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Procédé de fabrication dtalliage à souder.
La présente invention concerne un alliage à souder composé principalement de plomb et d'étain et destiné aux applications usuelles. Les soudures plomb-étain de grande-valeur le plus souvent utilisées contiennent 40 à 50 % d'étain. Mais l'étain est une matière première coûteuse provenant de l'étranger et dont l'importation est dans certaines circonstances une charge pour l'économie nationale, ou tout au moins ne peut être que limitée. La présente invention a pour objet une soudure dont la teneur en étain est fortement abaissée et qui peut être fabriquée en
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tenant compte de ces restrictions économiques et qui, eu égard à ses propriétés techniques, est équivalente aux soudures habituelles tout en étant moins coûteuse que ces dernières.
On a déjà proposé d'ajouter aux soudures au plomb à faible teneur en étain, pour abaisser le point de fusion, du bismuth, du cadmium, de l'antimoine ou du mercure ou plusieurs de ces métaux. Cette tentative d'obtenir une matière remplaçant les soudures usuelles, effectuée sans tenir compte de l'influence de telles additions sur les propriétés de la soudure et sans observer de règles techniques déterminées, n'a procuré, même sous la pression des nécessités du temps de guerre, aucune soudure qui pût être comparée par ses propriétés aux soudures usuelles:
les soudures qui ont été obtenues jusqu'à présent de cette manière et qui n'ont été utilisées en pratique que provisoirement, -comme succédanés des soudures plomb-étain habituelles, ou bien ne présentent à l'usage qu' une résistance notablement moindre que ces dernières ou bien ne résistent pas à la corrosion.
On connaît des alliages plomb-étain résistant à la corrosion, auxquels on aajouté, en vue d'abaisser le point de fusion au voisinage de 1000, plus de 40 % de bismuth seul ou avec 8 à 21 % de cadmium, pour une teneur en étain de 13 à 26 Ces alliages, qui servent à des usages spéciaux, fournissent, pour autant qu'ils sont utilisables comme soudures dans des cas particuliers, des soudures cassantes de faible solidité; aucun d'eux n'est utilisable pour les travaux de soudure usuels, en raison de leur bas point de fusion et de leur prix élevé qui résulte de la forte proportion de bismuth.
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Par opposition avec ces alliages ainsi qu'avec les soudures de remplacement mentionnées en premier lieu, pour lesquelles on a proposé une addition de bismuth pour abaisser le point de fusion sans se préoccuper de la ré- sistance à la corrosion, l'invention est basée sur la constatation, résultant de recherches approfondies, que le bismuth, même en très, faibles proportions, rend ré- sistants à la corrosion les alliages plomb-étain. La présente invention résoud donc comme suit le problème mentionné ci-dessus: on ajoute seulement un peu de bis- muth, moins de 5 %, à une soudure plomb-étain pour abais- ser 1 proportion dt étain à poins de 25 % en augmentant la proportion de plomb jusqu'à environ 90 %, pour les usages ordinaires de la soudure.
La caractéristique principale de l'invention, par rapport aux soudures con- nues contenant du bismuth, réside dans le maintien des limites supérieures indiquées pour les différents cons- tituants de la soudure, qui permet d'obtenir d'une part l'économie d'étain et l'abaissement du prix de revient que l'on recherche et, d'autre part,-comme l'ont montré les expériences- une résistance à la corrosion, une solidité et une facilité de travail équivalant à celles des soudures plomb-étain usuelles du commerce ayant une teneur en étain de 40 à 50 %, avec un point de fusion qui n'est pas sensiblement plus élevé.
Au contraire, les alliages composés de 90 à 96 % de plomb, de 1 à 6 % d'étain et de 1 à 4 % de bis- math, avec ou sans addition de 1 à 3 % d'antimoine, qui ont été proposés pour servir de garnitures ou de pièces d'étanchéité, présentant des points de fusion notablement plus élevés et forment une matière plastique dont l'uti- lisation pour les applications habituelles de la sodure
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ne peut être envisagée et n'a dailleurs pas été proposée.
S'il s'agit d'abaisser le point de fusion à peu près jusqu'à ceux des soudures usines du commerce sus-mentionnées, on peut selon l'invention obtenir ce ré- sultat en ajoutant d'une manière connue en soi du cadmium dans une proportion pouvant atteindre 3 %; la nouveauté consiste dans la limitation méthodique à une teneur en cadmium aussi peu élevée, tandis qu'une teneur plus forte détruirait la résistance à la corrosion.
L'addition de cadmium permet en outre de main-, tenir basse la teneur en bismuth qui se traduirait, pour des proportions supérieures à 5 %, par une fragilité de la soudure,
On obtient ainsi un alliage qui possède sensiblement la même température de fusion et les mêmes propriétés qu'une soudure contenant 40 % d'étain Cette soudure peut tre fabriquée sous une forme quelconque, en barres, plaques, tiges, filaments, fils, bandes, feuilles, etc...
La composition suivante convient particulièrement ;
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<tb>
<tb> Islomb <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 90 <SEP> %
<tb> Etain <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> %
<tb> Bismuth <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Cadmium, <SEP> usqu'à <SEP> %
<tb>
Enfin, ce nouvel alliage avec addition d'antimoine convient aussi comme étain de lubrification pouvant servir à combler les points de soudure ou les interstices dans les travaux de soudure, etc.,. On utilise de tels alliages, par exemple, en carrosserie. On connaît des alliages plomb-étainantimoine contenant une proportion
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de 6 à 10 lolo d'antimoine.
Le nouvel alliage ne comporte, en plus d'une faible proportion de bismuth, qu'environ 5 % d'antimoine et peut en conséquence constituer un bon étain de lubrification avec la composition suivante :
EMI5.1
<tb>
<tb> Plomb <SEP> 84 <SEP> %
<tb> Etain <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Antimoine <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Bismuth <SEP> 3 <SEP> %
<tb> Cadmium <SEP> - <SEP> 3 <SEP> %
<tb>
On peut cependant se tenir dans lesproportions, suivantes ;
EMI5.2
<tb>
<tb> Plomb <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 95 <SEP> %
<tb> Etain <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Antimoine <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Bismuth <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Cadmium <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> % <SEP>
<tb>
Le bismuthjoue ici le rôle de renforçateur de l'alliage, comme ci-dessus, tandis que la question de température ne joue aucun rôle, car on travaille dans ce cas le plus souvent avec des brûleurs à souder.
Néanmoins, ces alliages présentent presque toujours l'inconvénient que les quantitésde bismuth et de cadmium introduites n'apparaissent plus dans les mêmes proportions dans le produit final, car une partie du bismuth et du cadmium brûle ou se sépare par liquation. Si l'on veut empêcher ce phénomène et obtenir des proportions d'alliages irréprochables, on doit fabriquer un alliage préalable à plus bas point de fusion et à faible durée de fusion, qui contient Bi et Cd en proportions sensiblement plus fortes.
Cet alliage préalable possède à peu près la composition suivante :
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<tb>
<tb> Plomb <SEP> 62, <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Etain <SEP> 30 <SEP> %
<tb> Bismuth <SEP> 6 <SEP> %
<tb> Cadmium <SEP> ' <SEP> 1,5 <SEP> %
<tb>
c'est-à-dire contient un plus fort pourcentage en bismuth et cadmium, liés par l'étain et le plomb. On obtient une bonne soudure en mélangeant alors une partie de cet alliage avec deux parties de plomb qui peut, sous forme de vieux plomb, contenir encore quelques résidus habituels d'étain.
EMI6.2
Selon les nécessités dtutilisation, on peut faire varier les proportions des différents constituants de l'alliage dans les limites des nombres indiqués, de très petites quantités d'antimoine, zinc et cuivre pouvant être ajoutées selon les besoins et l'application envisagée. Mais l'addition de bismuth ou de bismuth et de cadmium constitue la caractéristique principale de laquelle dépend la possibilité d'utilisation de l'alliage. Les petites quantités des éléments qui adhèrent au plomb et qui ne pourraient être éliminés qu'à grands frais sont sans influence sur le nouvel alliage.
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1- Soudure composée principalement de plomb et d'étain, caractérisée par le fait que, pour permettre d'abaisser la proportion d'étain au-dessous de 25 % en augmentant la proportion de plomb jusqu'à environ 90 %, on ajoute, pour les applications usuelles de la soudure, une faible quantité de bismuth, inférieure à 5 %.
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Welding alloy manufacturing process.
The present invention relates to a solder alloy mainly composed of lead and tin and intended for usual applications. The most commonly used high-value lead-tin solders contain 40-50% tin. But tin is an expensive raw material coming from abroad and the importation of which is in certain circumstances a burden on the national economy, or at least can only be limited. The present invention relates to a solder whose tin content is greatly reduced and which can be manufactured by
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taking into account these economic restrictions and which, having regard to its technical properties, is equivalent to the usual welds while being less expensive than the latter.
It has already been proposed to add to lead solders with a low tin content, to lower the melting point, bismuth, cadmium, antimony or mercury or more of these metals. This attempt to obtain a material replacing the usual welds, carried out without taking into account the influence of such additions on the properties of the weld and without observing specific technical rules, did not provide, even under the pressure of the necessities of time of war, no welding which could be compared by its properties to the usual welds:
solders which have hitherto been obtained in this way and which have been used in practice only temporarily, as substitutes for the usual lead-tin solders, or else present in use only a considerably lower resistance than the latter or else do not resist corrosion.
Corrosion-resistant lead-tin alloys are known to which have been added, in order to lower the melting point to around 1000, more than 40% of bismuth alone or with 8 to 21% of cadmium, for a content of tin from 13 to 26 These alloys, which are used for special uses, provide, insofar as they can be used as welds in special cases, brittle welds of low strength; none of them can be used for ordinary welding work, because of their low melting point and their high price which results from the high proportion of bismuth.
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In contrast to these alloys as well as the replacement welds mentioned first, for which an addition of bismuth has been proposed to lower the melting point without regard to corrosion resistance, the invention is based on on the finding, resulting from extensive research, that bismuth, even in very small proportions, renders lead-tin alloys corrosion resistant. The present invention therefore solves the above-mentioned problem as follows: only a little bis-muth, less than 5%, is added to a lead-tin solder to reduce the proportion of tin to 25% by increasing the point. the proportion of lead up to about 90%, for ordinary uses of soldering.
The main characteristic of the invention, compared to the known welds containing bismuth, resides in the maintenance of the upper limits indicated for the different constituents of the weld, which makes it possible to obtain on the one hand the saving of tin and the lowering of the cost price which one seeks and, on the other hand, - as the experiments have shown - a resistance to corrosion, a solidity and an ease of work equivalent to those of lead solders - usual commercial tin having a tin content of 40 to 50%, with a melting point which is not appreciably higher.
On the contrary, the alloys composed of 90 to 96% lead, 1 to 6% tin and 1 to 4% bis-math, with or without the addition of 1 to 3% antimony, which have been proposed for use as gaskets or sealing parts, exhibiting significantly higher melting points and forming a plastics material the use of which for usual sodide applications
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cannot be considered and has not been proposed.
If it is a question of lowering the melting point approximately to those of the aforementioned commercial factory welds, this result can be obtained according to the invention by adding in a manner known per se cadmium in a proportion of up to 3%; the novelty consists in the methodical limitation to such a low cadmium content, while a higher content would destroy the corrosion resistance.
The addition of cadmium also makes it possible to keep the bismuth content low which would result, for proportions greater than 5%, in brittleness of the weld,
An alloy is thus obtained which has substantially the same melting temperature and the same properties as a solder containing 40% tin. This solder can be manufactured in any form, in bars, plates, rods, filaments, wires, strips, etc. leaves, etc ...
The following composition is particularly suitable;
EMI4.1
<tb>
<tb> Islomb <SEP> 75 <SEP> to <SEP> 90 <SEP>%
<tb> Tin <SEP> 5 <SEP> to <SEP> 25 <SEP>%
<tb> Bismuth <SEP> 2 <SEP> to <SEP> 5 <SEP>%
<tb> Cadmium, <SEP> up to <SEP>%
<tb>
Finally, this new alloy with the addition of antimony is also suitable as a lubricating tin which can be used to fill weld spots or gaps in welding work, etc.,. Such alloys are used, for example, in bodywork. Lead-tinantimony alloys are known containing a proportion
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from 6 to 10 lolo of antimony.
The new alloy contains, in addition to a small proportion of bismuth, only about 5% of antimony and can therefore constitute a good lubricating tin with the following composition:
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<tb>
<tb> Lead <SEP> 84 <SEP>%
<tb> Tin <SEP> 5 <SEP>%
<tb> Antimony <SEP> 5 <SEP>%
<tb> Bismuth <SEP> 3 <SEP>%
<tb> Cadmium <SEP> - <SEP> 3 <SEP>%
<tb>
We can however keep in the following proportions;
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<tb>
<tb> Lead <SEP> 75 <SEP> to <SEP> 95 <SEP>%
<tb> Tin <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 20 <SEP>%
<tb> Antimony <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> to <SEP> 5 <SEP>%
<tb> Bismuth <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 5 <SEP>%
<tb> Cadmium <SEP> 0.5 <SEP> to <SEP> 3 <SEP>% <SEP>
<tb>
The bismuth plays here the role of reinforcer of the alloy, as above, while the question of temperature plays no role, because one works in this case most often with solder burners.
Nevertheless, these alloys almost always have the drawback that the quantities of bismuth and cadmium introduced no longer appear in the same proportions in the final product, because a part of the bismuth and of the cadmium burns or is separated by liquation. If we want to prevent this phenomenon and obtain impeccable proportions of alloys, we must manufacture a preliminary alloy with a lower melting point and a short melting time, which contains Bi and Cd in appreciably higher proportions.
This preliminary alloy has roughly the following composition:
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<tb>
<tb> Lead <SEP> 62, <SEP> 5 <SEP>%
<tb> Tin <SEP> 30 <SEP>%
<tb> Bismuth <SEP> 6 <SEP>%
<tb> Cadmium <SEP> '<SEP> 1.5 <SEP>%
<tb>
that is to say contains a higher percentage of bismuth and cadmium, linked by tin and lead. A good solder is obtained by then mixing one part of this alloy with two parts of lead which may, in the form of old lead, still contain some usual tin residues.
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Depending on the needs of use, the proportions of the various constituents of the alloy can be varied within the limits of the numbers indicated, very small amounts of antimony, zinc and copper being able to be added according to the needs and the intended application. But the addition of bismuth or bismuth and cadmium is the main characteristic on which the usability of the alloy depends. The small quantities of the elements which adhere to lead and which could only be removed at great expense have no effect on the new alloy.
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It Ii N 3? I C 1 T IONS
1- Solder composed mainly of lead and tin, characterized by the fact that, to allow the proportion of tin to be lowered below 25% by increasing the proportion of lead up to approximately 90%, we add, for usual welding applications, a small amount of bismuth, less than 5%.