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La présente invention concerne un produit fondant pour le soudage et plus particulièrement destiné à l'assemblage des pièces d'aluminium avec ou sans emploi d'un produit de soudage supplémentai- re.
La jonction de l'aluminium et 'des alliages contenant prin- cipalement de l'aluminium entre eux ou avec d'autres métaux est ren- due difficile par un phénomène qui est caractéristique de l'aluminium et des alliages à base d'aluminium, à savoir la formation d'une pel- licule presque invisible d'oxyde du métal en contact avec l'atmosphè- re ordinaire ou tout autre environnement oxydant. Pour enlever cet oxyde, préalablement à la jonction, il a été proposé plusieurs procé- dés, y compris des traitements physiques par grattage, sablage ou abrasion et des traitements par diverses compositions qui fluidifient; fondent, dissolvent ou enlèvent d'autre manière l'oxyde d'aluminium
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de la surface des pièces à assembler.
La présente invention concernt les compositions propres au dernier procédé de traitement mentionné.
Des fondants pour l'enlèvement du film superficiel d'oxyde d'aluminium, se rangent dans différentes classes suivant que l'assemblage doit être fait par soudage autogène, par'brasa- ge ou par soudure d'apport. Le soudage autogène ou le brasage sont effectués en échauffant la région du point de soudage de l'une ou des deux pièces à assembler et le fondant à employer doit pos- séder une stabilité et'une activité chimique résistant à ces 'tem- pératures élevées. Pbur le soudage avec soudure d'apport, on utilise des températures beaucoup plus basses et la cômposi- tion de fondant doit être fluide à ces températures basses et posséder l'activité chimique et le pouvoir dissolvant nécessai- res pour assurer l'enlèvement de l'oxyde.
Comme les températures dans le soudage d'apport, sont très différentes de celles ren- contrées dans le brasage ou le soudage autogène, il est nécessai- re de prévoir des types de fondants entièrement.'différents.
Certains types de fondant ont été employés avec succès dans le passé et agissent pour enlever le film d'oxyde d'aluminium par réaction ou solution dans une portion du fondant et le dépôt d'un métal "d'étamage" de la surface d'aluminium fraîchement décou- verte par réaction entre l'aluminium et une autre portion du fondant.
De telles compositions sont connues comme fondants du type à réaction et comprennent au moins un composé d'un métal qui peut être déplacé hors de ses composés par l'aluminium. Des composés de zinc, cadmium, étain, plomb, antimoine et bismuth, particulièrement leurs halogénures sont communément employés comme composant réactif pour de tels fon- dants.
Les fondants connus à ce jour sont basés sur un porteur ou un. 'véhicule composé de deux ou davantage des chlorures de sodium, de potassium et de lithium avec de faibles quantités de fluorures et des quantités limitées d'un ou plusieurs halogénures de métaux inférieuse à l'aluminium dans la série atomique.
Ces fondants sont
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destinés à. être utilisés avec un métal de charge d.e brasage et sont différents essentiellement de ceux faisant l'objet de l'in- vention, aussi bien dans leur composition que dans leur mode d'emploie
La composition fondante de l'invention est caractérisée par 1.'absence de tout halogénure autre que le chlorure et par la présence d'une,;
faible quantité seulement de chlorures de métal alcalin, proportionnée pour produire une composition dont le point de fusion est nettement inférieur à 500 Ce
Suivant une autre proposition, le fondant est formé en combinant 65% de chlorure. de zinc et.10% de chlorure d'am- monium avec 25% d'un mélange fondu de'chlorure de potassium et de chlorure de sodium dans les proportions eutectiqueso Un ou plusieurs des chlorures de lithium, cadmium, cuivre; calcium, zinc, plomb ou ammonium peut être combiné avec le mélange eu- tectique de KCl, et, NaCl.
Suivant, la présente invention, pour obtenir 'la fluidité. optimum, la composition'contient avantageu- sement les chlorures de sodium, de potassium et de lithium en proportion correspondant à une marge relativement étroite de proportions et, pour obtenir la résistance à la corrosion et la résistance désirée, la proportion relative du chlorure de zinc à la quantité totale de chlorure de métal alcalin doit être com- prise de préférence entre 8,5/1 et 9,2/1 et notamment être de 9/1 en poids.
En résumé les compositions préférentielles de fondants conformes à l'invention sont celles contenant: a) les trois chlorures de métaux alcalins ci-dessus dans les proportions relatives suivantes:
EMI3.1
<tb> Mol <SEP> % <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> correspondant
<tb>
<tb> NaCl <SEP> entre <SEP> environ. <SEP> 5 <SEP> mol <SEP> et <SEP> 25 <SEP> mol <SEP> % <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 29
<tb>
<tb> KC1 <SEP> " <SEP> " <SEP> 15 <SEP> " <SEP> " <SEP> 48 <SEP> Il <SEP> Il <SEP> 21 <SEP> à <SEP> 61
<tb>
<tb> LiCl <SEP> " <SEP> " <SEP> 40 <SEP> Il <SEP> n <SEP> 75 <SEP> Il <SEP> " <SEP> 29 <SEP> à <SEP> 66
<tb>
<tb> le <SEP> total <SEP> étant <SEP> 100 <SEP> mol <SEP> %, <SEP> et
<tb>
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b) entre environ 85 et 92% en poids de chlorure de zinc.
Dans une composition avantageuse conforme à l'invention, la portion -de la composition correspondant au chlorure de métal alcalin comprend un mélange des trois chlorures alcalins dans les proportions comprises à l'intérieur de la zone du diagramme ternaire défini par les points suivants:
EMI4.1
<tb> Mol <SEP> % <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> correspondant
<tb>
<tb> (1) <SEP> 75% <SEP> LiC1, <SEP> 10% <SEP> NaCl, <SEP> 66%,. <SEP> 12%, <SEP> 22%
<tb> 15% <SEP> KCl
<tb>
<tb> (2) <SEP> 60% <SEP> LiCl, <SEP> 25% <SEP> NaCl, <SEP> 50%, <SEP> 29%, <SEP> 21%
<tb> 15% <SEP> KCl
<tb>
<tb> (3) <SEP> 40% <SEP> LiC1, <SEP> 25% <SEP> NaCl, <SEP> 29%, <SEP> 26%, <SEP> 45%
<tb> 35% <SEP> KC1
<tb>
<tb> (4) <SEP> 47% <SEP> LiCl, <SEP> 5% <SEP> NaCl, <SEP> 34%..
<SEP> 5% <SEP> 61%
<tb> 48% <SEP> KC1
<tb> (5) <SEP> 75% <SEP> LICl, <SEP> 5% <SEP> NaCl, <SEP> 64%, <SEP> 6% <SEP> 30%
<tb> 20% <SEP> KCl
<tb>
Dans l'emploi de ces fondants il a été constaté que l'emploi d'un produit soudant additionnel est souvent-inutile et que non seulement l'aluminium peut se joindre à l'aluminium, au cuivre ou autres métaux ou alliages, mais que les alliages d'aluminium, même ceux contenant jusqu'à 13% de silice, peuvent être assemblés à ces métaux ou alliages avec formation deonctions qui sont résistantes aux efforts mécaniques ou autres attaques chimiques ou à la corrosion. Les exemples suivants mentionnent des fondants préparés conformément à l'invention.
EXEMPLE I-
On prépare une composition en fondant ensemble 54 parties en poids de chlorure de lithium avec 36 parties de chlorure de potassium et 10 parties de chlorure de sodium. Ce qui correspond aux proportions moléculaires 66,25,9. On laisse refroidir et pulvérise. A cette composition pulvérisée, qui a un point de fusiol d'environ 180 C, on ajoute du chlorure de zinc dans la proportion de 9 parties en poids pour chaque partie du mélange de chlorures alcalins. Le mélange résultant a un point de fusion de 190 C, température à laquelle on laisse le mélange refroidir et se so-
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lidifier, après quoi il est pulvérisé en vue de la jonction de diverses pièces d'aluminium ou d'alliages d'aluminium.
On peut assembler des pièces d'alliages d'aluminium par simple chauffage des pièces, la composition de fondant étant versée en poudre sur le joint. Il se produit une légère fumée lorsqu'on chauffe à la température de réaction à 385-4000C.La réaction et le soudage sont terminés lorsque le flux liquide retiré révèle du métal fondu c'est-à-dire du zinc ou un alliage zinc.aluminium. Un film grisâtre reste après la réaction et il disparaît par rinçage . dans l'eau chaude.
EXEMPLE II-
La composition fondante est préparée en mélangeant 54 mol % de chlorure de lithium, 26% de chlorure de potassium et 10% de chlorure de sodium et fondant à sec dans un récipient de verre. On ajoute 9 parties de chlorure de zinc pour chaque partie en poids de mélange et on laisse refroidir. La barre soli- de qui en résulte est enveloppée dans une gaine de résine plas- tique et magasinée. Même emploi que dans l'exemple I.
En vue d'évaluer la résistance à la corrosion de joints formés avec ces compositions, on place dans un local humide à atmosphère saturée d'eau maintenue à 45 C divers échan- tillons en divers métaux. Un poids de 2,5kg est suspendu à chaque échantillon (dont la section au joint est de 6 x 0,5 mm).
Ainsi l'essai détermine la durée de vie du joint sous un effort minimum d'environ 80 kg par cm2. Les résultats sont les suivants:
EMI5.1
<tb> Joint <SEP> Heures <SEP> avant <SEP> cassure
<tb>
<tb> Al- <SEP> Cu <SEP> 300
<tb>
<tb> alliage <SEP> Al- <SEP> Cu <SEP> 861
<tb>
<tb> Alliage <SEP> A1- <SEP> Alliage <SEP> Al <SEP> 288
<tb>
Les joints,préparés avec les mêmes métaux et alliages Mais avec d'autres fondants, résistent. seulement une fraction de ce temps, généralement moins de 60 heures.
Un autre procédé d'épreuve des joints consiste à les immerger dans l'eau bouillante et observer le nombre d'heures
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écoulées avant que le joint ne perde sa résistance et s'ouvre.
Fondant du commerce + soudure 22 heures
Soudure complexe 15 heures
Fondant suivant exemple 1 sans 360 heures soudure
L'un des avantages essentiels de ces fondants est l'absence d'halogénures autres que les chlorures.- L'incorporation de faibles quantités de fluorures dans.les fondants du type à ré- actions tels que ceux décrits produit une-augmentation indésira- ble du point de fusion de la composition et provoque en bien des cas la formation de gaz nocifs contenant'du fluor. Les fondants contenant soit des bromures, soit des iodures ont été expérimen- tés et se sont montrés moins bons que ceux décrits. En outre, l'inclusion de fluorures, bromures, iodures, ajoute appréciable- ment au prix du produit final et cette addition est aussi bien indésirable qu'inutile.
Un sècond groupe de compositions qui' forme des joints beaucoup moins susceptibles de périr par la corrosion en atmosphères humides est obtenu en incorporant une quantité fai- ble mais non négligeable de chlorures métalliques dans des com- positions fondantes quelque peu similaires à celles décrites plus haut.
Les compositions comprises dans le domaine de l'invention contiennent environ 10 parties en poids d'une mixture à bas point de fusion des chlorures de métaux alcalins indiqués plus haut, entre 84 à 95 parties en poids de chlorure de Zinc et environ 1 partie de chlorure de Nickel.
EXEMPLE III -
1,0 partie en poids NaCl
3,6 parties en poids KCl 5,4 parties en poids LiCI
90,0 parties en poids ZnC12
1,0 partie en poids NiCl2
101 parties composition utiliséepar exemple pour assembler du cuivre à
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un alliage d'aluminium.
Le mélange ci-dessus est préparé en mêlant les pro- duits à l'état sec. On forme des assemblages temporaires en forme de T avec joints d'about avec des feuilles minces d'alumi- nium, des alliages d'aluminium et des plaques de cuivre qu'on serre sur des plaques d'alliages d'aluminium. On verse le fon- dant le long de l'intersection des deux branches du T ou le long des zones-.d'about et chauffe à environ 385 C pendant une minute après que la composition ait fondu. Les joints ainsi 'for- més sont refroidis et ensuite rincés à l'eau chaude. On les éprou- ve pour résistance à la corrosion en plaçant une charge initiale- de 80 kg/cm2 sur le joint immergé dans l'eau bouillante.
Les résultats sont les suivants :
Fondant du commerce et soudure 22 heures avant cassures
Soudure complexe 15 heures avant cassure 'la (LiCl-KCl-NaC1) + 90 (ZnC12) 360 heures avant, cassure 10 (LiCl-KCl-NaCl)+ 90 (ZnC12) 900 ..heures avant cassure + 1 (NiC12)
On voit que dans l'eau bouillante l'addition de chlorure de nickel à un mélange de chlorues de métaux alcalins et de chlorure de zinc accroît la durée du joint.
Un troisième groupe de composition particulièrement approprié pour la jonction de'pièces en.métal léger, notamment des alliages d'alurainium contenant du silicium, est obtenu en incorporant des quantités déterminées de chlorues de plomb, de cuivre et de cadmium dans les fondants composés des mélanges de chlorures alcalins et de chlorures de zinc décrits plus haut,
Les compositions fondantes suivant l'invention con- tiennent environ 10% en poids d'un mélange à bas point de fu- sion de trois chlorures alcalins comme décrit plus haut, 83,5% de chlorure de zinc, et le reste est constitué par des chlorure, de Pb, de Zn et de Cd dans les proportions: PbCl2 : 0, 25 à 1,25%; CuCl: 4 à 6% et CdC12 .:
0,5à 1,75%.
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EXEMPLE IV. -
La composition de fondant est préparée en fondant en- semble 54 'parties en poids de LiCl avec 36 de KCl et 10 de NaCl. Un tel mélange correspond aux proportions moléculaires 66/25/9. Apres refroidissement on pulvérise.
A la composition
EMI8.1
pulvérisée qui fond à 1880C on ajoute du ZnC12' PbC12' CuCI et CdC12dans les proportions suivantes:
Parties en poids
Mélange
EMI8.2
Echantillon n NaC7.-KCl-ZiC. 2 'CuCl CdCl2 PbC12
EMI8.3
<tb> 421-3-4 <SEP> 10 <SEP> 83,5 <SEP> 5 <SEP> , <SEP> 0, <SEP> 1
<tb>
EMI8.4
421-3-3 10 83, 5 5-- '1,, 0,25
EMI8.5
<tb> 342-73-3 <SEP> 10 <SEP> 83,5 <SEP> 6 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb>
Les compositions obtenues ont des points de fusion voisins de 230 C-260 C bien en dessous des températures aux- quelles 'ils réagissent pour décaper l'alliage coulé qui doit ,,être soudé sur un autre. Pour effectuer de...tels joints entre al- liage d'aluminium et alliage d'aluminium silicium,'on dispose les pièces pour former un joint horizontal.
Les diverses compo- sitions à essayer sont versées en poudre sur le joint et on chauffe l'ensemble à environ 830 C. A cette température il y a formation de liquide fondu avec peu ou pas de fumée et du mé- tal fondu probablement du zinc ou un alliage Zn-Al contenant
Cu, du Pb, du Cd se forme au joint. Habituellement cela se pro- duit au bout d'une minute environ de chauffage lorsou'il s'agit de métaux légers en feuilles minces. Le film de sel restant après que les joints sont refroidis s'enlève à l'eau chaude.
En vue d'évaluer la résistance à la corrosion des jonc- tions faites avec de telles compositions, un essai a été fait dans leauel des joints d'about d'alliage d'aluminium avec un autre alliage d'aluminium à 11 ou 13% de Si furent placés dans une chambre humide dans laquelle la vapeur d'eau était
EMI8.6
maintenue à 45 C avec un poids de 2,5 kg peltdu 2t chaque aca<..t:1-
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7.on (section transversale 6 x 0,5 mm) équivalent à un effort de 80 kg/cm2.
Les résultats furent les suivants:
EMI9.1
<tb> Fondants <SEP> ' <SEP> Heures <SEP> avant <SEP> cassure
<tb>
<tb>
<tb> 421-3-4 <SEP> 1053
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 421-3-3 <SEP> 1053
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 342-73-3 <SEP> 1053 <SEP> cassure <SEP> au <SEP> dessus <SEP> du <SEP> joint
<tb>
Les joints d'about entre les mêmes alliages réalisés avec d'autres fondants du type à réaction,ne.résistèrent que pendant un temps plus réduit, généralement moins de 60 heures.
Les.fondants décrits ci-dèssus sont affectés par l'humidité atmosphérique et, en conséquence, il,est recommandé de les conserver dans les récipients hermétiques, de préférence en verre ou en matière plastique résistant à l'attaque du produit Cependant, on peut fabriquer une pâte stable avec la poudre pré- parée, en lui ajoutant une quantité contrôlée d'eau.
A titre d'exemple, la description ci-dessus se rap- porte à 1' emploi de ces fondants .sous forme d'un mélange fondu à l'avancé des constituants. Il est à remarquer cependant que les mêmes résultats peuvent être obtenus par l'emploi 'de composi- tions dans lesquelles les composants n'ont pas été préalablement fondus : Ainsi des mixtures de deux ou davantage des quatre composants peuvent être préparées par simple mélange sous forme de poudres sèches en proportions convenables et conservées. Ces produits non fondus sont utilisés de la même manière que la composition fondue à l'avance. D'autre manière, certains des composants peuvent être fondus à l'avance et ce produit peut être combiné avec des poudres non fondues des autres constituants.
En outre, l'invention peut être appliquée avec des mixtures for- mées avec les divers constituants mélangés au moment où le sou- dage est effectué:'.
Tandis que chacune des combinaisons d'halogénures décrites ci-dessus peut être utilisée pour effectuer l'assemblage des pièces en métaux légers et particulièrement de l'aluminium
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et de ses alliages, l'invention prévoit que, en raison de la tendance de ces compositions absorber l'humidité atmosphérique, il est souhaitable d'enfermer ces mélanges de sels dansune gaine ou une enveloppe formée en une matière qui est'utile pour l'assen- blage des pièces de métal, telle que de la soudure. En contrôlant convenablement les proportions relatives de couverture et de con- tenu on peut réaliser n'importe quel rapport désiré entre la sou- dure et le fondant,, ce qui Permet de les apporter dans D'opéra- tion d'assemblage en quantités correctement mesurées.
Conformément à l'invention, la soudure peut être composée de zinc avec une quantité limitée d'argent et le fondant être choisi comme étant actif à des températures légèrement infé- rieures au point de fusion de la soudure. De cette manière l'ap- plication de chaleur sur la soudure à noyau de fondant ne pro- duit pas¯de plaques de fondant liquide qui pourrait être proje- té sous formes de fumées ou qui pourrait s'oxyder pour former de l'écume ou une croûte longtemps avant aue lasoudure fonde et soit prête pour l'assemblage des métaux.
En outre, on a cons- taté que la composition de fondant-soudure qui contient seule- ment des chlorures et dans laquelle le chlorure d'aluminium est destiné à enlever l'oxyde des pièces d'aluminium, on bien les compositions décrites ci-dessus, basées sur le chlorure de zinc et contenant un mélange de trois chlorures de métal alca- lin peuvent être avantageusement employées, particulièrement lorsque ces compositions contiennent un ou plusieurs chlorures métalliques qui sont décomposés par l'aluminium à températures élevées.
Sous cet aspect de l'invention, les proportions de zinc et d'argent sont critiques et ne doivent pas différer de 98%- 2%, rapport qui donne d'excellents résultats. Des alliages avec de l'argent dans des teneurs comprises-entre 0,1% et 3% et le reste étant du zinc ou avec de 0,1 à 3% d'argent et 0,3 à 0,5% d'aluminium avec le reste en zinc se sont montrés presqu'aussi
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satisfaisants que l'alliage mentionné de 98% de Zn et 2% d'ar- gent.
Une soudure avec noyau est préparée avec un fondant composé de chlorures de métaux alcalins et'de chlorure de zinc dans,'les proportions suivantes: NaCl entre 5 et 25 mol % ou entre. 6 et 39% en poids
EMI11.1
](ci 11 15 11 40 rt " " tt 21 11 43% " ir, LiCl 11 40 rr 75 or " " il 29 'Il '66% tt Il en ZnCl2 9 parties en poids pour 10.parties 'du mélange.
La mixture, après mélange.intime des composants, est introduite dans une tige de 12 mm de diamètre composée avec un alliage de zinc (98%)et d' argent (2%). L'ensemble est extru- dé à travers une !,libre pour donner une barre compacte de 6 mm de diamètre. Cette extrusion commune du'fondant et de son enveloppe s'effectue sans difficultés. Dans le produit ré- sultant on constate oue le fondant n'attaque pas l'enveloppe même après magasinage prolongé.
La soudure à noyau de l'invention peut être préparée avec d'autres nroduits fondants. Ainsi, comme indiqué prééédem- ment, on peut introduire un fondant contenant AlC13, LiC1, NaCl et KC1 dans lequel la proportion moléculaire d'Aide est de 52 à 82% dans un tube formé d'alliage de zinc avec.
2% en poids d'argent. Le produit composite résultant est ensuite extrudé pour donner un rond dont la section est égale a.u 1/4 de celle du tube original.
Ces soudures à noyau décrites ci-dessus ont une con- servation excellente et produisent des joints avec un bon remplissage dans la fabrication de structures en aluminium telles que des fenêtres ou portes extérieures.
Le rapport entreles quantités de soudure et de fondant peut varier de 8/1 à 2/5/1 lorsqu'on emploie la soudure à base de zinc contenant de l'argent, avec tous les fondants à .chlorures décrits plus haut. Il est à remarquer que le point
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de fusion de la souduredure-employée dans la combinaison est d'environ 370 C qui est approximativement supérieur de 93 C au point'de fusion de plusieurs des chlorures fondants formant lenoyau. Ces fondants entrent en fusion à des températures inférieures à 260 C et deviennent également réactifs 3. des tempé- ratures voisines du point de fusion de la soudure.
Pour cette raison à la fois le fondant et la soudure sont pleinement effi- caces aux températures de soudage qui sont entre 385 et 412 C.