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Procédé de soudure d'objets en alliages dits inoxydables.
Lorsqu'on procède à la soudure d'objets constitués d'un alliage rendu réfractaire à l'oxydation par l'addition d'une quantité suffisante d'un élément qui forme, à la surface de l'objet, une couche d'oxyde protectrice, la présence de cette couche d'oxyde empêche parfois d'obtenir un bon assemblage.
Les mêmes difficultés se présentent évidemment pour les objets dont seule la surface consiste en un tel alliage dit inoxydable. Aussi, lorsque dans la suite du mémoire, il sera question d'objets en alliages dits inoxydables, il faudra éga- lement entendre par là les objets recouverts d'une couche inoxy- dable.
L'emploi d'un décapant pour dissoudre la couche d'oxyde qui protège contre l'oxydation, suscite en général une difficulté: par suite de la dissolution de l'oxyde pendant la soudure, l'élé- ment qui rend l'alliage réfractaire à l'oxydation, se diffuse vers @ ----
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la surface de l'objet, y forme de nouveau de l'oxyde, et se dissout dans le décapant.
De cette manière, la surface s'appauvrit en éléments qui rendent l'alliage réfractaire à l'oxydation et, surtout dans le cas de matériaux minces, ceci peut entraîner une diminution permanente inadmissible de la résistance à l'oxydation de l'objet. En outre, lorsqu'on utilise un décapant, il est difficile d'éviter que des restes de ce décapant subsistent dans la couche d'assemblage ce qui constitue un inconvénient du point de vue mécanique; de plus, la diffusion et l'oxydation du métal qui rend l'alliage réfractaire à l'oxydation se poursuivent et l'oxyde formé se dissout.
Ces inconvénients incitent généralement à renoncer à l'emploi de décapant. La soudure peut alors s'effectuer de la manière connue dans une atmosphère gazeuse réductrice. Cependant, lorsqu'on utilise pour la soudure des alliages qu'une certaine teneur en Be, Al, Cr etc. a rendus réfractaires à l'oxydation, pour obtenir des joints dits inoxydables, on se heurte à la difficulté suivante: il est difficile voire impossible de rendre l'atmosphère gazeuse réductrice suffisamment exempte d'oxygène pour éviter ou annihiler l'oxydation des alliages liquides à la température de la soudure. @ cet effet, il faudrait, dans les cas les plus avantageux, des pressions de vapeur d'eau relatives PH2O PH2O/PH2 difficilement réalisables;
une soudure rendue inoxydable PH2 par une certaine teneur en chrome, nécessiterait à environ 1300 C, une pression de vapeur d'eau relative de 10-3 .
Suivant l'invention, la soudure réalisée dans une atmos- phère gazeuse réductrice, à l'aide d'un alliage inoxydable, four- nit cependant un bon assemblage grâce à l'utilisation d'une ma- tière de soudure, de préférence en forme de feuille, dont la surface, débarrassée de sa pellicule d'oxyde, est recouverte d'une couche protectrice d'un métal qui, pour autant qu'il soit oxydable, peut être réduit dans l'atmosphère gazeuse, dans la- quelle s'effectue la soudure, ce métal pouvant ensuite devenir
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un composant de l'alliage utilisé pour la soudure. On ajoute éventuellement le métal nécessaire pour cet alliage, à l'endroit de la soudure et on chauffe à la température nécessaire à la soudure, et à la formation désirée de l'alliage.
La couche de métal protectrice qui peut être par exemple en cuivre, en nickel ou en argent, peut s'appliquer par voie gal- vanique., par fusion, par cuisson etc.
Pour autant que, pendant la soudure et avant d'être en contact avec la soudure fondue, les objets inoxydables se trou- vent entièrement à l'état solide, l'absorption d'oxygène de l'atmosphère gazeuse réductrice prend, en général, des formes moins gênantes que dans le cas de soudure liquide, de sorte que, dans ces cas, il suffit de débarrasser les objets de leur pelli- cule d'oxyde. Si, dans les conditions de la soudure, l'élément qui rend l'alliage réfractaire à l'oxydation se laisse encore réduire, l'enlèvement de la pellicule d'oxyde s'effectue pen- dant la soudure. Ceci peut être le cas pour certains alliages contenant du chrome lorsqu'on utilise une atmosphère gazeuse très purifiée. Cependant, en général, il faudra enlever d'avance, par voie mécanique ou voie chimique, les pellicules d'oxyde existant à la surface des objets.
Une forme d'exécution particulière de l'invention permet, dans ces cas, d'améliorer encore notablement la qualité en re- couvrant l'objet, après l'enlèvement de la couche d'oxyde, d'une couche métallique qui satisfait aux conditions imposées ci-dessus à la couche qui protège la feuille de soudure dite inoxydable.
Il a déjà été décrit dans le brevet anglais n .540.961 une méthode pour souder des alliages de cuivre sans l'interven- tion d'un décapant; les objets y sont recouverts à l'endroit où doit s'effectuer l'assemblage par soudure, d'une couche d'argent.
On s'efforce par là d'obtenir pour l'assemblage la formation de l'eutectique cuivre-argent. En outre, le brevet anglais n .578.364
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mentionne une méthode de soudure analogue, qui utilise aussi une couche d'argent pour des objets entièrement ou superficiel- lement constitués par un alliage de cuivre et de zinc ; on y forme, pour l'assemblage, l'eutectique ternaire cuivre-zinc- argent.
De ces brevets, il ne ressort cependant pas que, pour la soudure d'objets inoxydables à l'aide d'un alliage de soudure inoxydable dans une atmosphère gazeuse réductrice, on puisse tirer parti de recouvrements métalliques pour protéger les al- liages inoxydables dont sont constitués la soudure et éventuel- lement les objets, contre la formation de pellicules d'oxyde difficilement ou non réductibles dans l'atmosphère gazeuse.
EXEMPLE -------------
Deux objets, en un alliage de cuivre et de 8%, d'alumi- nium (début du trajet de fusion à 1033 C) sont débarrassés à l'endroit où ils doivent être assemblés, de leur pellicule d'oxy- de et on les recouvre d'une couche de cuivre de 5 microns. En- suite, on interpose une feuille en un alliage constitué par 45% de zinc, 1.5% d'aluminium et le reste de cuivre, d'une épaisseur d'environ 150 microns,qui est recouverte, sur ses deux faces, d'une couche de cuivre de 5 microns d'épaisseur et on comprime l'ensemble. En portant la température, en trois minutes, dans de l'hydrogène pur, à environ 910 C, et en chauffant ensuite pen- dant deux minutes, on obtient une bonne soudure inoxydable qui s'homogénéise à une température de 750 C.
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Welding process of objects in so-called stainless alloys.
When welding objects made of an alloy made refractory to oxidation by the addition of a sufficient quantity of an element which forms, on the surface of the object, an oxide layer protective, the presence of this oxide layer sometimes prevents a good assembly from being obtained.
The same difficulties obviously arise for objects of which only the surface consists of such a so-called stainless alloy. Also, when, in the remainder of the report, we will deal with objects made of so-called stainless alloys, this will also mean objects covered with a stainless layer.
The use of a stripper to dissolve the oxide layer which protects against oxidation generally gives rise to a difficulty: owing to the dissolution of the oxide during welding, the element which makes the alloy refractory to oxidation, diffuses to @ ----
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the surface of the object, again forms oxide, and dissolves in the stripper.
In this way, the surface is depleted of elements which make the alloy refractory to oxidation and, especially in the case of thin materials, this can lead to an inadmissible permanent decrease in the resistance to oxidation of the object. In addition, when using a stripper, it is difficult to prevent residues of this stripper remaining in the assembly layer, which is a drawback from a mechanical point of view; in addition, the diffusion and oxidation of the metal which renders the alloy refractory to oxidation continues and the oxide formed dissolves.
These drawbacks generally prompt to give up the use of stripper. Welding can then be carried out in the known manner in a reducing gas atmosphere. However, when alloys with a certain content of Be, Al, Cr etc. are used for welding. made refractory to oxidation, to obtain so-called stainless gaskets, the following difficulty arises: it is difficult or even impossible to make the reducing gaseous atmosphere sufficiently free of oxygen to avoid or annihilate the oxidation of liquid alloys at solder temperature. @ this effect would require, in the most advantageous cases, relative water vapor pressures PH2O PH2O / PH2 which are difficult to achieve;
a weld made PH2 stainless by a certain chromium content would require at around 1300 C, a relative water vapor pressure of 10-3.
According to the invention, the welding carried out in a reducing gas atmosphere, using a stainless alloy, however provides a good assembly thanks to the use of a welding material, preferably of sheet form, the surface of which, freed of its oxide film, is covered with a protective layer of a metal which, as long as it is oxidizable, can be reduced in the gaseous atmosphere, in which welding is carried out, this metal then being able to become
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a component of the alloy used for soldering. Optionally, the metal required for this alloy is added, at the place of the weld, and the temperature is heated to the temperature necessary for the welding, and for the desired formation of the alloy.
The protective metal layer which can be for example copper, nickel or silver, can be applied galvanically, by melting, by firing etc.
As long as, during welding and before coming into contact with the molten weld, the stainless objects are entirely in the solid state, the absorption of oxygen from the reducing gas atmosphere generally takes place. forms less troublesome than in the case of liquid solder, so that in these cases it is sufficient to remove the objects of their oxide film. If, under the conditions of the weld, the element which makes the alloy refractory to oxidation is allowed to reduce further, the removal of the oxide film takes place during the welding. This may be the case for some alloys containing chromium when using a highly purified gas atmosphere. However, in general, it will be necessary to remove in advance, mechanically or chemically, the oxide films existing on the surface of the objects.
A particular embodiment of the invention makes it possible, in these cases, to further improve the quality considerably by covering the object, after the removal of the oxide layer, with a metallic layer which satisfies the requirements. conditions imposed above on the layer which protects the so-called stainless weld sheet.
A method for soldering copper alloys without the intervention of a stripper has already been described in British Patent No. 540,961; the objects are covered there at the place where the assembly by welding is to be carried out, with a layer of silver.
In this way an effort is made to obtain for the assembly the formation of the copper-silver eutectic. In addition, British Patent No. 578,364
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mentions a similar welding method, which also uses a layer of silver for objects wholly or superficially made of an alloy of copper and zinc; for assembly, the ternary copper-zinc-silver eutectic is formed.
From these patents, however, it does not emerge that, for the welding of stainless objects using a stainless welding alloy in a reducing gas atmosphere, it is possible to take advantage of metal coverings to protect the stainless alloys of which The weld and possibly the objects are formed against the formation of oxide films which are difficult or non-reducible in the gaseous atmosphere.
EXAMPLE -------------
Two objects, in an alloy of copper and 8%, of aluminum (start of the melting path at 1033 C) are freed at the place where they are to be assembled, of their oxide film and one cover them with a 5 micron copper layer. Next, a sheet of an alloy consisting of 45% zinc, 1.5% aluminum and the remainder of copper, with a thickness of about 150 microns, is interposed, which is covered on both sides with a layer of copper 5 microns thick and the whole is compressed. By raising the temperature, in three minutes, in pure hydrogen, to about 910 C, and then heating for two minutes, a good stainless weld is obtained which homogenizes at a temperature of 750 C.