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DEWEY AND ALMY CHEMICAL COMPANY, résidant à CAMBRIDGE ( E.U.A. ).
DECAPANT DE SOUDURE POUR HAUTES TEMPERATURES.
La présente invention concerne un fondant ou décapant destiné à être utilisé à l'état fondu sur un bain de soudure et se prête spéciale- ment à son application aux bains de soudure des appareils à fabriquer les corps des boitesen particulier lorsquil est fait usage de soudure à fai- ble teneur en étain.
Inapplication de ce décapant perfectionné de soudure n'est pas limitée à de tels appareilscar il est également utile dans toute opération où il est fait usage d'un bain de soudure,bien qu'il ait été mis au point de vue particulier de la fabrication des corps des coites, et c'est pourquoi il sera décrit en se référant à cette application particulière.
On fabrique ordinairement les corps des boites en repliant sur elles-mêmes les deux portions marginales de flans préalablement découpés dans une tôle, vers le haut à l'un des bords, vers le bas à l'autre bord, pour constituer ce qu9on appelle des "crochets de corps". Dans l'appareil à fabriquer les corps,les crochets sont agrafés, puis aplatis par une opé- ration de frappe. On fait alors couler de la soudure fondue dans le joint agrafé en raclant ce joint sur un rouleau tournant dans un bain de soudure fondue.
Pour assurer le maintien à l'état liquide de la soudure jusqu'à ce que le joint en ait été rempli suffisamment par capillarité,\1 il est né- cessaire que la soudure du bain soit maintenue à une température beaucoup plus élevée que son point de fusion
Les fabricants de boites utilisaient autrefois une soudure à base de plomb et d'étain ayant une teneur en étain de 38 à 50%, en poids, et Inexpérience leur avait enseigné que les décapants de soudure à base de chlorure de zinc-ammonium sont les plus satisfaisants pour assurer la pro- tection de la soudure fondue dans le bain et le nettoyage de la surface du rouleau ;
Dans ces dernières années,la rareté de l'étain ou l'insuffi- sance des réserves de ce métal ont contraint les fabricants de boîtes à faire
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usage de soudures au plomb et à 19 étain de teneurs en étain considérable- ment réduites.
Las règlements actuellement en vigueur limitent à 55 la teneur maximum en étain des soudures du genre envisagé. On utilise, main- tenant très couramment des soudures à 3/97 (étain., 3%,plomb 97%) et à
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-2/98 Or, il sI> avère que même en l'absence de toutes prescriptions, les soudures de faible teneur en étain continueront à être utilisées -au moins dans l'industrie de la fabrication des boîtes - parce qu'il a été constaté qu'une telle soudure permet de faire travailler les appareils à fabriquer les corps de boîtes à des vitesses plus élevées, outre qu'une telle soudure est moins sujette à donner lieu à la formation de cristaux dans la portion de recouvrement latéral du joint, sous l'influence d'un stockage prolongé.
L'utilisation de soudures à faible teneur en étain provoque
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toutefois un accroissement de la ';;':1:..':; Gê de décapant nécessaire pour cette raison que alors que le point de fusion d2une soudure à 50/50 est d'environ 2150C. celui d'une soudure à 3/97s par exemple, est d'environ 320 C. Pour que 1.9 appareil à fabriquer les corps fonctionne convenablement, il est par conséquent nécessaire de maintenir le bain de soudure à une température
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de ,73 o A cette température, le constituant chlorure PaT'IIlonium du composé complexe se sublime rapidement.
Comme ce constituant est celui qui prend la part la plus active dans Inaction de décapagecette perte de chlorure d'ammonium diminue gran- dement la durée utile du décapante L'efficacité du décapage décroît et, lorsque la proportion de chlorure d'ammonium présente est devenue trop fai- ble On se trouve contraint à rejeter le décapant parce que la soudure
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a cessé de mouiller ou 8Vsuivrew le rouleau. En outre, le dégagement de chlorure d'ammonium indispose les ouvriers travaillant à proximité de l'ap- pareil
La Demanderesse a découvert que si le décapant est absorbé par une masse de particules granuleuses d'une matière inerte de faible densité le chlorure d'ammonium s'en sépare plus difficilement.
Il en résulte qu'on retrouve une plus forte proportion de ce constituant dans le décapant à l'expiration d'une période de temps donnée et que le décapant à absorbant, utilisé dans des conditions par ailleurs identiques à celles du décapant sans absorbante dure plus longtemps que ce dernier.
Cette découverte a été appliquée à un décapant destiné à un bain de soudure à rouleau en préparant un mélange de chlorures de zinc et d'ammonium (ou un chlorure double de zinc et d'ammonium) et en ajoutant au mélange des granules de faible densité d'une matière siliceuse inerte à titre d'absorbante La Demanderesse a découvert qu'une matière siliceuse dilatée, telle que la vermiculite exfoliée,les silicates gonflés ou éclatés dont un exemple typique est la perlite dilatée qui est un verre volcanique
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acide et les particules dargile"sphérulisées et concrétées se prêtent à leur emploi à titre de granules de faible densité D'autres matières sili- ceuses inertes et très poreuses.,par exemple le laitier de haut-fourneau granulé et les schistes dilatés,
seraient utiles} mais elles ont une teneur en fer tellement élevée que leur emploi n'est pas recommandé. On se rend compte que ces diverses matières sont les agglomérés légers communs dont il est fait ordinairement usage dans la construction en maçonnerie.
On
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fabrique des agglomérés 8Vgonflés ou "éclatés" en faisant passer de petits granules de roches siliceuses naturelles (usuellement la perlite) à travers une zone de four fortement chauffée dans laquelle le grain se rompt et la
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densité apparente de la roche tombe à environ la3o On fabrique l'argile sphérulisée en granulant une bouillie d'argile contenant un agent de dila- tation. Les sphérules sont alors introduits dans un four, dans lequel ils sont concrètes superficiellement par la chaleur.,
et dans lequel il se
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forme une particule creuse sphérique à l'intérieur du sphérule sous l'action du dégagement de la vapeur et des gaz. Une telle argile sphérulisée est
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fabriquée et fournie par la Société KaniUII Corporation sous la marque de fabrique KanamiteW" A mesure qu'ils fondent les chlorures du décapant mouillent
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l'absorbant et il se forme au-dessus de la surface de la soudure une masse flottante qui combine curieusement les propriétés de cohérence et de mobilité ou fluidité. Lorsque les chlorures ont été complètement fondus, il n'est plus possible de considérer la masse comme pâteuse, car elle est beaucoup trop fluide s.
Ce n'est pas non plus un liquide, car lorsque les proportions sont celles qui assurent la durée de service la plus longue , on voit bien un peu de liquide, mais la majeure partie du chlorure est maintenue dans les pores et à la surface de l'absorbant sili- ceux. La masse est cohérente en ce sens que le rouleau ne provoque ni sa rupture,ni sa dispersion.
Elle se tient contre la surface du rouleau où elle débite du décapant par capillarité à la pellicule de soulure, en fumant modérément pendant plusieurs heures avant qu'elle soit finalement épuisée et qu'elle se détache du rouleau en se désagrégeant. Il est alors nécessaire de la rejeter,car elle cesse de maintenir le rouleau à l'état étamé
Bien que la Demanderesse ait procédé à de nombreuses expérien- ces dans le but d'établir la confirmation de diverses hypothèses suscep- tibles d'expliquer l'accroissement marqué de la durée de service utile du décapant, il n'en est résulté aucune explication satisfaisante.
On obtient un accroissement déjà sensible de la durée utile du décapant lorsqu'on ajoute à celui-ci un poids apparemment négligeable du constituant sili- ceux,mais il ne fait pas perdre de vue la grande différence de densité apparente entre le décapant fondu et l'absorbant siliceux dilaté. Par exemple, la densité calculée d'un décapant fondu typique est d'environ
2,18, alors que la densité apparente de la perlite dilatée est approxima- tivement 0,12.
Ainsi, trois pour cent en poids de perlite dilatée repré- sentent 37 % du mélange en volume, une fois le décapant fondu, On obtient un accroissement déjà sensible-du point de vue économique - de la durée du décapant lorsque le rapport de la quantité de la matière dilatée au poids initial des chlorures de zinc et d'ammonium atteint 1,5% La limite supérieure varie selon l'absorbant mais elle est légèrement supérieure à la quantité qui absorbe la totalité de la masse du décapant. Il est bon que des quantités appréciables de décapant soient laissées à la surface des granules, mais il n'est pas nécessaire que le décapant occupe les espa- ces séparant les granules.
D'une façon générale, la limite supérieure, exprimée par un rapport volumétrique, est comprise entre deux et trois volumes de matière siliceuse par volume occupé par le décapant à l'état fondu.
La Demanderesse a aussi découvert qu'il est avantageux d'incor- porer au décapant une très petite proportion de résine, de préférence 0,1 à 1 partie en poids du décapant. Cette résine n'est pas nécessaire mais elle accroît la durée utile du décapant. Une propriété essentielle de la résine est qu'elle fond avant de se décomposer lorsqu'elle est portée à la température de décapage, de sorte qu'elle forme une écume à la surface du décapant avant que celui-ci durcisse et se carbonise. A la température du bain de soudure., l'écume est en partie liquide.,mais se compose princi- palement de très petites particules de résine carbonisées.
La Demanderesse pense que l'écume rend la masse de décapant plus imperméable à l'air et qu' elle oppose de ce fait une résistance supplémentaire à l'échappement de la vapeur de chlorure d'ammonium. Pour des raisons d'efficacité, de disponi- bilité et de faible coût,les résines préférées par la Demanderesse com- prennent la résine insoluble dans l'essence à moteur, obtenue par l'épuise- ment du bois de pin dans les solvants aromatiques, la fraction dure et de couleur foncée, partiellement soluble dans l'essence à moteur, qu'on obtient comme sous-produit de la fabrication de la colophane, et les résols dits "amo- difiés" du type résultant de la condensation du phénol et de la formaldéhyde.
On peut combiner le chlorure de zinc et le chlorure d'ammonium en proportions variables, de façon connue. Si le mélange est très riche en chlorure d'ammonium,il ne fond qu'après que le rapport du chlorure d'am- monium au total des deux chlorures est tombé au-dessous d'environ 44%. Néan- moinsle mélange non fondu de chlorures et d'absorbant maintient le rouleau
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à l'état étamé si ledit mélange est agite;) par exemple toutes les dix mi- nutes jusqu'à ce que la proportion du chlorure d'ammonium soit tombée au- dessous de 44%. Lorsque les chlorures fondent 9 le décapant coule pendant des heures sans exiger aucune attention. Il est donc préférable d'appli- querpour le mélange des chloruresdes rapports initiaux qui assurent une fusion assez rapide.
Le mélange peut aussi contenir de petites quantités d'autres matières qui sont connues comme modifiant les propriétés du déca- pant. Par exemple,, on peut ajouter les chlorures des métaux alcalins afin de régler la température de fusion. De plus, on peut ajouter de l'oxyde de zinc ou du carbonate de zinc pour empêcher l'agglomération et le déga- gement de fumées acides, comme décrit dans le brevet Français ? 864.857 du 18 Mars 1940,, On peut utiliser les deux chlorures, de même que les chlorures: doubles de zinc et d'amm ZnC12 Eli4C1! et ZnC12 #NH4C4. A la suite de nombreux essais, la Demanderesse a déterminé que l'invention augmente la durée utile de tous ces décapants à base de chlorure de zinc et de chlorure d'ammonium.
Pour préparer le décapant perfectionné, la Demanderesse préfère mélanger les constituants secs dans un mélangeur à sec jusqu'à ce qu'une répartition uniforme des constituants ait été assurée. Lorsqu'on utilise de très petites quantités de résine, il est utile (mais non nécessaire) de mélanger d'abord la résine avec une faible proportion d'un autre constituant puis d'ajouter alors le mélange à la masse principale. Un décapant fabri- qué de cette manière peut être utilisé tel qu'il est reçu du fabricant sur le bain de soudure, à moins que la vermiculite ne soit un constituant du produit.
Comme la vermiculite tend à se séparer au cours du transport, il est bon, avant d'utiliser un paquet d'un tel décapant, de soumettre son contenu à un nouveau mélange,, par exemple par culbutage Bien que la De- manderesse préfère préparer le mélange de décapant de cette manière, des résultats également satisfaisants peuvent toutefois être obtenus en ajou- tant l'absorbant au décapant proprement dit à. tout instant désiré.
En vue d'une détermination comparative de l'accroissement d'ef- ficacité de décapage qui résulte de l'addition d'une matière siliceuse inerte de faible densité à titre d'absorbante ainsi que de l'addition sup- plémentaire d'une résine appropriée à des décapants typiques pour hautes températures,une série d'essais ont été effectués sur un bain expérimen- tal de soudure à rouleau. Ce bain expérimental avait été conçu de façon qu'il soit identique aux bains de soudure dont il est fait usage dans les machines à fabriquer les corps de boîtes,excepté que son rouleau avait une longueur moindre.
Il comprenait un bac en fer chauffé au gaz, ayant 25 cm de longueur, 16,3 cm de largeur et 10 cm de hauteur,et un rouleau à soudure de 10 cm de diamètre et de 15 cm de longueur, qui était monté en travers du bac au milieu de sa longueur et à 63, cm du fond Le rouleau avait une table, ou surface de travail, de 11,3 cm de longse terminant par un arrondi de 1,6 mm de rayon à chaque extrémité.
Le bain était rem- pli d'une quantité de soudure à 3/97 suffisante pour élever la surface de la soudure au niveau de la ligne axial du rouleau,soit environ 16 kgs Dans chacun des essais, la température de la soudure du bain a été main- tenue, à l'aide d'un thermostat,à 399 f 1 C et le rouleau tournait à une vitesse de 120 tours par minute On a placée 300 g du décapant sur la sur- face de la soudure,sur le côté du bac où le rouleau redescend dans le bail .
La surface couverte par le décapant mesurait 75, x 15 cm. Dans chaque cas la durée utile du décapant a été déterminée en mesurant le temps qui s'est écoulé avant que des zones appréciables de la surface cylindrique du rou- leau aient cessé d'être mouillées par la soudure. Les résultats des essais ont pu être reproduits avec une approximation de plus ou moins quinze minu- tes et ont correspondu presque exactement avec des durées qui ont été dé= terminées dans des conditions similaires sur des machines à fabriquer les corps en service réel.
Avec cet appareil d'essai et ce mode opératoire, on a effectué la série d'essais suivante pour déterminer l'effet d'additions croissantes d'une matière siliceuse typique, ainsi que d'une résine typique, à un déca-
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pant typique pour hautes températures
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Essai A
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ZnC1Z 0 2NH 4 el 91 parties en poids ZnO 6 oe If Durée du décapant : 106 minutes Essai B
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ZnC12 0 2NH '+ el 91 parties en poids
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<tb> ZnO <SEP> "
<tb>
<tb> Perlite <SEP> dilatée <SEP> 1 <SEP> "
<tb>
Durée du décapant s 181 minutes.
Essai C
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ZDC12 0 2NH Cl 91 parties en poids ZoO 6 fi
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<tb> Perlite <SEP> dilatée <SEP> 3 <SEP> " <SEP> "
<tb>
Durée du décapant s 235 minutes .
Essai D
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ZnC'2 - Ó 2NH4Cl 91 parties en poids Zno 6 " Il Perlite dilatée 6,2 If Il
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Durée du décapant s 350 minutes.
Essai E
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Z11C12 0 2NH 'i- el 91 parties en poids zno " If Perlite dilatée 9,6 ae If
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Durée du décapant s 570 minutes - Essai F
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Zinc12 o 2NH Gl 91 parties en poids zno 6 BU if
EMI5.12
<tb> Perlite <SEP> dilatée <SEP> 3 <SEP> " <SEP> "
<tb>
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Résine de phénol formaldéhyde 012 li 10
Durée du décapant s 300 minutes.
Essai G
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ZnC12 0 2NH 4 el 91 parties en poids znü 6 IV 89
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<tb> Perlite <SEP> dilatée <SEP> 3 <SEP> " <SEP> "
<tb>
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Résine de phénol formaldéhyde Oo5 n "
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Durée du décapant s 345 minutes
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Essai H
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<tb> ZnC12 <SEP> 2NH <SEP> C1 <SEP> 91 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> 2nO <SEP> 6 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> Perlite <SEP> dilatée <SEP> 3 <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> Résine <SEP> de <SEP> phénol <SEP> formaldéhyde <SEP> 1 <SEP> " <SEP> "
<tb>
Durée du décapant s 435 minutes .
Pour déterminer l'effet de l'addition d'une matière siliceuse de faible densité sur la conservation de la teneur en chlorure dammo- nium du dénapant, on a prélevé de petites quantités de décapant sur la composition de décapant des essais A et E à des intervalles périodiques.
Le pourcentage de chlorure d;'ammoium restant dans chacun des échantillons a été déterminé et s'établit comme suit
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<tb> Temps <SEP> en <SEP> Pourcentage <SEP> de <SEP> chlorure <SEP> d'amminium
<tb>
<tb> heures <SEP> Essai <SEP> <SEP> Essai <SEP> E <SEP>
<tb>
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<tb> 1 <SEP> 15 <SEP> 23,6
<tb>
<tb>
<tb> 1,7
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 17,6
<tb>
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<tb> 3 <SEP> 13,4
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<tb> @ <SEP> Il,2
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La quantité de décapant déterminée au bout de 1,7 heure dans l'essai A est celle qui reste dans un décapant au moment où il perd son pouvoir de décapage et cesse d'être capable de maintenir un rouleau con- venablement étamé.
La quantité maximum d'absorbant qui peut être ajoutée à un dé- capant pour donner une composition efficace varie avec la nature physique de l'absorbant. Les propriétés de l'absorbant qui semblent présenter un intérêt à cet égard sont la densité apparente d'une masse de l'absorbant et la porosité et la forme des particules individuelles. Bien que la De- manderesse préfère faire usage d'absorbants ayant une densité apparente minimum pour cette raison que, de cette façon, le maximum d'efficacité est obtenu avec le minimum de poids d'absorbant ajoutée il semble que tout absorbant particulier qui est inerte et flotte dans le décapant fondu soit utilement applicable.
La porosité et la forme des particules individuelles sont des facteurs importants en ce sens qu'une condition essentielle de la com- position du décapant est qu'il soit mobile dès que le constituant de déca- page de la composition a été liquéfié. Normalement, la composition est mo- bile aussi longtemps que des quantités appréciables de décapant continuent à apparaître à la surface des particules individuelles de l'absorbant, bien qu'il ne soit pas nécessaire que l'espace séparant les particules soit oc- cupé par le décapant. Toutefois, si la configuration superficielle des par- ticules de l'absorbant est telle qu'il en résulte une liaison appréciable des particules entre elles,la quantité maximum d'absorbant susceptible de donner une composition effective est de ce fait diminuée.
Comme une particule non poreuse déplace potentiellement son propre volume de décapant fondu, la quantité qu'on pourra ajouter à la composition sera plus grande que dans le cas d'une particule susceptible d'absorber intérieurement une certaine quantité de décapant.
L'effet de ces caractéristiques ressort de la comparaison des trois absorbants préférés. La vermiculite exfoliée possède une densité apparente de 0,1 à 0,13. De plus, les particules de vermiculite ont une structure en forme de plaques qui est extrêmement poreuse et qui assure un
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léger degré de liaison entre les particules . Pour ces raisons, le maximum de vermiculite qu'on peut ajouter à un décapant &ans que ce dernier cesse d'être effectif n'est que d'environ 12 %.
La perlite dilatée possède une faible densité comparable de 0,12 à 0,19. Les particules individuelles ont un pouvoir absorbant pres- que aussi élevé que la vermiculite, bien que, comme leur configuration est presque entièrement sphérique, le degré de liaison auquel elles sont sujet- tes soit beaucoup moindre. La limite supérieure de l'addition de perlite est par conséquent d'environ 16 ou 17% environ...
Par contre, les particules de "Kanamite" (argile dite "sphéru- lisée") sont des sphères presque parfaites, dont la densité apparente est de 0,4 à 0,6. Comme ces particules sont individuellement non poreuses et quelles n'ont aucune tendance à s'unir, la quantité maximum des dites par- ticules qui peut être ajoutée à un décapant est tellement élevée qu'elle n' a jamais été déterminée Dans une expérience,plus de 60 %, en poids, de ces particules ont été ajoutées à un décapant fondu sans effets adverses, si ce n'est le fait que la composition s'est déversée par dessus le bain de soudure en raison de l'accroissement du volume de matière. Même après cette forte addition d'absorbant, la composition est restée mobile. Il existe toutefois une limite pratique beaucoup plus basse à l'addition d' argile "sphéruilsée'.
Comme on le verra dans les exemples du tableau don- né ci-après,le maximum d'efficacité est atteint avec un pourcentage d'ad- dition inférieur à 20 %. De plus, si la proportion initialement ajoutée à un décapant dont la fusion est normalement rapide est supérieure à 30 %, le taux de fusion de ce décapant subit une telle réduction qu'il perd toute efficacité
Il convient de noter que le maximum d'efficacité est obtenu lorsque la quantité d'absorbant ajoutée aux constituants fusibles de la composition est légèrement inférieure au maximum sus-mentionné Comme un absorbant dont les particules ne sont pas poreuses est aussi utile qu'un absorbant dont les particules sont quelque peu poreuses,
il est évident que le pouvoir que possède l'absorbant d'accroître la durée utile du décapant est principalement Du au pouvoir d'absorption de la masse entière de par- ticules. La gamme des grosseurs de particules de l'absorbant ne semble présenter aucun intérêt particulier,pourvu que la grosseur maximum des particules moyennes ne dépasse pas 2 mm environ.
Dans les exemples du tableau suivant, la durée utile du dé- capant a été déterminée, dans chaque cas, pour une température du bain de soudure de 400 C.
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