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"PROCEDE DE SOUDURE ELECTRIQUE*
Avec l'importance croissante des applications de la soudure, on a observé sans cesse davantage qu'il n'est pas suffisant de chauffer les métaux jusqu'à ce qu'il se produise un assemblage intime de ces derniers. Il faut, au contraire, tenir compte de la constitution des matières dont l'assemblage soudé est constitué et compenser les modifications indésirables éventuelles de cette constitution causées par l'intervention thermique. On connaît de nombreuses mesures de précaution tendant à ce but, notamment en combinaison avec les soudures
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électriques à l'arc. Les limites mêmes de ce que permet d'exécuter actuellement la soudure sont déterminées précisément par la possibilité où l'on se trouve d'appliquer ces masurea de precaution.
La présente invention concerne das mesures de précaution particulièrement efficaces à l'égard du but ci-dessus défini et susceptibles d'être dosées avec précision.
Lorsque l'intervention thermique nécessaire à la soudure n'est accomplie qu'en vue d'obtenir une liquéfaction des parties métalliques à assembler, il se produit des modifications de la composition de la matière de la pièce ou da la. texture ou structure physique et métallurgique de cette pièce, de telle sorte qu'en général les qualités techniques de la. matière soudée, par exemple sa dureté, sa résistance à. l'usure, sa charge de rupture à la traction et sa résistance de flexion, sa ductilité et sa résistance à la corrosion, ne répondent pas aux conditions imposées. C'est pour cette raison que, pour obtenir des assemblages soudés, présentant au point de vue da la.
matiè- re dont ils sont constitués, une constitution correspondant aux conditions imposées, il faut éviter ou compenser dans toute la- mesure possible les modifications indésirables de ce genre. Un exemple pratique important est constitué par le cas où des oxydes ou des scories se trouvent ou pénètrent dans la matière de soudure et diminuent ainsi la résistance à la. traction de l'assemblage soudé.
Un autre exemple est constitué par le cas où les alliages riches en carbone ou en silicium perdent une partie de leur carbone ou de leur silicium pendant la soudure et où il se produit de ce fait une modification des qualités initiales. la présente invention a pour objet un procédé de soudure électrique suivant lequel, au moyen d'une électrode chaude, constituée sous la forme d'une pièce à résistance venant au contact dé la pièce à souder pendant l'opération de soudure,
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on exerce, en dehors du pur effet de fusion, une action ther- mique ou chimique qui influe d'une manière prédéterminée sur la constitution matérielle du produit de soudure.
Ia demanderesse a observé en effet qu'on peut augmenter l'influence d'une façon beaucoup plus efficace par un contact intime que lorsqu'en est obligé, comme dans le procédé de soudure à l'arc, de faire agir sur le produit de soudure les substances entrant en réaction, à l'état de vapeur et par conséquent sous une densité faible, ou par le moyen d'une goutte fondue coulant de l'électrode et par conséquent d'une façon discontinue.
On a également été obligé jusqu'ici de renoncer à l'utilisation de réactions et d'autres actions nécessitant pour leur accomplissement une température nuisible au métal. C'est ainsi qu'il étaitimpossible de supprimer les oxydes et scories d'une réduction difficile en appliquant une température plus élevée, et en particulier de les fondre et de les écarter mécaniquement, quand, à la température de fusion de l'oxyde, le métal pur s'oxyde déjà si rapidement qu'il se reforme sans cesse davantage d'oxyde qu'on n'en enlève.
Ia présente invention supprime ces inconvénients et difficultés et permet de nouvelles applications. Le contact entre l'électrode et la pièce à souder permet notamment de faire parvenir les substances agissantes dans un état instable d'une efficacité particulière de l'électrode sur la pièce à souder avant qu'elles passent de l'état instable à un état moins actif.
Il est vrai qu'il est connu de faire l'apport de la chaleur nécessaire à la fusion du métal de jonction au moyen d'une électrode de contact, en vue d'obtenir une liaison intime des métaux. Il est connu.d'autre part, dans d'autres procédés de soudure, de procéder à la suppression des scories à l'en-
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droit de la soudure par un contact avec une pièce solide agissant mécaniquement, eventuellement chauffant en combinaison avec une action électrolytique, mais ne donnant pas la chaleur nécessaire pour la soudure.
La procédé objet de la présente invention diffère de ces procédés connus par le fait qu'on exerce une action chimique ou une intervention thermique qui dépasse la simple fusion, au moyen de l'électrode de soudure qui est au contact et qu'il ne faut pas que cette, électrode exerce une pression notable sur la matière de soudure. Le procédé objet de la présente invention, utilise, comme source principale de la chaleur de fusion, une électrode constituée par une pièce à résistance, disposée de préférence en série avec la pièce à souder et avec une source d'énergie électrique, et fermant constamment le circuit par contact avec la pièce à souder. On donne de préférence à la tension de la source d'énergie électrique une valeur si faible qu'il-,-- ne puis pas se produire d'arc à l'endroit de la soudure.
Cette forme d'exécution brièvement désignée ci-après sous le nom de procédé de soudure par contact, n'a été connue jusqu'ici que pour autant qu'elle suffit pour assembler des métaux par leur fusion.
Comme, pour de nombreux métaux, alliages métalliques ou substances de liaison, la fusion des métaux ne suffit pas à elle seule pour réaliser la. liaison intime, le procédé de soudure par contact n'a trouvé jusqu'ici qu'une a.pplication restreinte. Ce procédé présentait aussi jusqu'ici l'inconvénient grave que les oxydes, scories et autres impuretés qui se trouvent à l'endroit du contact entre l'électrode et la pièce à souder gênaient le passage du courant et que les électrodes connues jusqu'ici s'usaient fortement.
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Par application des mesures de précaution ci-dessus définies, la demanderesse est parvenue à supprimer tous ces inconvénients, ainsi qu'à obtenir des résultats tout à fait surprenants en ce qui concerne la soudure obtenue. Elle a observé en particulier que, par ce moyen, il devient possible de réaliser des soudures à fusion de coutures de tôle, d'acier ou d'aluminium d'une épaisseur inférieure à 1 millimètre,qui satisfont à toutes les conditions au point de vue technique. Naturellement, il faut tenir compte, dans le choix des mesures à appliquer, des conditions particulières qui résultant du contact de l'électrode et de la matière à souder. Il faut, d'autre partf utiliser des électrodes dont l'usure se maintient dans des limites acceptables.
Comme les modifications à l'endroit de la soudure peuvent porter sur la constitution chimique, le caractère de l'alliage, la grosseur des cristaux et la constitution cristalline de :la. matière à souder, ainsi que sur la constitution des produits d'addition éventuellement mis en oeuvre ou, enfin, sur une combinaison de ces caractéristiques, la réalisation du procédé, le choix de la matière des électrodes, etc..., s'effectuent d'une façon différente suivant le cas particulier envisagé, et suivant des points de vue différents, mais toujours par une application judicieuse du principe général de la présente invention. Quelques exemples qui vont suivre tout faire ressortir ces conditions.
S'il s'agit par exemple de supprimer les scories par leur fusion, il suffit déjà de chauffer l'électrode à une température supérieure à la température de fusion des scories à éliminer. A cet effet, on choisit de préférence les électrodes de telle manière que leur usure se maintienne dans des limites pratiquement acceptables aux températures élevées qui doivent
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être appliquées. C'est ainsi que, pour la fusion de l'alumine, qui se produit au-dessus de 2000 , on peut utiliser, comme matière convenant pour les électrodes, des charbons ou graphites recuits au four electrique.
S'il s'agit de faire fondre ensemble ou de souder des métaux qui s'oxydent à l'air ou qui sont susceptibles de former d'une autre façon des couches assurant une protection contre les agents chimiques ou des alliages et mélanges de ces métaux, on peut, avec avantage, dans le cadre de la présente invention, faire appel à la pellicule d'oxyde ou à toute autre couche protectrice qui, une fois formée, empêche la substance d'attaque de pénétrer davantage dans des couches plus profondes du métal, pour maintenir l'air à l'écart d'une manière favorable à la soudure, pourvu qu'on prenne les précautions nécessaires pour assurer d'une autre manière, à l'endroit où il n'est pas possible d'empêcher la destruction de cette pellicule ou couche, c'est-à-dire à l'endroit de la soudure, une protection éliminant l'air et en contact pratiquement étroit, sur tout son pourtour,
avec la pellicule ou couche détruite en cet endroit, de telle façon que la suppression générale et l' éloignement de l'air se maintiennent dans les zones exposées par l'échauffement.
On peut obtenir ce résultat d'une manière simple, selon la présente invention, en utilisant, pour constituer une protection supplémentaire, un corps solide, à savoir l'électrode même de soudure, et en portant alors cette électrode à la température qui suffit encore juste pour faire fondre les parties de pellicule atteinte, sans toutefois que la distribution de température puisse provoquer la fusion de parties de la pellicule plus éloignées, ce qui permet d'obtenir un raccord suent pratiquement serré avec la pellicule ou couche
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non détruite qui entoure l'endroit de l'électrode et par consé- quent une protection d'ensemble suffisante des zones exposées, sans qu'on soit obligé de faire appel à des gaz de protection ou à d'autres mesures. compliquées.
Dans le cadre de la présente invention, on peut également obtenir la destruction locale de la couche, de protection non pas par liquéfaction, mais d'une autre manière, par exemple par réduction locale, laquelle garantit également le maintien de la protection d'ensemble, pourvu qu'elle soit réglable avec une précision suffisante pour empêcher d'une façon certaine une destruction de parties plus éloignées de la. pellicule.
Dans la mesure où elle est de caractère. thermique, cette possibilité d'assurer le dosage avec précision est donnée d'une manière particulièrement avantageuse par l'application du procédé de soudure par contact dans lequel la puissance de soudure peut être réglée avec précision, suivant la loi simple d'Ohm, et dans la mesure où elle est de caractère chimique, elle est donnée d'une manière particulièrement avantageuse, comme il est indiqué plus loin, par la composition de l'élec- trode.
Par ce moyen, on peut, par exemple, exécuter d'une façon techniquement parfaite, c'est-à-dire surtout sans alté- ration sensible de la résistance à la traction, une soudure de coutures de tôles d'aluminium de faible épaisseur, sans uti- liser de fondant quand on prépare d'une manière appropriée les bords à souder, par exemple en les pliant vers le haut le long de la couture et en faisant passer le long de ces bords une électrode de soudure en un charbon comprimé aussi résistant que possible à la chaleur, quand la température et la vitesse relatives de l'électrode de soudure par rapport à la pièce à souder, correspondent aux conditions précitées.
S'il s'agit d'enrichir la matière à souder, par exemple en carbone ou en silicium, l'utilisation d'une électrode de
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laquelle ces substances passent à la température de fusion et par solution dans la matière à souder, constitue une mesure à appliquer conformément à la présente invention. Inversement, on peut retirer de la même manière, à la matière de soudure, un constituant indésirable, par exemple du carbone, en mélangeant à la matière des électrodes des substances qui fixent le carbone aux températures de la soudure.
S'il s'agit de supprimer des composés chimiques secondaires indésirables (scories), par transformation chimique, on peut avec avantage ajouter par mélange à la matière des électrodes des substances qui précipitent le métal pur à partir des composés secondaires, par exemple réduire des oxydes ayant pris naissance. Il faut veiller dans ce cas à ce que les produits qui prennent finalement naissance au cours de laréduction ou transformation chimique et dont on veut se dé- barrassor, présentent un point d'ébullition qui soit inférieur à la température qui règne à l'endroit de soudure, de façon à ce que ces produits s'échappent sous forme de gaz ou de vapeur. L'élimination par transformation chimique présente, par rapport à l'élimination par fusion, l'avantage qu'on peut se contenter de températures plus basses.
S'il s'agit en particulier d'éliminer des oxydes d'une reduction difficile, il faut utiliser en totalité ou en partie, pour la constitution de l'électrode, des substances ayant un effet réducteur dans les limites de température, définies chaque fois à l'avance par l'opération de soudure. Conformément à l'invention, on utilise des substances dont les oxydes ont une chaleur de formation supérieure à celle des oxydes à réduire. Parmi les matières qui conviennent, figurent par exemple les carbures, les siliciures, les nitrures. et les borures du titane, des métaux du groupe du chroma, des métaux du groupe alcalino-terreux, etc...
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Les carbures et siliciures peuvent être utilisés seuls ou en combinaison avec du charbon et du graphite. Par ailleurs, le choix, des quantités de carbure et siliciure, d'une part, et du charbon et du graphite, d'autre part, utilisées pour la constitution des électrodes, est commandé par la fait que la. vitesse de; la réduction est déterminée principalement par la teneur de l'électrode en carbure et en siliciure, mais la résistance électrique principalement par la teneur en charbon et en graphita. Par ce moyen, on peut influencer ces deug propriétés. dans de larges limites, et on est ainsi en mesure, en particulier, d'adapter la résistance de l'électrode à la puissance thermique qu'il faut apporter dans chaque cas à la matière de soudure.
Pour la soudure des alliages d'aluminium, on a obtenu de bons résultats surtout avec du graphite contenant de 10 à
20% de carbure de silicium. Avec les alliages contenant du chrome, on peut obtenir des résultats remarquables, ainsi que l'ont montré les résultats d'un certain nombre d'essais, avec les électrodes de soudure constituées par du charbon et principalement par du carbure de titane. Les carbures de man- ganèse, de molybdène et de tungstène ont également donné de très bons résultats, en combinaison avec le graphita, pour la soudure d'alliages métalliques qui s'oxydent.
La. présente invention comprend/egalement un mode de réa- lisation suivant lequel on ne laisse les carbures ou siliciures se former que pendant l'opération de soudure, de façon à pouvoir aussi utiliser par exemple les métaux des carbures à former en présence d'un excès de carbone. On peut, par exemple, cons- tituer une électrode en recouvrant d'une couche de charbon une âme métallique ou de carbure, ou inversement en habillant une âme de charbon d'une enveloppe métallique ou de carbures ou siliciures métalliques, ou en exécutant l'électrode par cuisson d'un mélange de poudre de molybdène ou de tungstène
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ou de leurs carbures.
S'il s'agit de maintenir la dimension des cristaux qui se forment dans la structura du métal, pendant le refroidissement consécutif à la soudure, au-dessous d'une valeur critique pour les propriétés de la matière, on peut limiter la quantité de chaleur totale apportée à l'endroit de la soudure de telle façon que le refroidissement rapide obtenu de cette façon ne permette pas la formation, après la soudure, de grains d'une grosseur dépassant la dimension critique. On peut par exemple obtenir ces résultats en faisant l'apport, en un temps relativement court, d'une puissance de soudure relativement grande, donc par exemple en faisant passer relativement vite le long de la soudure, une électrode très chaude.
S'il s'agit d'obtenir des soudures ne se corrodant pas, sur des aciers inoxydables, en particulier sur des aciers au chrome-nickel, contenant par exemple 8% de nickel, 18% de chrome, jusqu'à 15% de carbone, le reste étant du fer, on observe qu'il est également important de refroidir la soudure rapidement de 11000 C. ou davantage, jusqu'à la température ordinaire. En effet, avec les aciers ainsi constitués, présentant une teneur en carbone relativement élevée, le risque est particulièrement grand d'éliminer le carbone sous la forme de carbures aux limites des grains de la structure des cristaux mixtes, ce qui crée des points d'attaque pour la corrosion intercristalline.
En outre, la diminution de la teneur en chrome, qui est provoquée principalement par la précipitation de carbures de chrome, peut conduire, dans certains cas, à une modification du caractère austénitique initial de l'acier.
La région des températures dangereuses est comprise, dans ce cas, entre 500 et 9000 C. environ.
Or, la demanderesse a observé que l'apparition de la.
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corrosion intercristalline est inséparable d'une certaine durée d'action, da sorte qu'on évite toute corrosion intercristalli- ne et que, par conséquent, on conserve à l'endroit de la soudure une structure semblable à celle de la matière non soudée quand. on exécute toute l'opération de chauffage et de refroidissement nécessaire à la soudure, en un temps inférieur à cette durée minimum.
Conformément à la présente invention, on obtient ce résultat en appliquant un courant d'une intensité très élevée, une durée d'application très courte et un refroidissement rapide.
Par conséquent, on utilisa des puissances de soudure relativement grandes, durant des intervalles de temps relativement courts, ce qu'on obtient par exemple par l'utilisation d'électrodes chaudes et d'une vitesse élevée de soudure, tandis que, de préférence immédiatement à l'arrière de. l'électrode de soudure, on refroidit la soudure par de l'air comprimé, de l'eau, de l'air liquide ou d'autres agents de refroidissement connus analogues.
S'il s'agit de fixer par soudure, sur la. surface d'un métal, des substances mécaniquement résistantes, par exemple d'introduire par soudure des constituants dits de métaux durs sous forme pulvérulente, il est indispensable, pour éviter des modifications de la constitution de la matière de soudure, de procéder à l'opération de soudure dans une zone d'échauffement toujours étroitement limitée. Par conséquent, conformément à la présente invention, on fait l'apport de la partie. pulvérulente de la matière de soudure par la woie de l'électrode à l'endroit où celle-ci produit précisément à l'instant considéré, la température correcte.
On peut par exemple souffler les matières dures broyées au moyen d'un courant de gaz indifférent, à travers un trou ou une gouttière de. l'élec-
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trode, sur la surface du métal de support, ce qui permet d'obtenir, d'une façon très simple, la coïncidence automatique de la zone d'échauffement et de l'emplacement où se fait l'apport. Suivant la constitution du métal de support, il est avantageux., dans ce cas également, de compenser par le choix de la matière de l'électrode, une modification inévitable du métal de support due à l'intervention thermique.
S'il s'agit de faire l'apport de substances qui sont particulièrement efficaces dans un etat d'instabilité de courte durée, on se sert d'électrodes contenant des constituants qui déterminent cet état d'instabilité. On ajoute, par exemple par mélange aux électrodes, du platine ou du palladium, et on fait en même temps sortir des électrodes de l'hydrogène à l'état atomique. L'hydrogène atomique exerce alors son action réductrice sur l'oxyde à éliminer, avant que cet hydrogène revienne de l'état atomique à l'état molé- culaire chimiquement inefficace.
Pour obtenir les cordons de soudure lisses, ne demandant aucune reprise d'usinage mécanique consécutif, comme on le désire fréquement pour des raisons techniques ou esthétiques, il est particulièrement avantageux d'utiliser alors un dispositif conforme à la présente invention, appliquant le procédé de soudage par contact et dans lequel l'électrode de soudure est profilée de telle façon que la matière de soudure qui glisse le long de cette électrode se solidifie à l'état li&se. Suivant les conditions particulières données, ce profil peut consister en une surface oblique ou en un biseau ou être en forme de lame ou encore adapté à la forme des lignes de courant des fluides, etc..
D'autre part, le profil est déterminé chaque fois par la condition d'un contact intime avec la pièce à, souder, c'est-à-dire qu'on l'adapte de préfé-
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rence au profil des arêtes. Pour obtenir ce résultat, on peut aussi donner à l'électrode la forme d'un galet ou d'un cylindre ou rouleau.
On peut aussi procéder comme suit lorsqu'on applique le procédé de soudure électrique à l'assemblage de pièces présentant à l'endroit de la soudure une accumulation. de matière, par exemple à l'assemblage de tôles qui sont bordées ou roulées à l'endroit de la soudure, ou lorsqu'on fait usage de matière additionnelle : on choisit une électrode de soudure qui est amenée, par le passage du courant, à une température si élevée que non seulement elle fait fondre la. matière au point de contact, mais qu'elle produit également devant l'électrode, à partir de la matière accumulée, une goutte fondue qui produit un chauffage préliminaire de la pièce, chauffage qui peut mène aller jusqu'à la fusion de la matière.
Par l'application des. mesures ci-dessus décrites et de mesures analogues conformes à la présente invention, il devient possible d'exécuter des assemblages soudés de métaux déterminés d'une épaisseur déterminée, qui donnent satisfaction au point de vue technique,et d'une qualité qu'il était impossible d'obtenir jusqu'ici. Il en est ainsi aussi bien pour les métaux que pour les combinaisons de métaux, les alliages et les pièces composites.