacle à la soudure autogène, à déposer électrolytiquement du fer sur cette surface alors qu'elle est débarrassée d' une telle pellicule et à appliquer un métal ferreux sur cette surface à une température au moins égale à la température de soudure autogène.

19.- Un procédé conforme à la revendication 18, qui comprend les opérations définies dans l'une quelconque des revendications 2 à 17.

20.- A titre de produits industriels nouveaux, les corps métalliques composites comprenant un élément fait d'un alliage ayant comme constituant l'un des groupes métalliques du ferro-niakel, un second élément formé d'un alliage ferreux de composition différen- te et une partie intermédiaire dans laquelle du fer électrolytique sensiblement exempt d'oxyde se trouve diffusé dans la masse des deux éléments susindiqués.

21.- Un corps métallique composite conforme à la revendication 20, dans lequel l'un des éléments du corps composite renferme du chrome comme constituant.

22.- Un corps métallique composite conforme à la revendication 20, dans lequel l'un des éléments du corps composite est constitué par un alliage de nickel-chrome. EMI10.1

2 - TT --- - - É -t- - 1 <Desc/Clms Page number 11> 20, dans lequel l'un des éléments du corps composite est de l'acier à haute teneur en carbone.

24. - Pour être employé-dans la fabrication d'un corps métallique composite conforme à l'une quelconque des revendications 17 20, un corps métallique appartenant principalement au groupe du fer- ro-nickel dont une surface est recouverte d'un dépôt galvanique de fer.

25.- Un procédé pour unir deux corps métalliques, en substance comme décrit, 26.- Un corps métallique composite, en substance comme décrit.