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PROCEDE DE SOUDURE.
La présente invention due à Monsieur René D. Wasserman, a pour objet un procédé de soudure, brasage, soude-brasage et autres opérations similaires comprenant l'application d'une soudure métallique à un métal de base, caractérisé par des moyens mis en oeuvre aussi bien dans leur ensemble que séparément .
et plus particulièrement en ce qu'on applique à la surface du métal de base une couche relativement mince d'une soudure métallique en chauffant le métal de base au-dessqus de son point de fusion de façon qu'au moins un constituant de la dite soudure forme un alliage avec au moins un composant du métal de base pour lequel il possède une forte affinité formant ainsi une couche intermédiaire d'alliage ayant un point de fusion inférieur à ceux du métal de base et de la soudure et qu'on fond encore sur cette couche d'alliage intermédiaire de la soudure métallique de façon à assembler cette dernière au métal de base par l'entremise de la couche intermédiai- re d'alliage.
Le procédé de soudure selon l'invention est applicable aux métaux et alliages de métaux ferreux et non ferreux.
' Le dessin ci-annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exé- cution du procédé selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe d'une pièce soudée comprenant un métal de base avec une soudure appliquée selon l'invention.
La fig. 2 est une coupe partielle de l'assemblage de la fig. 1 à plus grande échelle.
Comme on le remarque dans la fig. l, un métal de base lo est en partie revêtu d'une couche de soudure métallique 11, l'un au moins des composants de cette dernière possédant une affinité élevée pour le métal- de base.
On observera qu'a la surface de contact entre le métal de base et la soudure il se forme une couche 12 d'alliage "de contact!! qui contient proportionnellement le ou des composants en question de la soudure et le ou des composants
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du métal de base; cet alliage intermédiairese présente sous forme d'unecouche relativement mince, parfois ne dépassant pas o,025 mm, et possédant une structure arborescente semblable à celle de la fonte.
La figure 2 montre, à échelle agrandie, l'alliage "de contact" 12 s'étendant dans le sens de la longueur du métal de base lo et ayant des limites supérieure et inférieure 13 et 14. La transition entre la couche 12 et la soudure 11 est plutôt brusque lorsqu'on fait l'examen métallographi- que de l'assemblage, tandis que la zone 15 du métal de base avoisinant cette couche est interdispersée avec le composant ou les composants précités de la soudure et montre à l'examen microscopique une forte pénétration intergranulaire entre la soudure et le métal de base,comme représenté en 16.
On remarquera que les liaisons ainsi obtenues entre la soudure et le métal de base présentent une plus grande résistance qu'avant, avec un parfait effet d'alliage. La soudure ou brasure peut être effectuée à très grande vitesse et à des températures plus basses; elle peut être appliquée à divers types de métaux de base et àde nouveaux et vastes champs de la technique où ces opérations se heurtaient jusqu'à présent à d'énormes dif- ficultés .
Au cours de divers essais on a observé que lorsque certains métau.x ou composants sont prés ents dans les alliages que l'on utilise comme soudures ou brasures,ces métaux une fois liquéfiés à l'aide de la flamme oxy-acétylénique non seulement adhérent au métal de base préalablement chauffé, mais forment un nouvel alliage à la surface de contact entre l'alliage liquide et le métal de base qui peut être préchauffé bien au-dessous de :on poirt de fusion. det alliage dit "de contact" assure une soudure efficace ; il est de forme cristalline, exempt:, tout au moins pratiquement, de toute impureté; et les c@taux de 1''alliage nouvellement formé s'éecrochent à ceux du métal de base.
La soudure contenant des métaux entièrement ou partiellement prédéterminés ou des composants de ces métaux qui doivent être choisis avec soin, permet d'obtenir des assemblages d'une solidité à toute épreuve à prix relativement bas grâce à la formation de l'alliage "de contact" précité, apparemment eutectique, qui assure une protection efficace contre l'oxydation du métal de base et contre ma désintégration de la soudure et du métal de base qui proviendrait d'une application de chaleur excessive.Les soudures réalisées selon l'invention sont extrêmement nettes et n'exigent qu'un minimum d'usinage ultérieur.
Le nouvel alliage de contacta généralement un point de fusion inférieur à celui du métal de base et a par conséquent plus d'affinité que le métal de base pour la soudure, étant donné que Inapplication de la sou- dure à cet alliage de contact peut se faire a plus basse température et avec moins de gaz.
La température a laquelle l'alliage liquide peut attaquer le métal de base peut être indiquée par la fusion d'un flux déterminé pour chaque baguette de soudure. Les flues agissent tout -à-fait à la manière d'un catalyseur et réduisent la tension superficielle; ils empêchent l'oxydation et favorisent le flottage à la surface des impuretés de l'alliage nouvellement formé. La réaction qui se produit ainsi entre la soudure et le métal de base pendant l'opération provoque immédiatement la formation de cet alliage "de contact" au-dessous de la surface du métal de base. Grâce à cet effet d'alliage, le procédé réalise une véritable soudure, bien que les alliages peuvent être appliqués bien au-dessous de la température de fusion des métaux de base.
Le nouveau procédé peut être illustré par une simple expérience.
Une feuille de cuivre est enduite d'un flux approprié pour baguette de soudure d'aluminium "à basse température". La plaque de cuivre est préalablement chauffée et une baguette de soudure d'aluminium "à basse température" est posée perpendiculairement sur la plaque de cuivre. Lorsque le fondant indique par sa fusion que le point de ramollissement de la baguette est atteint, on appuie fortement l'extrémité antérieure de cette baguette perpendiculairement
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sur la surface de la plaque de cuivre. Il suffit que la plaque de cuivre soit maintenue pendant quelques secondes à la même température pour que la baguet- te de soudure d'aluminium produise une nette perforation de cette plaque.Tout autour du trou se forme un alliage cuivre-aluminium dont le point de fusion est d'environ 370 C au-dessous de celui du cuivre.
Cet alliage étant entiè- rement fondu ., cette température permet à la baguette d'aluminium de passer à travers la plaque de cuivre à son point de contact, sans toutefois apporter aucune modification métallurgique au métal de base lui-même.
Les quelques exemples qui suivent, tirés des expériences qui ont conduit au nouveau procédé démontrent la formation au cours des opérations de soudure de ces nouveaux alliages dits "de contact".
Exemple 1 :
Une éprouvette de métal de base de 25 mm x 5o mm et de 12,5 mm d'épaisseur., composée pratiquement d'aluminium pur, est revêtu d'une soudure zinc-étain ayant une proportion suffisante d'étain pour permettre à la soudure de couler librement. L'adhérence est faible au début, c'est-à-dire jusqu'à ce que le métal de base ait été chauffé un temps suffisant pour que le zinc de la soudure forme un alliage avec l'aluminium du métal de base à la surface de l'éprouvette. L'épaisseur de pénétration du zinc dans l'aluminium augmente rapidement tandis que la quantité de zinc dans la soudure diminue de façon correspondante, le zinc étant rapidement absorbé par le métal de base.
La soudure zinc-étain s'applique beaucoup plus facilement et adhère beaucoup mieux que la soudure ordinaire plomb-étain ou que les alliages usuels d'étain qui ne présentent guère d'affinité pour l'aluminium et ne forment pas facilement d'alliage avec ce dernier. Le métal de base d'aluminium présente nettement une zone enrichie par le zinc qui y a pénétré, tandis que la couche immédiatement supérieure ne contient plus qu'une fraction du zinc primitivement contenu dans la soudure.
Exemple 2 :
Une plaque d'alliage cuivre-zinc de 1,5 mm d'épaisseur environ, ayant un point de fusion de 93o à 980 C environ, est chauffée environ 600 C.
On applique à la surface de ce métal de base un flux approprié avant le chauffage préliminaire. Vers 6oo C environ, on fond sur cette base un alliage d'aluminium et de silicium. On observe qu'une goutte de cet alliage s'obscurcit rapidement, en particulier aux endroits où elle est en contact direct avec la surface de l'alliage de base. En exerçant une légère pression sur la plaque d'alliage de base avec la baguette d'aluminium-silicium, on accélère considérablement cet effet d'alliage et la surface du métal de base se désintègre et donne naissance à un large trou à l'endroit où cette pression s'est exercée. Toute l'opération s'effectue à environ 6oo C, température bien inférieure au point de fusion de l'alliage de base.
Une forte proportion du silicium contenu dans la soudure Al-Si forme un nouvel alliage Cu-Si à la surface de l'éprouvette et une forte quantité d'aluminium s'allie de son côté au zinc de l'alliage de base. Ces nouveaux alliages ont un point de fusion beaucoup plus bas que le laiton de base. A l'état fondu ils se laissent donc facilement transpercer sous une légère pression de la baguette de soudure.
Exemple 3 :
Un métal de base sous forme d'une feuille de cuivre est soudée au moyen d'une baguette de soudure cuivre-phosphore. On observe immédiatement à la surface de la feuille de cuivre la formation d'un alliage phosphore-cuivre. Bien qu'extrêmement mince, la couche d'alliage formée est impossible à enlever.
L'affinité du phosphore pour le cuivre est si forte que les oxydes existant à la surface du cuivre sont écartés et qu'il n'y a besoin d'aucun flux pour faciliter la;formation du nouvel alliage.
Exemple 4 :
Une éprouvette de fer forgé de 25 mm x 50 mm et de 12,5 mm d'épais-
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est chauffée à environ looo G à la flamme oxy-acétylénique, avec ou sans flux. La flamme est réglée de façonà augmenter l'apport de carbone par un excès d'acétylène. Une baguette de soudure d'acier contenant un peu plus de carbone que d'ordinaire constitue le métal d'apport à point de fusion supérieur à lloc C'. Toutefois on remarque que cette soudure d'acier n'a besoin d'être chauffée qu'à lloo G pour former à la surface de l'éprouvette un alliage, contenant 4,3% environ de carbone.
L'alliage obtenu a un point de fusion" plus bas que le métal de base et plus bas également que la baguette de soudure même.La quantité de carbone étant augmentée par l'apport de la flamme acétylénique, la surface du métal de base est enrichie en carbone et un nouvel alliage luisant et facilement repérable se forme immédiatement à la surface du métal de base, alliage auquel la baguette de soudure d'acier adhère solidement. Un examen microscopique montre qu'un assemblage parfait a été réalisé bien que l'éprouvette en fer forgé n'ai pas été chauffée à son point de fusion puisque la température a été maintenue entre 95o et 1250 C.
TI résulte clairement de ce qui précède que conformément à cette invention la surface d'un métal de base peut être apprêtée de façon qu'elle absorbe un ou plusieurs ingrédients apportés de l'extérieur et ayant une forte affinité pour le métal de base; on obtient ainsi une couche d'alliage qui lie rapidement et solidement au métal de base et qui possède en même temps la propriété de permettre l'adhérence de la soudure à la dite couche d'alliage.
L'ingrédient ou les ingrédients d'apport peuvent être soit contenus dans la soudure; soit apportés séparément, par exemple par la flamme servant à l'opé- ration.
On peut aussi appliquer successivement plusieurs soudures ayant des propriétés et des points de fusion différents au métal de base afin de produire un assemblage solide consistant en couches successives, rangées dans un ordre tel que la couche inférieure ferme un alliage de contact avec le mé- tal de base parce qu'elle a la plus forte affinité pour le métal de base, tandis que les autres couches, s'allient promptement à cette couche inférieure et aux couches suivantes respectivement.
Il faut toujours tenir compte du fait que dans ces derniers cas la couche inférieure aura un point de fusion plus bas que le métal de base et que l'une quelconque des couches successives.