FR1446155A

FR1446155A - Perfectionnements aux procédés de liaison entre des métaux de natures différentes

Info

Publication number: FR1446155A
Application number: FR46338A
Authority: FR
Inventors: Stanley James Whittaker; Avrum Lewis Segel
Original assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Current assignee: Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date: 1964-09-11
Filing date: 1965-08-27
Publication date: 1966-07-15
Also published as: DE1527250A1; GB1092244A; US3314139A; DE1527250B2

Description

Perfectionnements aux procédés de liaison entre des métaux de natures différentes.
La présente invention a pour objet un procédé de liaison ou soudure entre des métaux différents par dégagement d'énergie à un taux élevé (dégagement brusque d'une forte quantité d'énergie). Il est entendu que le terme soudure est utilisé dans les présentes dans son sens le plus large et n'implique nullement que la liaison entre les deux métaux considérés soit obtenue par fusion, comme dans la soudure autogène, ou par le moyen d'un métal ou alliage particulier, comme dans la soudure à l'étain.
On connaît divers procédés pour souder ou assembler des métaux différents. Toutefois, la plupart d'entre eux provoquent l'apparition d'une interdiffusion des atomes de ces métaux, ce qui aboutit à la formation d'alliages, lesquels sont fréquemment cassants et affaiblissent ainsi la soudure.
La présente invention vise à permettre de réaliser entre des métaux différents une soudure sans diffusion et qui présente une plus forte résistance et une meilleure solidarisation.
Le procédé suivant l'invention, propre à assurer la soudure de deux objets faits en des compositions métalliques de natures et de résistances différentes, consiste à établir une couche de transition sur la surface de liaison (c'est-à-dire celle destinée à être liée par soudure) de l'un des objets, à juxtaposer ces objets de manière que leurs surfaces de liaison se trouvent en vis-à-vis avec un certain écartement, à disposer une source d'énergie près de l'objet de moindre résistance, et à dégager cette énergie sous forme explosive à partir de la source de manière qu'elle applique la composition métallique constitutive de l'une des surfaces précitées contre celle de l'autre, tandis que la couche de transition empêche l'interdiction de ces compositions.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer.
La figure unique de ce dessin montre en coupe verticale deux objets métalliques soumis à une opération de soudure suivant l'invention.
Conformément à l'invention, l'on réalise la soudure sans diffusion de deux objets métalliques l'un à l'autre en insérant entre eux un troisième élément sous la forme d'une couche de transition à laquelle chacun de ces objets va se souder. Comme sus-indiqué, ce troisième élément empêche l'interdiffusion des métaux constitutifs des objets. L'on peut constituer une couche de transition appropriée par le moyen d'un oxyde formé sur la surface de l'un des objets métalliques. Le revêtement d'oxyde doit être assez épais pour empêcher la pénétration du métal de l'autre objet, mais assez mince cependant pour ne pas devenir cassant. Le second objet doit présenter à l'oxyde qui recouvre le premier une surface de liaison propre .
On dispose les deux objets métalliques en juxtaposition avec leurs surfaces de liaison très rapprochées l'une de l'autre, celui qui comporte la couche ou revêtement d'oxyde étant supporté de manière à réduire au minimum les efforts qui lui sont imposés avant que ne se produise le contact destiné à assurer la sou-dure.
On évacue préférablement l'espace situé entre les surfaces métalliques à souder l'une à l'autre pour les diverses raisons ci-après : a. L'air emprisonné entre les deux objets s'échauffe sous l'effet de la compression en favorisant la formation de composés intermétalliques; b. Cette compression de l'air absorbe une énergie considérable; c. L'air peut empêcher le contact intime entre les deux objets; et d Cet air peut donner lieu, au cours de l'opération de

Claims

soudure, à la formation d'un film d'oxyde indésirable sur l'objet non déjà oxydé. La soudure est effectuée en appliquant un métal contre l'autre essentiellement dans des conditions de choc. A cet effet, l'énergie doit être dégagée à un taux élevé par un procédé comportant, par exemple, la détonation d'un explosif puissant, une décharge électrique par étincelle (ou par explosion d'un fil), ou l'établissement rapide d'un champ magnétique. Dans les deux premiers cas, le transfert d'énergie est rendu optimal en disposant à cet effet entre la source et les objets métalliques un milieu tel que l'eau, la oire d'abeilles ou autre matière liquide ou plastique susceptible de transmettre les chocs. On dispose près de la source d'énergie le métal de moindre résistance. La source elle-même est répartie de façon que ce métal reçoive régulièrement une onde de choc uniforme, sans que des ondes réfléchies ne puissent interférer avec l'onde principale pour diminuer l'énergie qui atteint le métal. On réalise la surface de liaison propre du second objet métallique (objet non oxydé) par deux opérations de nettoyage. On commence par enlever les oxydes et les substances contaminantes par des traitements usuels de brossage, dégraissage et analogues. La seconde opération consiste à exercer pendant le processus de soudure lui-même une contrainte suffisante pour briser le nouveau film d'oxyde formé sur la surface intéressée après le premier nettoyage et pendant le temps qui s'écoule inévitablement au cours de l'assemblage des objets en vue de procéder à leur soudure. Du fait de la très grande vitesse de déroulement du processus, toute nouvelle formation d'oxyde est impossible entre l'instant où le film précité est brisé en découvrant le métal sous-jacent et celui où le métal vient au contact de la surface de l'autre objet. L'invention permet de souder l'un à l'autre des objets faits de divers métaux. Ainsi, le procédé suivant, l'invention peut se mettre en u̇vre pour souder de l'aluminium à de l'acier inoxydable, de l'aluminium à l'alliage connu sous le nom de Zircaloy-2 (zirconium allié à un peu de Fe, de Cr, de Ni et de Sn) et cet alliage lui-même à l'acier inoxydable. Dans les deux premiers cas, la résistance de la liaison indiquée par essais sur goujons soudés dépasse

1400 kg/cm et dans le troisième un essai d'arrachage a permis de relever une résistance supérieure à la résistance à la traction de l'alliage Zircaloy-2 lui-même, soit 7 000 kg/cm . L'exemple représenté au dessin concerne la façon de souder l'un à l'autre deux objets métalliques tabulaires. La référence 10 désigne un tube d'acier inoxydable monté dans un support ou matrice 11, fait en deux pièces. La paroi interne de ce tube doit être soudée à la paroi externe 13 d'un tube d'aluminium 12 disposé concentriquement. On lui a fait comporter à cet effet un mince film d'oxyde 14 d'une épaisseur de l'ordre de 2 1 micron. Le jeu ménagé entre les surfaces de liaison (c'est-à-dire celles destinées à être liées par soudure) est dimensionné de façon à permettre au métal le plus rapproché de la source d'énergie de subir une contrainte supérieure à la limite d'élongation de son film d'oxyde mais inférieure à la sienne propre. Comme sus-indiqué, ce jeu ou espace intermédiaire est mis sous vide. On dispose un explosif 15 à l'intérieur des tubes et sur l'axe de ceux-ci. Cet explosif peut comporter une vitesse de détonation se situant au voisinage de

60 000 à 100 000 m par seconde dans la zone intéressée par les surfaces de liaison. On remplit l'espace compris entre la charge et la paroi interne du tube 12 d'une masse d'eau 16 propre à constituer le milieu de transfert d'énergie. La soudure est alors réalisée en faisant exploser la charge 15, comme sus-expliqué. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. RÉSUMÉ Procédé pour souder deux objets métalliques de résistances et de compositions différentes, consistant à établir une couche de transition sur une surface de liaison, ou surface destinée à être soudée, de l'un des objets, à juxtaposer ces objets de manière que leurs surfaces de liaison se trouvent en vis-à-vis avec un certain écartement, à disposer une source d'énergie près de l'objet de moindre résistance, et à dégager cette énergie sous forme explosive à partir de la source de manière à appliquer le métal de l'une desdites surfaces contre celui de l'autre pour souder celles-ci, ledit procédé pouvant en outre présenter les caractéristiques envisagées ci-après, séparément ou en combinaison :

1. On constitue la couche de transition par le moyen d'un oxyde du métal de l'objet intéressé;

2. On nettoie préalablement la surface de l'objet qui ne comporte pas la couche de transition et on la maintient propre pendant l'opération de soudure de manière à ce que celle-ci intéresse le métal nu de l'objet;

3. On constitue la source d'énergie par le moyen d'un explosif et l'on évacue préalablement l'espace situé entre les surfaces de liaison des deux objets avant de faire détoner cet explosif;

4. On interpose un milieu de transfert d'énergie entre la source et la surface métallique adjacente;

5. L'objet qui comporte la couche de transition est en acier inoxydable et l'autre ;est en aluminium;

6. L'objet qui comporte la couche de transition est en alliage Zircaioy-2 et l'autre en aluminium;

7. L'objet qui comporte la couche de transition est en acier inoxydable et l'autre en alliage Zircaloy-2.