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11,30U DE L'ULiINIULrF1 La présente invention est relative à un procédé per-
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f'ed;iol1IJÓ do soudure de l'aluminium et de ses alliages. Dans le cas de l'invention, les alliages d'aluminium envisagés
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sont ceux dans lesquels l'aluminiumest le constituant prin- cipal et, dans ce qui suit, l'expression aluminium couvre égaleront les alliages d'aluminium de ce genre.
Ce n'est que relativement récemment que l'on a soudé l'aluminium. Pendant longtemps, on considérait que cette opération était impossible du fait de la facilité avec la- quelle les oxydes d'aluminium se forment à température élevée.
Toutefois, on a trouvé des procédés de soudure utilisant la flambe d'un gaz ou un arc électrique et un fondant lourd protégeant la soudure. Le fondant est en général appliqué sous forme d'un revêtement sur l'électrode. Plus récemment, on a amélioré le procédé de manière à éviter l'utilisation d'un fondant en protégeant une électrode non consommable en tungstène ou en carbone au moyen d'un gaz inerte, tel que l'argon.
Cos méthodes présentent des inconvénients inhérents et des limitations. Lorsque l'on utilise un fondant, il est nécessaire de nettoyer à fond la soudure terminée car tout résidu de fondant provoquerait rapidement la corresion du métal. Parfois, il est impossible d'effectuer un nettoyage effectif car une partie du fondant peut être enfermée dans la soudure ou se trouver sur un côté de celle-ci où il est inaccessible. Pour des éléments minces où il ne faut pas de métal de charge, on peut utiliser, de façon satisfaisante, un arc avec électrode en tungstène, protégé par un gaz inerte, mais lorsqu'il faut une charge, comme cela est le cas dans des soudures en métal relativement épais, l' opération est relativement lente car le chauffage de la baguette de charge se fait indirectement.
Par suite, les procédés connus ne permettent pas d'effectuer rapidement et de façon industrell mant pratiqua la soudure de l'aluminium et de ses alliages.
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souder 16' Cette machine est reliée par un câble 17 à la pièce à souder 18. Ils gaz protecteur est contenu dans un cylindre ou autre récipient 19 et est amené par une soupape 20 à un réducteur de pression 21, puis à un tuyau 22 commandé par un robinet 23 aboutissant à la chambre 13. Des manomètres 24 et 25 indiquent la pression du gaz dans le cylindre 19 et la pression à laquelle il est amené au tuyau 22.
De cette façon , le gaz protecteur peut être amené à la vitesse vou- lue en s'écoulant sans tourbillon dans la chambre 13 et en volume suffisant pour protéger l'arc établi entre l'extrémité du fil et la pièce 18. Le gaz entoure l'extrémité du fil 2 et la soudure faite dans la pièce 18, en empêchant effective- ment l'oxygène de l'atmosphère de venir au contact du métal coulé dans la soudure.
Il est essentiel, pour la présente invention, que le gaz protecteur soit amené en quantité et d'une façon telles que l'atmosphère de l'arc ne contienne pas plus de 2% en volume d'impuretés, c'est-à-dire que la pureté de l'atmos- phère de l'arc ne doit pas être inf érie ur à 98%. Conformément à la présente invention, on a découvert que la difficulté que l' on rencontrait jusqu'ici pour essayer de souder de l'aluminium avec une électrode consommable en aluminium -ou alliage d'aluminium était due à ce que l'on ne réussissait pas à exclure de l'atmosphère de l'arc des impuretés atmos- phériques du fait de la turbulence dans le courant de gaz fourni.
La turbulence , provenant de changements brusques de sens de l'écoulement, d'obstructions dans les parois du canal où passe le gaz et d'autres causes, entraine de l'air atmosphérique dans l'atmosphère de l'arc et annihile l'uti- lisation prévue du gaz inerte. Selon l'invention, 00 règle
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l'écoulement du gaz de façon que cet écoulement soit luminai- re et non turbulent comme dans les façons de faire antérieu- res. En outre, on a trouve que le gaz inerte agit, avec l'écoulement de particules de métal provenant de 1'électrode consommable, tout à fait autrement qu'il ne le fait dans le cas d'une électrode non consommable, par exemple en tungstè- ne.
Dans le dernier cas, le métal \ souder et amené à la soudure est introduit extérieurement et est simplement fondu par la chaleur de l'arc. Dans le cas d'une électrode consom- mable, le métal est amené dans un état de fine division à partir de l'extrémité de l'électrode dans l'atmosphère de l'arc* La gaz inerte, ionisé, de l'atmosphère de l'arc Joue unrôle important de direction et de transmission du métal.
Le métal finement divisé constitue une partie du total des 2/0 des impuretés présentes dans l'atmosphère de l'arc. Il n'y a pas plus de 0,5% d'oxygène ou d'azote de l'atmosphère que l'on laisse souiller l'atmosphère de l'arc.
Comme exemple particulier de l'opération, le fil 2. peut; avoir un diamètre de 4,8 mm et être en aluminium pur ou en un alliage d'aluminium, par exemple un alliage conte- nant 5%de silicium.. Le fil arrive à raison de 1,5 m Par minute taudis que l'on utilise un courant de soudure de 400 à 500 ampères, sous une tension d'arc de 21 à 24 volts (cou- rant continu de polarité inverse). La tuyère 14 assurant la protection par le gaz peut être maintenue très près de l'ou- vrage car les projections de la soudure d'aluminium ne col- lent pas facilement à la tuyère. L'arc est le plus stable lorsque l'électrode est positive et l'ouvrage négatif.
L'uti- lisation de l'ouvrage comme cathode présente encore l'avanta- ge que la pellicule d'oxyde protecteur sur l'ouvrage est enlevée par l'action de nettoyage résultant de l'émission
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d'électrons et du bombardement pur des ions positifs se pro- duisant sur la coucha de soudure et l'atmosphère de gaz en- bourunt l'arc empêche l'oxydation de mutai fondu en laissant une soudure brillante et propre.
Il est préférable de fonction- ner avec du courant continu, mais nn peut également opérer avec de l'alternatif quoique l'arc soit moins stable. Environ 30 dme. par minute d'un gaz inerte, tel que l'argon, suffisent pour protéger la soudure lorsque l'on opère avec une distance de 9,5 mm entre la tuyère et la surface de la pièce.
Les conditions particulières indiquées/sont celles qui conviennent le mieux pour obtenir les résultats désirés avec un arc dont la longueur varie de 3 à 5 mm. On peut modi- fier beaucoup les conditions suivant la vitesse désirée de la soudure et la dimension de la soudure à faire. L'invention convient particulièrement pour souder des pièces d'aluminium ayant 3mm. d'épaisseur ou plus. Dans ces opérations, il est proscrit d'avoir un métal de charge pour la soudure. Celui-ci est fourni, selon l'invention, par l'avance continuelle du fil 2. à mesure qu'il se consume. La chaleur produite par l'arc fait fondre le fil aussi rapidement qu'il avance et le métal fondu est amené à la soudure qui est complètement proté- gée par l'écran da gaz inerte qui l'entoure.
Grâce à l'inven- tion, on peut souder des tôles d'aluminium ou d'alliage d'alu- minium ayant plus de 9,5 mm d'épaisseur, en une seule passe, à de grandes vitesses avec un courant continu de 480 ampères, do polarité inverse, à une vitesse de 40cm. par minute, sans préparation des bords autrement que par sciage. Il n'existe pus actuellement de procédé de soudure de l'aluminium qui donne la pénétration nécessaire pour obtenir une soudure telle que celle décrite. La pénétration de la soudure dans des
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pièces épaisses en aluminium est difficile à obtenir du fait de la conductibilité thermique élevée de la matière. La cha- leur concentrée intense de l'arc produit entre ne-'taux est par suite très avantageuse.
Le réchauffage nécessaire des pièces épaisses peut avoir lieu à 65 ou moins au lieu de 210 comme précédemment.
Le courant peut être de 75 ampères (électrode de 1,2mm) à 1050 ampères pour des électrodes de grand diamètre, avec 14 à 30 volts.
Bien qu'il soit préférable d'utiliser l'argon comme gaz inerte dans l'opération ci-dessus, on peut utiliser dautres gaz inertes, tels que l'hélium ou tout autre gaz inerte de l'atmosphère, de poids atomique supérieur à celui de l'argon, ou des mélanges de ces gaz. On peut faire varier la vitesse d'arrivée du fil de manière à maintenir constante la longueur de l'arc, mais, il 'est également possible de faire arriver le fil à vitesse constante et de modifier l'énergie électrique Ce soudure appliquée, dons le même but. On peut appliquer l'invention pour la soudure à l'arc à la main, partiellement automatique ou complètement automatique.
Les atmosphères d'arc ayant la composition ci- dessus, non seulement assurent le passage d'aluminium dans l'arc sans qu'il se forme des oxydes, des nitrures et autres inclusions nuisibles, mais encore assurent le nettoyage convenable des surfaces d'aluminium à souder. Cette action de nettoyage est partic ulièrement prononcée lorsque l'on uti- lise des atmosphères d'arc en argon et elles consistent litté- ralement à souffler la surface de la pellicule d'oxyde d'alu- minium par le bombardement des ions d'argon. Le degré de cette action de nettoyage est fonction du poids atomique du
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Gaz et c'est pour cette raison que l'argon et les autres élé- ments de poids atomique élevé donnent de meilleurs résultats que l'hélium qui est relativement léger.
Le fil de soudure est de préférence nu. Il peut cependant comporter un revêtement de lavage en une matière appropriée. Un revêtement de lavage diffère d'un revêtement de fondant d'épaisseur déterminée que l'on utilise parfois pour introduire des éléments d'alliage dans la soudure. On n'utilise pas dans ce but des revêtements de lavage.
On peut modifier de nombreuses façons le procédé ci-dessus décrit ainsi que l'appareil permettant son applica- tion, sans sortir du cadre de l'invention ni perdre de ses avantages.