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PROCEDE .POUR SOUDER .ENTRE .ELLES DES .PIECES .EN ACIER, FONTE OU .METAUX .N'ON .FERREUX
Cette invention concerne un procédé pour souder une pièce en acier, en fonte ou en métal non ferreux à une pièce semblable ou dissemblable en acier en fonte ou en un métal non ferreux, ce procédé permettant la constitution d'une pièce en acier, en fonte ou en un métal non ferreux et étant particulièrement bien que non exclusivement applicable pour souder tous les genres d'acier y compris l'acier doux, l'acier à faible teneur en carbone, l'acier à haute te- neur en carbone ainsi que les aciers spéciaux comme l'acier au molybdène., l' a- cier au vanadium et l'acier au chrome-nickel mais également, de façon plus gé- nérale,
pour réunir les unes.aux autres des pièces constituées par des aciers de genres différents.
L'invention est décrite ci-après surtout à propos des alliages d'acier mais il doit être entendu qu'elle est d'une application beaucoup plus générale comme il ressort du présent texte.
On s ait, dans cette technique, qu'il est possible d'obtenir un soudage par fusion à haute température en faisant fondre l'acier et en ajou- tant un métal d'apport ferreux à l'état fondu au moyen de la flemme d'un chalu- meau. oxy-acétylénique ou de l'arc électrique.
Les inconvénients du soudage par fusion sont qu'il se produit des efforts nuisibles, un gauchissement des pièces et des gerçures;, et que la vitesse de refroidissement est élevée, ce qui donne naissance à la hauteur du joint soudé à de la martensite dure et cassante, à la pénétration du métal d'apport dans le métal apparenté et, dans la zone soumise à l'action de la chaleur, à une croissance des grains et à d'autres changements de la structure du grain du métal. Ces inconvénients peuvent être résumés en disant qu'il y a risque de déformation et de dégradation de la qualité de l'acier à cause des hautes températures qu'on est obligé d'employer.
Il existe bien un procédé pour souder par fusion des pièces en
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acier à faible teneur en carbone en utilisant l'effet de carburation de la flem- me du chalumeau oxy-acétylénique qu'on projette contre la surface de la pièce apparentée en acier qui est alors fondue à une température plus basse, tandis qu'on incorpore au joint par fusion une tige ou barre d'acier de soudure ayant une composition analogue.
Pour éviter l'emploi d'une température de travail élevée, on pro- cède par brasage en chauffant l'acier à la température de fusion du métal de brasage non ferreux, c'est-à-dire à une température inférieure à. la températu- re de fusion de l'acier. La composition de base des métaux de brasage comme le laiton, le bronze, etc..,, est différente de celle du métal ferreux apparenté,
Les inconvénients du brasage sont les suivants : - Le métal d'ap- port a une base dissemblable et une résistance et une dureté plus faibles sur- tout aux températures élevées, et le joint ne peut être traité par la chaleur et demeure visible.
De plus, les métaux de brasage ne permettent d'assurer la jonction des pièces à souder que dans une gamme très restreinte de tempéra- tures puisque cette gamme ne va que de 850à 1.0000 C En outre, ils brûlent et n'assurent pas de jonction du tout si l'acier est surchauffé ou fondu.
Le présent procédé a été conçu en vue d'éviter dans toute la me- sure du possible les inconvénients sus-rappelés du soudage par fusion tel qu'il est employé à l'heure actuelle et du brasage de l'acier. Ce résultat est obtenu en chauffant l'acier apparenté à une température de travail inférieure à sa température de fusion et en déposant la perle ou le globule fondu d'une tige en acier spécial d'apport capable d'assurer une jonction parfaite avec l'acier apparenté par diffusion et pénétration à l'adite température, de préférence en combinaison avec un flux ou fondant.
Il est évident que le choix de l'acier spécial destiné à consti- tuer le métal d'apport en vue d'un travail de soudage particulier sera dicté par la composition de l'acier apparenté lui-même puisqu'il faut employer pour ce genre de travail un acier spécial capable d'assurer une jonction parfaite des pièces à une température qui n'ait pas d'effet nuisible sur la structure de cet acier apparenté comme cela se produit quand on soude par fusion et qui, en outre, permette d'obtenir les propriétés désirées tant au point de vue phy- sique qu'au point de vue chimique.
Le présent procédé a été conçu, en outre, en vue de permettre de faire varier à volonté les propriétés physiques et chimiques des couches d'al- liages déposées et de maintenir les propriétés de ces couches d'une façon par- faitement indépendante des propriétés de l'acier apparenté.
Enfin, le présent procédé a été congu également en vue de permettre de travailler dans une gamme de températures plus étendue par comparaison avec le soudage par fusion et le brasage, ce qui facilite la mise en oeuvre indus- trielle du nouveau procédé.
L'invention prévoit l'utilisation de deux types principaux d'al- liages capables d'assurer les propriétés de fluage et de jonctionnement qui sont nécessaires pour la mise en pratique du procédé. Le premier type de ces alliages est à base de fer ou d'acier; il contient moins de 1,7 % de carbone combiné et,en outre,des métaux non ferreux ainsi que des éléments non métal- liques. Le second type de ces alliages est à base de métaux non ferreux et renferme des additions considérables de fer ou d'acier. De plus,. les deux grou- pes peuvent contenir des composés chimiques comme par exemple des siliciures, des phosphures, des solutions de carbone, des nitrures, etc...
Les éléments d'addition qu'on envisage ici sont non seulement ceux qui agissent en premier lieu sur le fer et l'acier et qu'on appelle communément "renforçateurs à ferrite", "générateurs de carbure" et [{stabilisateurs de car- bure mais également les éléments d'addition ne possédant pas d'affinité pour le fer ou l'acier c'est-à-dire ne s'alliant pas aisément avec eux. Pour incor- porer ces éléments d'addition exempts d'affinité aux métaux de base;, on a re- cours à un système de formation d'alliages capable d'introduire des éléments dits "liants" possédant une affinité marquée aussi bien pour le métal apparenté que pour l'élément d'addition qui n'a pas d'affinité pour le métal de base.
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Si l'on doit, par exemple, allier un métal de base constitué par du fer ou de l'acier avec du cadmium ou de l'argent formant les éléments d'ad- dition et qui n'ont pas d'affinité pour le fer ou l'acier, on peut utiliser comme métal formant "liant" du cuivre qui possède, comme on le sait, une affi- nité marquée à la fois pour le fer, pour le cadmium et pour l'argent. Cette méthode s'accompagne de la recherche d'une amélioration de la fluidité, de la résistance ou de toute autre propriété désirée de chaque constituant non fer- reux individuellement au moyen d'éléments d'addition et d'alliage et avec la recherche d'une jonction parfaite entre les constituants non ferreux et la ma- trice ferreuse.
Ceci donne lieu à des structures assez compliquées du point de vue métallurgique puisque ces structures se composent de solutions, de composés intermétalliques et chimiques et d'eutectiques entre le fer, le carbone, les . métaux non ferreux étales éléments non métalliques. Ces compositions permettent de faire varier les propriétés physiques des tiges et des couches de métal d'ap- port, à savoir le point de fusion depuis une température basse jusqu'à une tem- pérature de résistance à la chaleur, la fluidité depuis un état permettant au métal de s'écouler librement jusqu'à une consistance pâteuse, la dureté depuis une mollesse relative permettant un usinage facile jusqu'à une dureté offrant une grande résistance à l'usure et au moulage, la coloration s'harminosant avec celle du métal apparenté, ce qui rend le joint invisible,
sans parler d'une aptitude des pièces à coulisser, de leur conductibilité électrique, de leur magnétisabilité, etc... Les compositions en question permettent, en outre, de faire varier les propriétés chimiques des tiges et couches de métal d'apport, à savoir leur résistance à la corrosion sous l'action des acides, des alcalis, de la vapeur, de l'eau de mer, des intempéries, etc....
Ainsi donc, ce nouveau procédé permet, en ce qui concerne les dé- pôts, de satisfaire aux exigences imposées en permettant l'obtention de pièces non trempables, de pièces tendres et ductiles, de pièces trempables, de pièces capables d'être traitées par la chaleur, de pièces résistant à l'usure, et de pièces à parois dures, résistant à la corrosion et à la chaleur.
Les expériences qui ont conduit à l'invention ont permis de cbnsta- ter que, pour la mise en pratique du procédé en question dans des conditions satisfaisantes, les propriétés de l'alliage d'acier appelé à constituer le mé- tal d'apport, au point de vue aptitude au fluage et au jonctionnement, ont une importance capitale. Ces propriétés sont obtenues par un choix judicieux et par un équilibrage convenable des constituants d'alliage, de telle façon que. la tension surfaciale (cohésion) de la perle ou du globule fondu, quand il vient heurter la paroi de l'acier apparenté, soit tout juste dépassée à la tem- pérature de jonctionnement au-dessous de sa température de fusion'par leurs forces d'adhérence mutuelles.
En règle générale, le soudage le plus facile sera possible en uti- lisant des alliages d'acier ayant une température de fusion inférieure à celle de 1'alliage apparenté. Mais le soudage est également possible en utilisant des alliages d'apport ayant la même température de fusion qu même une températune de fusion
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1a1 ega.e. '. :ppa;'La da.sr..cs es à la température de jonctionnement au-dessous de la température de fusion de l'alliage apparenté dépend en premier lieu de la façon dont le processus d'alliage se déroule et non pas de leur tem- pérature de fusion.
Il arrive parfois qu'un alliage ayant une température de fusion nettement inférieure à celle de l'alliage apparenté ne permette aucunjonc- tionnement, tandis qu'un autre alliage ayant une température de fusion plus élevée se prête à un jonctionnement parfait. La raison pour laquelle le sou- dage peut être exécuté avec des alliages pouvant avoir la même température de fusion ou une température de fusion supérieure à celle de l'acier apparenté est la suivante :
- La quantité de chaleur appliquée par la source de chaleur concentrée sur la perle ou le globule provenant de la tige de métal d'apport peut être suffisamment augmentée pour supprimer sa cohésion en même temps qu'une quantité de chaleur beaucoup plus faible peut être appliquée au métal apparenté dans une mesure tout juste suffisante pour permettre l'écoulement, l'adhérence et la diffusion de cet e perle ou de ce globule au moment où il
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bute. Ceci est possible par l'application de la technique spéciale qui est décrite ci-après.
Quand un globule allié est déposé sur la surface de l'acier apparen- té à' la température de jonctionnement convenable, les constituants qui fondent à une température plus basse, c'est-à-dire qui s'écoulent mieux "étament" en quelque sorte le métal apparenté pendant les stades initiaux du processus en entraînant et en distribuant à la manière d'un agent de fluage les constituants à température de fusion plus élevée qui peuvent ensuite être dissous par l'arri- vée continuelle de chaleur pendant les stades finaux de l'opération de souda- ge.
La diffusion et la pénétration de l'alliage fondu dans l'acier ap- parenté formant une masse solide commencent quand le globule en question le heurte et se poursuivent non seulement sous l'action directe de la chaleur pro- venant de l'appareil de chauffage aussi longtemps que le dépôt se trouve à l'é- tat fondu mais également plus tard quand on fait avancer cet appareil de chauf- fage et que le dépôt se solidifie. Lorsque la solidification se produit, ce sont tout d'abord les constituants du dépôt qui ont le point de fusion le plus élevé et qui sont refroidis brusquement sur la surface de la pièce en acier apparenté qui collent, après quoi les constituants à point de fusion plus bas cristallisent; les deux constituants pénétrant alors et se diffusant dans l'a- cier apparenté en question.
Les facteurs qui ont une influence sur les conditions dans lesquel- les la diffusion s'opère à ce stade du processus sont les suivants : En premier lieu, l'application régulière ultérieure du rayonnement de la chaleur à partir de l'endroit voisin où à lieu le soudage effectif auquel l'appareil de chauffage a été déjà amené. En second lieu, la chaleur du globule de métal d'apport pen- dant son refroidissement ainsi que le dégagement de la chaleur latente de fu- sion pendant le refroidissement et la chaleur de récalescence qui se dégage dans les aciers quand on franchit la température critique. En troisième lieu, la chaleur de l'acier apparenté qui se dégage par refroidissement à partir de la température de jonctionnement et quand on franchit la température critique pendant le refroidissement.
Ces trois facteurs ainsi que les phénomènes métal- lurgiques mis en jeu qui sont extrêmement efficaces dans les régions limites ont une grande importance pour le déroulement correct du processus. En effet, ils contribuent également à maintenir la température qui est nécessaire à la pénétration et à la diffusion du globule de métal d'apport dans l'acier apparen- té. Plus cette température est maintenue longtemps, plus toutes les réactions métallurgiques s'opérant au sein du dépôt et dans la zone limitrophe sont com- plètes et plus le jonctionnement par pénétration et par diffusion obtenu entre la couche de métal et l'acier apparenté est parfait à la température de jonc- tionnement la plus basse possible.
Le laps de temps comparativement plus long à la température inférieure, pendant lequel les forces de jonctionnement par diffusion et pénétration entre la couche de métal et l'acier apparenté sont ac- tives, égale et remplace l'effet du soudage à haute température par fusion.
Tout changement critique de la structure de l'acier à l'état solide peut être considéré comme constituant une "opération de soudage interne" impli- quant le jonctionnement de cristaux semblables et (ou) dissemblables selon des zones limitrophes nouvelles et différentes. L'énergie thermique, qui est né- cessaire pour assurer le soudage et qui est fournie en excès à l'intérieur, est la chaleur de récalescence qui se dégage des atomes du métal quand ils don- nent naissance à une nouvelle structure cristalline. Il en résulte que la na- ture du phénomène de "soudage interne" des cristaux ne peut être un soudage par fusion mais un jonctionnement par adhérence bien qu'il assure un lien par- fait. Des conditions opératoires semblables existent probablement dans le pro- cédé perfectionné.
En pareil cas, l'effet du "soudage interne" est favorisé par l'action épuratrice de flux convenables.
Le globule fondu de l'alliage soumis au procédé contient du fer gamma ou du fer alpha quand il est appliqué à l'acier apparenté qui, à la tem- pérature de jonctionnement, est également constitué par du fer gamma ou du fer alpha. L'échange de chaleur entre le globule et le métal de base, au cours du stade de diffusion et de pénétration, s'opère jusqu'à ce que les deux élé-
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ments en présence arrivent à la même température. Une fois le jonctionnement acquis, ils se refroidissent et adhèrent l'un à l'autre comme par "soudage in- terne"a Ce jonctionnement par "soudage interne" est d'ailleurs inhérent à n'im- porte quel acier et est parfait.
Le jonctionnement qu'on peut obtenir par le procédé perfectionné est fondamentalement le même ou tout au moins de même na- ture qu'un "soudage interne" et par conséquent également parfait.
A titre d'exemple d'alliages convenant au soudage des aciers, le tableau ci-après donne un certain nombre de compositions en poids qui permet- tent d'obtenir des couches de métal ayant des propriétés physiques et chimiques différentes.,
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<tb> Alliage <SEP> C <SEP> Fe <SEP> Mn <SEP> ; <SEP> Si <SEP> ' <SEP> P <SEP> Cr <SEP> ' <SEP> Ni <SEP> ' <SEP> Cu <SEP> ' <SEP> Mo <SEP> f <SEP> Ca <SEP> j <SEP> B
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<tb> N <SEP> 1 <SEP> :0,877:81,65:8,80:5,50:2,75: <SEP> ......
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N <SEP> 2 <SEP> :0,57 <SEP> :73,25:4,96:3,05:1,53:11,40: <SEP> 5,10: <SEP> ....
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1110 3 :0,z31:3?,CO:.,7fl:z,57:1,2: g,6ô:15,59:11,3-: : : ? 4 :0,137:89,70ô0,34:3,25:1,63: 3,58: 1,56: 11 5 :O,.zl:9,10:0,31:3,ZO:1,5b: 2,25: 1,00:12,50 ? 6 :0,118:69,40:0,29:4,80:2,40: :23,00: N 7 :0,.ll:bg,95:0,3.:z;9:1,49: :13,10:1310- ? 8 :0,.1i.:68,z:0,3fl:z,9.:1,!,.5: :12,80:12,80:1,31: Nô 9 :oxo69:53920. :2,98:1,49 11,15 18,05:13,10: 1 hT 10 :0,063:5bzz: :2,91:1,.5:10,90:1,65:.z90: :0,70: 1,1 :
Tous ces alliages possèdent des propriétés très satisfaisantes au point de vue capacité d'écoulement et de jonctionnement pour des teneurs faibles ou élevées en carbone mais surtout quand il s'agit d'un acier au molybdène.
La dureté des dépôts varie depuis une dureté assez faible jusqu'à une dureté très élevée assurant une grande résistance à l'usure mais s'opposant pratique- ment à l'usinage des pièces. La coloration des couches de métal varie du blanc ferreux à une légère teinte rougeâtre. Quant à la structure des dépôts, elle est non poreuse.
Les alliages N 1 et N 2 sont à forte teneur en carbone et donnent lieu à des couches de métal ne se prêtant pas à l'usinage. Sauf l'alliage ? 8, qui donne lieu à des couches de métal plutôt tenace, les couches intéressées par tous les autres alliages sont à faible dureté, c'est-à-dire qu'elles se prêtent à l'usinage. L'alliage N 8 convient quand on recherche surtout une bonne résistance à l'usure et une aptitude au coulissement satisfaisant des pièces. La résistance à la corrosion est nettement marquée dans les couches des alliages ? 9 et N 10.
Les alliages décrits qui sont fondés sur un nombre comparativement faible d'éléments d'addition non ferreux montrent qu'il existe une possibilité illimitée de développer des alliages par ce procédé ou bien de modifier leurs propriétés physiques et chimiques.
Tous les éléments d'addition entrant dans la composition de ces alliages, ou bien une partie*d'entrée=., peuvent être introduits par l'une quelconque des méthodes suivantes : 1 ) Formation directe de l'alliage et sa fusion avec le métal de base comme décrit ci-avant.
2 ) Incorporation sous la forme d'un noyau prévu au sein de la ba- guette de métal d'apport.
3 ) Incorporation sous la forme d'un alliage synthétique conformé- ment à la technique employée dans la technique des poudres métallurgiques.
4 ) Introduction sous la forme d'un revêtement de la paroi de la baguette de métal d'apport.
Un avantage important de ce procédé utilisable pour souder des aciers à haute teneur en carbone et des aciers spéciaux s'impose à l'évidence si l'on
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considère la propriété de la couche déposée et celle du métal apparenté à l'en- droit du joint et à côté de cet endroit. S'il s'agit de jonctionner ou de cons- tituer un acier à haute teneur en carbone, on sait que, quand on fait interve- nir une température élevée pour souder par fusion, on ne peut empêcher la for- mation de martensite qui est, comme on le sait, cassante et extrêmement dure, à cause de la grande vitesse du refroidissement.
Par contre, quand on soude le même acier par le procédé en question, l'acier pouvant être légèrement chauf- fé au-dessus de la température critique pendant un court laps de temps, la vi- tesse de refroidissement est bien inférieure, et la capacité thermique de la couche de métal retarde le refroidissement du joint, après quoi il se forme des structures moins dures et plus ductiles.
En outre,l'affinage du grain du métal s'opère dans des conditions semblables aux conditions normales. Il est d'ailleurs possible, suivant l'al- liage d'acier qu'on emploie comme métal d'apport, de faire varier à volonté la nature des couches du métal pour leur donner un caractère martensitique, troostitique, sorbitique, perlitique ou ferritique. On peut ainsi conserver la propriété du métal apparenté indépendamment des propriétés de la couche-.
Si l'on compare le soudage opéré par le présent procédé avec le soudage opéré par fusion, les avantages qu'on en retire du point de vue métal- lurgique sont les suivants : - Diminution de la consommation de chaleur, possi- bilité de régler la température de travail et de préchauffage pour l'ajuster à la température de traitement optimum du métal de base, gradient de tempéra- tures inférieur, diminution de la vitesse de refroidissement, amélioration de la structure granulaire de la zone intéressée par la chaleur, absence de chan- gement dans la composition du métal de remplissage quand il se mélange avec le métal de base, possibilité de jonctionner des métaux différents dont chacun peut avoir normalement de bonnes propriétés mais qui, quand on les soumet à une fusion conjointe, donnent lieu à des composés chimiques cassants,
moindre corrosion intergranulaire, emploi de nombreux alliages différents pour faire varier les propriétés physiques et chimiques des couches de métal déposées, etc...
Du point de vue du soudage sur le plan des applications pratiques, les avantages sont les suivants : - Réduction des efforts, des déformations, du gauchissement et de la fissuration, augmentation de la gamme des températu- res de jonctionnement, plus grande facilité de manipulation du fait que l'ou- vrier soudeur n'a plus besoin de surveiller le métal apparenté fondu comme au- trefois et a simplement besoin de surveiller l'écoulement de l'alliage d'apport, enfin possibilité de jonctionner des métaux ferreux et non ferreux ainsi que des aciers difficiles à manipuler par des ouvriers inexpérimentés et ne se prê- tant pas à un soudage par fusion.
Du point de vue commercial, les avantages sont les suivants : - Augmentation de la rapidité pour les opérations de soudage en série, rendement 'amélioré, applicabilité du procédé par des ouvriers soudeurs moins qualifiés, enfin économies au point de vue dépense de chaleur et salaires.
Des tiges ou baguettes normales utilisables pour souder des pièces en acier par fusion assurent des jonctions si l'acier apparenté est fondu.
Des essais pratiques effectués avec certains alliages, et notamment avec les alliages N 9, permettent de constater qu'ils sont d'une application universel- le, c'est-à-dire qu'ils permettent de réaliser des jonctions à l'aide d'un acier chauffé nettement au-dessous de sa température de fusion et également avec des aciers fondus.
La gamme des températures de jonctionnement des alliages soumis au présent procédé est notablement augmentée jusqu'à la température de fusion des aciers apparentés. Cette circonstance a son importance dans les cas de jonctionnement où l'on doit effectuer ce qu'on appelle couramment des soudures par points, afin de maintenir les pièces dans la position exacte et quand le façonnage de pièces en V est impraticable.
Ceci constitue également une avan- ce importante par comparaison avec le brasage normal qui utilise des métaux de remplissage de nature non ferreuse comme le laiton, le bronze, l'alliage d'argent et de nickel, etc... qui ont des points de fusion plus bas que l'acier
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et qui ne donnent lieu à des joints que si l'acier n'est pas surchauffe et (ou) si on le fait fondre dans une gamme de températures très limitée ne s'étendant pas au delà de 800 à 1000 C Par comparaison avec des alliages de brasage nor- maux., les alliages dont il est question ici, à savoir l'alliage N 9, renfer- ment également des quantités telles d'acier qu'ils possèdent l'une quelconque de ses qualités marquantes comme la solidité, la dureté, l'aptitude au traite- ment thermique, etc..
et permettent d'obtenir des'jonctionnements à l'aide d'un acier surchauffé ou même d'un acier fondu. Pour le surplus., des expériences pratiques ont montré que le soudage avec certains alliages prévus par l'inven- tion, comme par exemple l'alliage ? 8, permet la formation de ces alliages sur d'autres métaux apparentés comme la fonte 'et les alliages à base de cuivre et de nickel et que, de façon analogue, le jonctionnement de l'acier et de la fonte, du cuivre et des alliages à basede nickel devient praticable.
Alors que les matières normalement employées pour le brasage ren- ferment de 45 à 95 % de cuivre et d'autres métaux assez rares, la plupart des opérations de brasage ici envisagées peuvent être exécutées avantageusement par utilisation des alliages prévus par le présent procédé et contenant un mi- nimum de constituants d'alliage tout en permettant de réaliser des économies portant sur d'énormes quantités de matière critique.
La principale différence entre le mode opératoire suggéré par le présent procédé et le brasage normal c'est que quand on brase comme à l'ordi- naire, l'alliage assurant la brasure fond quand il est amené en contact avec le métal apparenté sous l'effet de la chaleur de ce dernier, tandis qu'au con- traire l'alliage d'acier est éliminé par fusion du métal de remplissage sous l'effet de la concentration de chaleur et qu'ensuite il se dépose, quand il se trouve à l'état fondu, sur le métal apparenté qui est beaucoup moins chauf- fé, à une température différente de sa température de fusion.
En bref, le pro- cédé permet le jonctionnement d'une pièce d'acier à une autre pièce d'acier ayant la même composition ou une composition différente, ou bien le jonction- nement d'une pièce d'acier à une pièce de fonte contenant du graphite libre, d'une pièce d'acier à des pièces en métaux et alliages non ferreux, d'une piè- ce de fonte à une autre pièce de fonte ayant la même composition ou une compo- sition différente, d'une pièce de fonte à des métaux et alliages non ferreux, enfin de pièces en métaux et alliages non ferreux à des pièces en métaux et alliages non ferreux.ayant la même composition ou une composition différente.
De plus, l'application des tiges ou baguettes en acier d'apport suivant le présent procédé perfectionné permet la formation de couches de métal ayant des propriétés physiques et chimiques variables sur des pièces en acier, en fonte et en métaux et alliages non ferreux comme par exemple des couches de métal de faible dureté sur des couches de métal de grande dureté et résistant à l'usure.
Le présent procédé fait, de préférence, application de flux ou fon- dants ayant une composition permettant la production des effets suivants au cours du processus : - Tout d'abord, effet à basse température (pendant. le pré- chauffage) sur la surface du métal apparenté, nettoyage par élimination des saletés non métalliques, dégraissage, distribution de produits chimiques et de constituants d'alliages.
En second lieu, effet à une température plus éle- vée près de la température de jonctionnement sur la surface du métal apparenté, nettoyage des surfaces métalliques, constitution de "ponts" à l'aide de compo- sants gui entravent l'écoulement des globules et qui par conséquent augmentent l'étendue des surfaces métalliques par l'introduction de métaux et d'alliages sous la forme de poudres, et alliage surfacial par diffusion,.et pénétration, et formation d'une zone intermédiaire, de telle sorte que le métal apparenté massifne soit pas fondu à la température de jonctionnement, tandis que les constituants métalliques des flux ou fondants, peuvent être frittés., concrétion- nés et fondus. La poudre métallique nécessite moins de chaleur que le métal apparenté.
Il en résulte que le pré-alliage ou la diffusion de ses constituants au sein du métal apparenté solide se produit et qu'une zone de jonctionnement intermédiaire se forme avant le processus de 1 soudage effectif pendant la pério- de de préchauffage qui est comparativement longue. Un peu après, le globule résultant de la fusion de la baguette d'apport est appliqué contre cette zone
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intermédiaire pendant le processus de soudage effectif et assure ainsi une jonc- tion parfaite par diffusion et pénétration en moins de temps qu'il ne serait nécessaire si l'on employait un flux ne contenant pas ces constituants métal- liques.
En troisième lieu, effet à la température de jonction sur le globule en question : Processus d'alliage par fusion directe d'éléments d'addition ou par réaction chimique, influence thermique. sur la température de travail par réaction exothermique, introduction de constituants intermédiaires ou bien non métalliques afin de donner 'lieu à des mélanges mécaniques, enfin influence exer- cée sur l'atmosphère située au-dessus de la nappe en fusion (oxydation, action neutre ou réduction). Des éléments d'addition temporaire qui présentent une activité pendant ce qu'on peut appeler la période initiale "d'étamage" pour influencer les propriétés du métal au point de vue fusion et aptitude à l'écou- lement sont alors retirés de la nappe fondue du métal d'apport avant sa soli- dification au cours des stades ultérieurs du déroulement du processus.
Les flux ou fondants que prévoit le présent procédé sont choisis de manière à tenir compte de chaque constituant d'alliage considéré individuel- lement afin d'améliorer ses propriétés d'écoulement sur le métal apparenté.
Dans l'exemple réel concernant les alliages ? 1 à N 10 qui a fait l'objet du tableau précédent, on a supposé qu'on fait intervenir des flux ou fondants constitués par des hydrates et des phosphates en vue d'assurer l'épu- ration, par des borates et des chlorures en vue de traiter l'acier de base, par de la cryolite en vue du traitement du cuivre, par de la borocalcite et du spath fluor en vue du traitement d'un alliage de nickel-chrome, etc.. Comme éléments d'alliages convenables capables de faire "pont", on peut utiliser les suivants : - le nickel-chromeet l'acier au carbone, le ferro-silicium, le ferro- phosphore, le cuivre, etc... (en poudres). L'atmosphère neutre était produite par la dissociation des carbonates.
Les flux ou fondants peuvent être utilisés sous la forme de poudres, de bâtonnets ou de pâtes et en combinaison avec les baguettes de métal d'apport, sous la forme de noyaux ou de revêtements.
La suite de cette description de la méthode opératoire que permet le procédé est donnée en supposant qu'on utilise la flamme d'un chalumeau oxy- acétylénique qui a l'avantage de permettre un réglage de température très exact.
S'il s'agit de pièces épaisses, on réchauffe à l'avance le métal apparenté et on l'amène localement à l'endroit de la jonction à la température'ou celle-ci doit s'opérer. La température minimum qui est nécessaire pour assurer la jonc- tion dépend de la composition des métaux apparentés et de l'alliage d'apport dont on se sert. Dans nombre de cas, les alliages ici utilisés permettent de jonctionner les pièces à n'importe quelle température entre une température de jonction minimum et la température de fusion du métal apparenté.
Voici quelques exemples pratiques de température de jonctionnement qui se produisent localement en utilisant l'alliage N 9 : - Pour de l'acier doux, pour de l'acier à haute teneur en carbone, pour de l'acier au molybdène et pour d'autres aciers spéciaux : environ 1000 C . Par contre, pour du cuivre, du laiton au nickel : environ 900 C. Enfin, pour du laiton normal à forte teneur en cuivre : environ 850 C.
Le flux ou fondant peut être appliqué à la fois sur le métal appa- renté et au bout de la tige de métal d'apport. On promène le chalumeau en le maintenant selon un angle assez accentué, afin d'assurer une répartition uni- forme de la chaleur dans le métal apparenté. Dès que la température de jonc- tionnement est localement atteinte au point marquant le début du processus, le mode de dépôt d'une étroite couche de n'importe quel alliage. est le suivant:-
On déplace la flamme (ayant de préférence une composition neutre) pour l'amener jusqu'à une position située à quelque distance de la surface, et on la dirige selon un angle plus aplati contre la surface du métal apparenté, afin qu'il ne fonde pas mais qu'en même temps la température de jonctionnement qui est nécessaire soit maintenue..
On maintient le bout de la baguette de mé- tal d'apport perpendiculairement à la flamme, de façon au-'il ne l'éteigne pas pour réchauffer à l'avance l'endroit où doit se produire le soudage et où le bout de cette baguette doit fondre..
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On rapproche ensuite la flamme en augmentant l'angle que fait le chalumeau,de la surface du métal apparenté. Le globule ou la perle de métal d'apport fondu se dépose contre la surface pleine du métal apparenté et est étiré légèrement vers l'avant dans la direction de l'endroit de la soudure par un mouvement concomitant de la baguette et de la flamme du chalumeau. On évite ainsi toute surchauffe du métal apparenté. On écarte ensuite légèrement la flamme de la surface du métal apparenté et on la dirige contre lui selon un angle très aplati et presque tangentiel à la perle de métal d'apport qui est déposée.
On abaisse ainsi la tension surfaciale du dépôt fondu, en même temps que l'énergie cinétique de la flamme favorise l'écoulement de cette'perle et, en exerçant une aspiration, éloigne les inclusions de gaz et les impuretés vers la surface du métal fondu en assurant ainsi à la couche de métal la non-porosi- té qui est désirable.
On poursuit alors le travail en répétant les mouvements du chalu- meau duquel jaillit la. flamme et de la baguette de métal d'apport pour les ame- ner à des endroits correspondants, ce qui fait fondre le bout de cette baguette et dépose une perle de métal comme décrit précédemment. S'il s'agit de déposer des couches de métal de grande largeur, il convient de régler le mouvement du chalumeau et de la baguette de métal d'apport en. leur imprimant.un mouvement ondulatoire en travers de la direction de la partie fondue.
Des couches épais- ses doivent être formées à l'aide de passes multiples de dépôt uniques minces, afin d'éviter les porosités et de maintenir une commande exacte de la tempéra- ture,
S'il s'agit de pièces minces, le mode opératoire diffère de celui précédemment décrit, en ce sens qu'après avoir chauffé le métal apparenté jus- qu'à la température de soudage ou de jonctionnement, on doit diriger la flamme du chalumeau selon un angle plus prononcé contre le métal apparenté mais à une distance de sécurité pendant la fusion de la baguette de métal d'apport. Au contraire, lorsqu'on dépose la perle de la baguette de métal d'apport fondu, il convient de diriger la flamme du chalumeau selon un angle aplati vers la surface du métal apparenté mais plus près de celui-ci, afin d'éviter toute sur- chauffe et toute fusion de ce métal.
Un mode opératoire analogue doit être suivi si l'on fait usage d'un chalumeau à hydrogène atomique. Si l'on procède par voie électrique en utili- sant un arc (à charbons métallisés ou non), la façon de procéder doit être mo- difiée, et il faut prendre soin .d'éviter une fusion du métal apparenté.
Si l'on fait usage de l'arc électrique, on doit appliquer une épais- se couche de flux ou fondant sous la forme d'une pâté contre la surface du mé- tal apparenté, afin d'empêcher son oxydation. Il faut, en outre, maintenir la baguette de métal d'apport en contact permanent avec le métal apparenté et faire jaillir,l'arc entre l'électrode de carbone et la baguette de métal d'ap- port dont le bout a fondu et qui se dépose sur le métal apparenté solide qui se trouve ainsi chauffé indirectement mais non fondu.
Dans -:L'hypothèse où l'on utilise des alliages suivant l'invention comme électrodes dans le soudage à l'arc, il faut procéder de la manière sui- vante : - Utiliser un flux sous la forme d'une pâte contenant des quantités considérables de constituants d'alliage suivant la composition qu'on veut don- ner à la couche ainsi que des minéraux à point de fusion élevé, et appliquer ce flux sous la forme d'un épais revêtement contre la surface du joint et contre les électrodes. Dès que l'arc jaillit entre l'électrode et les consti- tuants métalliques du flux, ces derniers fondent et forment une zone de diffu- sion intermédiaire avec le métal apparenté qui se trouve ainsi chauffé à nou- veau mais indirectement et sans fondre.
On voit donc qu'une vitesse de fusion élevée et un mouvement ondulatoire de l'électrode doivent être maintenus pen- dant ce processus.
Une autre méthode électrique à laquelle se prête ce procédé de sou- dage consiste à utiliser une bobine d'induction pour chauffer le métal apparen- té et (ou) pour faire fondre l'alliage.
L'applicabilité universelle de ce procédé perfectionné facilite
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les manipulations et permet d'employer un moins grand nombre d'ouvriers soudeurs expérimentés pour faire un meilleur travail avec une plus grande sécurité.
Ce procédé perfectionné permet, en outre, de jonctionner et de cons- tituer des métaux et des alliages ferreux et non. ferreux dans une gamme de tem- pératures de travail beaoucoup plus grandes tout en permettant de faire varier à volonté les propriétés physiques et chimiques des couches de métal. -
On voit par ce qui précède que le présent procédé permet de combi- ner et d'améliorer les avantages tout en évitant les inconvénients du soudage par fusion et du brasage et qu'il ouvre de nouveaux domaines d'application.
Les détails de mise en oeuvre du procédé peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour jonctionner une pièce en acier, en fonte ou en mé- tal non ferreux à une pièce semblable ou dissemblable en acier, en fonte ou en métal non ferreux consistant à chauffer des régions contiguës des deux par- ties à jonctionner à une température inférieure à la température de fusion de ces parties et à déposer continuellement des globules ou perles fondus d'un al- liage d'apport à base d'acier sur les régions chauffées mais solides des par- ties à jonctionner pour assurerune liaison par diffusion et pénétration sans fusion desdites parties et à réunir celles-ci par les dépôts solidifiés de l'al- liage d'apport.
2. Procédé de soudage pour la constitution d'une pièce ou partie en acier,fonte ou métal non èrre.un caractérisé en ce qu'on chauffe la région de la pièce ou partie à constituer à une température inférieure à la tempéra- ture de fusion de cette pièce et on dépose continuellement des perles ou glo- bùles fondus d'un alliage d'apport à base d'acier sur ladite région chauffée mais solide de cette pièce ou partie pour assurer une liaison par diffusion et pénétration sans faire fondre cette partie et on accroît cette partie par les dépôts solidifiés de l'alliage d' apport.