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" Perfectionnements au soudage ".
On a déjà envisagé, quand il y a lieu d'assembler deux pièces en métal fondant au-dessus de la température de 1.100 degrés oentigrades, d'introduire un morceau de cuivre à proximité du joint à former et ensuite de faire agir la ohaleur pour fondre le cuivre. On a aussi envisagé le remplacement du cuivre par de l'oxyde de cuivre. Dans
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les deux cas, on fait intervenir la ohaleur dans une ambiance réductrioe. Ces deux procédés exigent l'intervention de tem- pératures si élevées que les propriétés de traction du métal en sont influencées et qu'il faut, après achèvement du sou- dage, soumettre le métal aux traitements thermiques nécessai- res pour le ramener dans l'état désirable. Tel est particu- lièrement le cas quand le métal est de l'acier.
L'inventeur a trouvé que l'on peut former d'excellents joints par soudage en se servant comme agent soudant d'un mé- lange de deux composés métalliques ou plus, susceptibles d' être réduits à l'état de métal à une température inférieure à 1.000 degrés centigrades, pour former un alliage qui fond au-dessous de cette température; l'opération du soudage se . pratique en chauffant et en maintenant en même temps une am- biance réductrice à proximité immédiate du joint et dans les interstices de celui-ci.
Parmi les composés métalliques que l'on peut employer en mélange conformément à l'invention, on citera,à titre d' exemples, les oxydes tels que l'oxyde de cuivre, l'oxyde d' argent, l'oxyde de zinc, l'oxyde de cadmium, l'oxyde de plomb et l'oxyde d'étain.
L'inventeur a constaté qu'un mélange oxydique convenant pour souder l'acier, le laiton, le bronze et les métaux du même genre est celui qui se oompose d'oxyde de cuivre et d' oxyde d'étain dans des proportions telles que l'alliage obte- nu après la réduction constitue un mélange eutectique ( 72 % d'argent et 28 % de cuivre, point de fusion 778 centigrades ).
En ajoutant de l'oxyde d'étain, de l'oxyde de zinc ou de 1' oxyde de cadmium, on peut diminuer le point de fusion de 1' alliage formé. D'autres mélanges qui conviennent sont ceux d'oxydes d'étain et d'argent ( spécialement pour souder le laiton, le bronze et le cuivre ) et les oxydes de plomb et
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d'étain ( spécialement pour les travaux exigeant des soudages doux ).
Au lieu de se servir d'oxydes, on peut employer des oomposés fournissant des oxydes à une température inférieure à la température de soudage, tels que les hydroxydes, les carbonates ou les sels organiques, comme les oxalates et les formiates; mais,les sels qui donnent naissance à des gaz ou à des oomposés nooifs susceptibles d'agir sur le métal à sou- der ne oonviennent pas.
Les mélanges d'oxalates des métaux oi-dessus conviennent particulièrement quand il faut maintenir une ambianoe réduo- trice dans un espace limitée parce qu'ils fournissent 1 par dé- composition,les oxydes inférieurs des métaux et de l'oxyde de carbone qui, à température plus élevée, réduit les oxydes inférieurs à l'état de métaux. Dans ces cas, quand,par exem- ple,on empêche l'oxyde de carbone de s'échapper du voisinage immédiat du joint et qu'il agit ainsi comme agent réducteur, on peut s'abstenir de faire usage d'une ambiance réductrice spéoiale.
Bien que les mélanges d'oxydes puissent être préparés par tous les prooédés connus, par exemple par broyage, on préfère généralement les préparer par préoipitation simulta- née de composés appropriés, tels qu'hydroxydes, carbonates ou oxalates qui peuvent fournir par un traitement subséquent, tel que le ohauffage, un mélange très intime d'oxydes.
La formation d'une ambiance réductrice à proximité du joint peut être réalisée de diverses manières. On peut, par exemple, faire passer la totalité de l'objet à souder dans un four où est maintenu une atmosphère de gaz réducteur, tel que l'hydrogène; ou encore, on peut faire usage d'une enve- loppe entourant le joint et renfermant un gaz réducteur; le chauffage s'effectue alors dans un four ordinaire par tout
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moyen de chauffage local désirable. Ou encore, on peut trans- former en pâte le mélange de composés métalliques à l'aide d'un liquide approprié,tel qu'un alcool ou un ester,qui forme, pendant le processus du chauffage, une ambiance réductrice à proximité immédiate du joint.
Cette méthode est préférable dans beaucoup de cas,étant donné que la pâte à souder humidi- fie les surfaces qui doivent être assemblées beaucoup plus facilement quand elle est préparée avec les liquides organi- ques en question, qu'avec de l'eau. Parmi les alcools qui conviennent à cet effet, on peut oiter les alcools aliphati- ques inférieurs liquides,tels que les alcools isopropylique et butylique; mais,il est entendu que l'on peut obtenir le même résultat avec tout liquide qui, à la température à la- quelle le soudage doit s'effectuer, fournit des substances susceptibles d'effectuer la réduction du mélange de composés métalliques employés comme agent soudant. Les huiles essen- tielles se sont également révélées comme de bons agents mouil- lants pour les fins de l'invention.
On a constaté que le procédé conforme à l'invention permet de former des joints extrêmement robustes. Ceci peut être dû au fait que l'ambianoe réductrice, dans le voisinage immédiat du joint, non seulement réduit les mélanges de oom- posés métalliques à l'état de métaux correspondants, mais réduit également tout film d'oxyde présent sur la surface à souder, ce qui assure un assemblage très intime des couches de métaux ainsi formées simultanément.
Par suite du fait que les mélanges de composés métal- liques employés conformément à l'invention peuvent être ré- duits à l'état de métaux à une température relativement basse, les propriétés physiques des métaux qui doivent être assem- blés ne sont pas atteintes, de sorte qu'il n'est pas néoes- saire de les soumettre à un processus subséquent de trempe,
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de recuit ou analogue pour ramener le métal soudé dans son état originel.
Conformément à la présente invention, on peut effectuer, oonjointement avec le processus du soudage, d'autres traite- ments désirables,tels que la trempe de la surface ou l'émail- lure-porcelaine.
Pour réaliser le processus de soudage conforme à la présente invention, on recouvre la surface des pièces qui doivent être assemblées d'une couche de mélange de composés métalliques du type déorit, soit en poudre, soit à l'état de pâte; on place alors les pièces dans le rapport requis et on les y maintient; après quoi,on chauffe le joint à la tempéra- ture requise,tandis qu'on maintient ou-forme une ambianoe ré- ductrioe à proximité immédiate du joint.
La manière dont on produit cette ambiance réductrice varie avec les conditions spéciales et les desiderata de facilité à observer ; est entendu qu'il suffit qu'il existe la quantité d'agent réduc- teur dans les limites ou à proximité immédiate du joint, né- cessaire pour réaliser la réduction complète du mélange de oomposés métalliques à l'état de métal et aussi de tout film d'oxyde sur la surface qui doit être soudée ; il va de soi que l'on peut employer une quantité d'agent réducteur supé- rieure à celle qui est nécessaire, si on le désire.
Quand on utilise les dits composés métalliques à l'état de pâte avec un liquide approprié, cette pâte peut avoir toute consistance oonvenable et peut être appliquée sur les surfaces qui doivent être assemblées par tout moyen approprié, par exemple à la brosse, par pulvérisation ou par immersion.
Les exemples qui suivent donnent la composition de mé- langes qui se sont, révélés appropriés pour souder conformé- ment à l'invention; mais,cette dernière n'est pas limitée à ces exemples.
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EXEMPLE 1 :
Argent 61 %; cuivre 28,5 %; zinc et/ou cadmium 10,5 %.
On traite une solution des nitrates des métaux ci-des- sus, dans les proportions indiquées,par une quantité de car- bonate ou d'hydroxyde alcalin ( de sodium,par exemple ) suf- fisante pour précipiter tous les métaux à l'état de carbo- nates ou d'hydroxydes. On lave le précipité pour le débarras- ser des sels alcalins et on le sèche à une température allant de 100 à 200 centigrades; ou encore, on peut le chauffer à la température de 350 centigrades pour former un mélange d'oxydes, tandis que le 002 et l'eau s'éohappent. On broie le mélange finement et on le mélange à de l'eau, à de l'al- cool isopropylique ou à de l'eau renfermant une petite quan- tité d'huile de pin servant d'agent mouillant.
Cette soudure oxydante réduit complètement à la température de 800 centi- grades dans une ambiance d'hydrogène et l'alliage formé a un point de fusion compris entre 720 et 7400 centigrades. Il convient pour souder les aciers et les alliages de cuivre et de nickel.
EXEMPLE 2 :
Argent 55 %; cuivre 25 %; étain 20 %.
L'argent et le cuivre sont préparés en solution à 1' état de nitrates neutres et sont:précipités, en même temps que l'oxyde d'étain,par addition d'une solution de soude oausti- que renfermant la totalité de l'étain,sous forme de stannate de sodium ; quantité de soude caustique et d'oxyde de so- dium combinée avec l'oxyde stannique à l'état de stannate de sodium est comprise entre 2 et 5 % de plus que celle qui est nécessaire pour précipiter tout le cuivre et tout l'argent sous forme d'hydroxyde. On ajoute la solution de soude oaus- tique à chaud à la solution de nitrate, en agitant vigoureuse- ment et on lave, sèche et chauffe le précipité à 350 centi-
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@ grades,comme dans l'exemple 1.
La soudure oxydante réduit com- plètement à 6500 centigrades dans une ambiance d'hydrogène.
L'alliage obtenu a un point de fusion compris entre 5770 et 600 oentigrades. Cette soudure à l'oxyde peut être employée pour les mêmes fins que celle de l'exemple 1.
EXEMPLE 3 :
Argent 10 %; étain 90 %.
On prépare cette soudure en poudre par co-précipitation par une méthode analogue à oelle de l'exemple 2, mais, comme il y a un grand excédent de stannate de sodium au-dessus de la quantité nécessaire pour précipiter l'argent, on ohauffe la solution aloaline obtenue en mélangeant le stannate de so- dium et le nitrate d'argent avec de l'acide sulfurique ou de l'acide nitrique,jusqu'à ce que la neutralité soit à peu près atteinte. De cette manière, on précipite la totalité de 1' étain. On fait subir au produit le même traitement que dans ,les exemples précédents. La soudure en poudre obtenue convient pour le soudage à basse température du laiton, du bronze et du ouivre. L'alliage obtenu a un point de fusion d'environ 3000 centigrades.
EXEMPLE 4 :
Plomb 34 %; étain 66 %.
On dissout un mélange de-*chlorure stanneux et de chlo- rure de plomb,dans les proportions exactes,dans une solution chaude à 25 - 30 % de chlorure de sodium et on précipite si- multanément les deux métaux par addition de soude oaustique ou de carbonate de sodium. On chauffe à 350 centigrades le précipité lavé, en vue d'usage.
Ou bien encore, on chauffe la solution chaude des deux chlorures dans une solution de chlorure d'ammonium à 25 % avec la quantité théorique d'oxalate d'ammonium et l'on re- froidit la solution pour obtenir un mélange d'oxalates que
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l'on peut employer comme soudure pour les mêmes objectifs que dans l'exemple 3. L'alliage obtenu fond à la température de 180 centigrades.
Dans les cas des exemples 1 et 4, on peut convertir les hydroxydes ou les carbonates précipités en oxalates en chauf- fant avec une solution contenant la quantité théorique d'aci- de oxalique et en séchant le mélange sans filtrer.
REVENDICATIONS.
1.) Procédé de soudage consistant à mettre dans le voi- sinage des surfaces qui doivent être assemblées un mélange de deux composés métalliques ou plus qui se réduisent à l'état de métaux à une température inférieure à 1.000 centigrades pour former un alliage qui fond au-dessous de cette tempéra- ture et à le chauffer,ainsi que les surfaces voisines,,en maintenant ou en formant une ambiance réductrice tout au moins dans le voisinage immédiat du joint et dans les interstices de celui-ci.
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"Improvements in welding".
It has already been envisaged, when it is necessary to assemble two pieces of metal melting above a temperature of 1,100 degrees oentigrade, to introduce a piece of copper near the joint to be formed and then to allow the oheat to act to melt copper. The replacement of copper by copper oxide has also been considered. In
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in both cases, the heat is brought in in a reduced atmosphere. These two processes require the intervention of temperatures so high that the tensile properties of the metal are influenced and it is necessary, after the soldering is complete, to subject the metal to the necessary heat treatments to bring it back into the tank. desirable state. This is particularly the case when the metal is steel.
The inventor has found that excellent seams can be formed by soldering using as a soldering agent a mixture of two or more metal compounds capable of being reduced to metal at a temperature. less than 1,000 degrees centigrade, to form an alloy which melts below this temperature; the welding operation is. practical by heating and at the same time maintaining a reducing atmosphere in the immediate vicinity of the seal and in the interstices thereof.
Among the metal compounds which can be used as a mixture in accordance with the invention, mention will be made, by way of examples, of oxides such as copper oxide, silver oxide, zinc oxide, etc. cadmium oxide, lead oxide and tin oxide.
The inventor has found that an oxidic mixture suitable for welding steel, brass, bronze and similar metals is that which consists of copper oxide and tin oxide in proportions such as the alloy obtained after reduction constitutes a eutectic mixture (72% silver and 28% copper, melting point 778 centigrade).
By adding tin oxide, zinc oxide or cadmium oxide, the melting point of the alloy formed can be lowered. Other suitable mixtures are those of tin and silver oxides (especially for soldering brass, bronze and copper) and oxides of lead and
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tin (especially for jobs requiring soft soldering).
Instead of using oxides, it is possible to use compounds which provide oxides at a temperature below the welding temperature, such as hydroxides, carbonates or organic salts, such as oxalates and formates; but the salts which give rise to gases or to toxic compounds capable of acting on the metal to be welded are not suitable.
Mixtures of oxalates of the above metals are particularly suitable when it is necessary to maintain a reducing environment in a limited space because they provide 1 by decomposition, the lower oxides of the metals and carbon monoxide which, at higher temperature, reduces lower oxides to the state of metals. In such cases, when, for example, carbon monoxide is prevented from escaping from the immediate vicinity of the joint and thus acts as a reducing agent, it is possible to refrain from making use of a reducing environment. special.
Although the oxide mixtures can be prepared by any of the known methods, for example by grinding, it is generally preferred to prepare them by simultaneous preipitation of suitable compounds, such as hydroxides, carbonates or oxalates which can provide by subsequent processing. , such as heating, a very intimate mixture of oxides.
The formation of a reducing atmosphere near the seal can be achieved in various ways. It is possible, for example, to pass the whole of the object to be welded in an oven where an atmosphere of reducing gas, such as hydrogen, is maintained; or alternatively, use can be made of an envelope surrounding the seal and containing a reducing gas; heating is then carried out in an ordinary oven by any
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local heating method desirable. Alternatively, the mixture of metal compounds can be made into a paste using a suitable liquid, such as an alcohol or an ester, which, during the heating process, forms a reducing environment in the immediate vicinity of the heating agent. attached.
This method is preferable in many cases, since the solder paste wets the surfaces which are to be joined much more easily when prepared with the organic liquids in question, than with water. Among the alcohols which are suitable for this purpose, there may be mentioned liquid lower aliphatic alcohols, such as isopropyl and butyl alcohols; but, it is understood that the same result can be obtained with any liquid which, at the temperature at which the welding is to be carried out, provides substances capable of effecting the reduction of the mixture of metallic compounds employed as agent. welding. Essential oils have also been found to be good wetting agents for the purposes of the invention.
It has been found that the method according to the invention makes it possible to form extremely robust joints. This may be due to the fact that the reducing environment in the immediate vicinity of the joint not only reduces mixtures of metal compounds to the state of corresponding metals, but also reduces any oxide film present on the surface to welding, which ensures a very intimate assembly of the layers of metals thus formed simultaneously.
Due to the fact that the mixtures of metal compounds employed in accordance with the invention can be reduced to the state of metals at a relatively low temperature, the physical properties of the metals which are to be joined are not achieved. , so that it is not necessary to subject them to a subsequent quenching process,
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annealing or the like to restore the welded metal to its original state.
In accordance with the present invention, in conjunction with the welding process, other desirable treatments, such as surface hardening or porcelain enamel, can be performed.
In order to carry out the welding process according to the present invention, the surface of the parts which are to be assembled is covered with a layer of mixture of metal compounds of the deorit type, either in powder or in the form of a paste; the parts are then placed in the required report and kept there; after which, the gasket is heated to the required temperature, while maintaining or forming a reduced environment in the immediate vicinity of the gasket.
The way in which this reducing atmosphere is produced varies with special conditions and the desiderata of ease of observation; It is understood that it is sufficient that there exists the quantity of reducing agent within the limits or in the immediate vicinity of the joint, necessary to achieve the complete reduction of the mixture of metal compounds to the state of metal and also of any oxide film on the surface that is to be welded; of course, more reducing agent than necessary can be employed if desired.
When the said metal compounds are used in the form of a paste with a suitable liquid, this paste can have any suitable consistency and can be applied to the surfaces which are to be assembled by any suitable means, for example by brush, by spraying or by immersion.
The following examples give the composition of mixtures which have been found suitable for welding according to the invention; but, the latter is not limited to these examples.
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EXAMPLE 1:
Silver 61%; copper 28.5%; zinc and / or cadmium 10.5%.
A solution of the nitrates of the above metals, in the proportions indicated, is treated with a quantity of carbonate or alkali metal hydroxide (for example sodium) sufficient to precipitate all the metals in the state. carbonates or hydroxides. The precipitate is washed to free it from alkali salts and dried at a temperature ranging from 100 to 200 centigrade; or again, it can be heated to a temperature of 350 centigrade to form a mixture of oxides, while the 002 and the water escape. The mixture is finely ground and mixed with water, isopropyl alcohol or water containing a small amount of pine oil as a wetting agent.
This oxidizing weld completely reduces at the temperature of 800 centigrade in an atmosphere of hydrogen and the alloy formed has a melting point between 720 and 7400 centigrade. It is suitable for welding steels and copper and nickel alloys.
EXAMPLE 2:
Silver 55%; copper 25%; tin 20%.
The silver and the copper are prepared in solution in the state of neutral nitrates and are: precipitated, together with the tin oxide, by the addition of an oaustic soda solution containing all of the sodium hydroxide solution. tin, as sodium stannate; quantity of caustic soda and sodium oxide combined with stannic oxide in the state of sodium stannate is between 2 and 5% more than that which is necessary to precipitate all the copper and all the silver in the form of hydroxide. The hot oustic soda solution is added to the nitrate solution, with vigorous stirring and the precipitate is washed, dried and heated to 350 centi-
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@ grades, as in example 1.
The oxidizing weld reduces completely to 6500 centigrade in a hydrogen atmosphere.
The alloy obtained has a melting point between 5770 and 600 oentigrade. This oxide solder can be used for the same purposes as that of Example 1.
EXAMPLE 3:
Silver 10%; tin 90%.
This solder powder is prepared by co-precipitation by a method analogous to that of Example 2, but, as there is a large excess of sodium stannate above the amount necessary to precipitate the silver, it is heated. the aloaline solution obtained by mixing sodium stannate and silver nitrate with sulfuric acid or nitric acid, until almost neutrality is reached. In this way, all of the tin is precipitated. The product is subjected to the same treatment as in the preceding examples. The powdered solder obtained is suitable for low temperature soldering of brass, bronze and copper. The resulting alloy has a melting point of about 3000 centigrade.
EXAMPLE 4:
Lead 34%; tin 66%.
A mixture of stannous chloride and lead chloride is dissolved in the exact proportions in a hot 25-30% solution of sodium chloride and the two metals are precipitated simultaneously by adding oaustic soda or sodium carbonate. The washed precipitate is heated to 350 centigrade for use.
Alternatively, the hot solution of the two chlorides is heated in a 25% solution of ammonium chloride with the theoretical quantity of ammonium oxalate and the solution is cooled to obtain a mixture of oxalates which
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it is possible to use as a solder for the same purposes as in Example 3. The alloy obtained melts at a temperature of 180 centigrade.
In the cases of Examples 1 and 4, the precipitated hydroxides or carbonates can be converted to oxalates by heating with a solution containing the theoretical amount of oxalic acid and drying the mixture without filtering.
CLAIMS.
1.) Welding process consisting in placing in the vicinity of surfaces which are to be joined a mixture of two or more metallic compounds which reduce to the state of metals at a temperature below 1,000 centigrade to form an alloy which melts below this temperature and heating it, as well as the neighboring surfaces, while maintaining or forming a reducing environment at least in the immediate vicinity of the seal and in the interstices thereof.