Procédé pour la soudure d'une pièce en un métal très oxydable. lia présente invention a pour objet un procédé pour la soudure d'une pièce en un métal très oxydable, par exemple en alumi nium ou en un alliage d'aluminium. Par alliage d'aluminium, on entend un alliage dont l'aluminium représente le constituant. principal.
Pendant de nombreuses années, la soudure d'une pièce en aluminium ou en un alliage d'aluminium était considérée comme impossi ble par suite de la facilité avec laquelle des oxydes d'aluminium se forment à haute tem pérature. Cependant, on eonnait maintenant des procédés permettant de souder cette pièce, procédés dans lesquels on utilise une flamme de gaz ou un arc électrique et un fondant lourd pour protéger la soudure. Le fondant. est ordinairement prévu sous forme de revête ment de l'électrode. Des procédés connus plus récents ont permis d'éviter l'emploi d'un fon dant, en protégeant une électrode de tungs tène ou de carbone non consommée pendant la soudure avec un gaz inerte tel que l'argon.
C'es procédés connus présentent certains désavantages et comportent certaines limita tions. Quand on -utilise un fondant, il est né cessaire de nettoyer soigneusement la soudure effectuée, parce que tout. résidu de fondant. corrode rapidement le métal. Un nettoyage efficace est parfois impossible, car une par tie du fondant peut être emprisonnée dans la soudure ou se trouver sur une partie inacces sible de la soudure.
Pour des sections minces où aucun métal d'apport n'est nécessaire, on peut utiliser avantageusement un arc protégé par un gaz inerte et obtenu au moyen d'une électrode de tungstène, mais si un métal d'ap port est nécessaire, comme c'est le cas pour souder des pièces relativement épaisses, le pro cédé est relativement lent par le fait que le chauffage de la tige de métal d'apport est indirect. Ces procédés connus ne constituent pas, par conséquent, des procédés rapides pour la soudure d'une pièce en aluminium ou en un alliage d'aluminium.
Des essais ont. été faits pour souder une pièce en aluminium avec une électrode en aluminium. ou en un alliage d'afuminium qui est consommée pendant le procédé. Ces essais navaient pas été satisfaisants jusqu'ici, par le fait que le métal lie pouvait pas passer facilement à travers l'arc j usqii'à, la soudure.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, et le procédé qui fait l'objet de cette invention est caractérisé en ce qu'on amène continûment un fil d'un métal très oxydable depuis une réserve jusqu'à. proxi mité immédiate de la pièce à souder, eri ce qu'on maintient un are électrique entre le fil et la pièce à souder et en ce qu'on amène un -az inerte autour de l'arc et des parties adjacentes de la pièce à souder, de manière à former dans cette zone une atmosphère d'arc contenant une quantité négligeable d'impu retés.
Le dessin annexé représente schématique ment, à titre d'exemple, une forme d'exécu tion d'une installation pour la mise en ceuvre du procédé objet de l'invention.
Dans l'installation représentée, un fil 5 d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium est déroulé continûment d'un dévidoir 6 pivotant autour d'un axe 7 sur un support 8, au moyen de deux rouleaux 9 qui sont entraînés à vitesse constante par un moteur 10. La vitesse du moteur peut être réglée par tout. moyen approprié pour que le fil 5 soit en traîné à la vitesse requise.
Le fil 5 passe dans un patin de contact 11 prévu dans un support d'électrode 12 présen tant une chambre 13 pour l'amenée d'un gaz inerte et urne tuyère 1-I à. travers laquelle ce gaz est envoyé sous forme d'un courant à écoulement laminaire autour du fil 5 qui cons titue l'électrode pour la soudure. Le patin de contact 11 est relié par un câble 15 à un 'roupe de soudure 16.
Ce groupe est con necté par un câble 17 à une pièce à souder 18 en aluminium ou en un alliage d'alumi- iiium. Le gaz inerte est contenu dans un cylindre 19 et il est envoyé, à travers une s ou p ape -10, dans le détendeur 21 et, de là, dans un tuyau 22 commandé par la soupape 23 et conduisant à la chambre 1.3.
Des mano mètres ?4 et 25 indiquent la pression du gaz dans le cylindre 19 et dans le tuyau 22. Le gaz inerte petit être ainsi envoyé à la, vitesse requise et sous forme d'un courant stable dans la chambre 13 et en quantité suffisante pour entourer l'arc et les parties adjacentes de la. pièce à souder, cet arc s'établissant entre l'extrémité dit fil 5 et lesdites parties de la pièce à souder 1.8. Ce gaz crée une atmo sphère d'arc entre l'extrémité du fil 5 et la soudure de la pièce 18 et évite efficacement le contact de l'oxygène de l'air avec le métal fondu au point de soudure.
Il est important que le gaz inerte soit amené en quantité suffisante et d'une manière telle que l'atmosphère d'arc ne contienne pas plus de 20/9 d'impuretés en volume, c'est- à-dire que la pureté de cette atmosphère ne doit pas être inférieure à 981/o. On a trouvé que la difficulté rencontrée jusqu'ici pour souder l'aluminium avec une électrode d'alu minium ou d'un alliage d'aluminium, consom mée pendant l'opération,
était dite au fait que l'atmosphère d'are contenait trop d'im puretés par suite de la turbulence du courant gazeux. Cette turbulence, qui résulte de chan gements brusques de la direction du courant, d'obstructions dans les parois du conduit pour le gaz ou d'autres causes, attire de l'air dans l'atmosphère d'arc. il faut que le courait gazeux soit laminaire et non turbulent comme dans les procédés antérieurs.
En outre, on a trouvé que le gaz inerte agit sur le courant des particules de métal provenant d'une éle.- trode consommée tout différemment qu'il ne le fait dans le cas d'une électrode ion con sommée, de tungstène par exemple. Dans c- dernier cas, le métal qui doit être fondu et amené pour la soudure est introduit de ]'extérieur et il est simplement fondu par la chaleur de l'arc. Avec une électrode eonsoiu- mée, le métal est amené dans un état fine ment divisé depuis l'extrémité de l'électrode dans ]'atmosphère d'arc.
Le gaz inerte ionisé de l'atmosphère d'are joue un rôle important en dirigeant, et en transportant le métal. Le métal finement divisé forme une partie des impuretés présentes dans l'atmosphère d'arc. Il suffit de 0,5 à. 1% d'oxygène ou d'azote provenant de l'atmosphère ambiant pour con- taniiner l'atmosphère d'are.
On veillera à ce que le débit. du gaz soit tel que l'atmosphère d'arc ne contienne pas plus de 0,5 % en vo- ]unie de gaz de i'atinosplière ambiant.
Ire fil 5 peut avoir un diamètre de 4,8 min et être constitué par de l'aluminium pur ou par un alliage d'aluminium, par exemple un alliage contenant 5 % de silicium. Le fil peut être déplacé à une vitesse de 1.\10 cm/min., le courant de soudure étant par exemple un cou rant continu de -100 à 500 ampères avec une tension d'arc de 21 à. 2-1 volts.
La tuyère 1\1 peut être tenue très près de la pièce à souder, les éclaboussures de soudure d'aluminium n'adhérant pas facilement à la tuyère. On petit prévoir que la pièce à sonder constitue le pôle positif, mais on a remarqué que l'arc est le plus stable quand l'électrode est posi tive et la pièce à souder négative. tTn autre avantage d'utiliser la pièce à souder comme cathode réside dans le fait que le film d'oxyde protecteur sur la pièce est éliminé par un effet de nettoyage dû à une émission d'élec trons et à un bombardement d'ions positifs qui se produisent à la soudure.
L'atmosphère de gaz inerte autour de l'arc prévient l'oxv- dation du métal fondu et ainsi la soudure est propre et brillante. Bien que le courant. con tinu soit préféré, on peut utiliser aussi un courant alternatif, mais ce dernier donne lieu à un arc moins stable qu'avec le courant con tinu. Il suffit d'environ 0,03 m-" d'un gaz inerte tel (lue l'argon par minute pour proté ger la soudure quand la tuyère est à une dis tance de 10 mm de la surface de la pièce à .souder.
Les conditions particulières indiquées sont les meilleures pour obtenir le résultat désiré avec une longueur d'arc variant de 'a<B>à</B> 4,8 min. De nombreuses modifications peuvent être apportées à ces conditions, selon la vitesse re cherchée pour l'opération de soudure et la dimension de la soudure qui doit être faite. Le procédé décrit convient particulièrement bien pour des sections de soudure d'alumi- iizm d'une épaisseur de 3 111m ou plus. Dans cette opération, il faut amener le métal de remplissage nécessaire à. la soudure.
Cela se t'ait, comme on l'a vu, par l'avance continue du fil 5 au fur et à mesure qu'il est con sommé. La chaleur produite par l'are fond le fil aussi rapidement due <I>ce</I> dernier avance, et le métal fondu est amené à la soudure qui est complètement protégée par l'écran de gaz inerte qui l'entoure. r11 utilisant ce procédé, on peut souder des plaques d'aluminium et d'alliages d'aluminium d'une épaisseur supé rieure à 10 min au moyen d'un seul passage à la vitesse de 40 cm/ min., avec un courant continu de 480 ampères, sans préparation des bords autre que le sciage.
La pénétration de la soudure dans des sections d'aluminium épaisses est difficile à obtenir par suite de la haute conductivité calorifique du métal. La chaleur intense et concentrée de l'arc métal- ligue est par conséquent très avantageuse. Le chauffage préalable des fortes sections peut être réduit de 200 à 65 C ou moins.
L'intensité du courant peut être comprise entre 75 ampères pour un fil de 1.,2 mm et 1050 ampères pour des fils de plus grands diamètres, ceci sous une différence de poten tiel de 14 à 30 volts entre le fil et la pièce à souder.
La. densité du courant dans l'électrode doit être d'au moins 22,5 ampères par min? de sec tion efficace. [-'ne telle densité de courant correspond, par exemple, à l'alimentation d'un are consommant -100 ampères à travers une électrode présentant un diamètre de 4,8 mm. Lorsqu'un courant de 75 ampères est fourni à une électrode de 1,? mm de diamètre, la densité du courant dans cette électrode est d'environ 66,6 ampères par inm2.
Bien que l'argon soit préféré comme gaz inerte dans le procédé décrit, on peut utiliser d'autres gaz inertes tels que l'hélium ou tout. <B>t</B> autre ga.z inerte de l'atmosphère ayant un poids atomique supérieur à celui de l'argon, ou encore un mélange de ces gaz. La vitesse d'avance du fil peut être modifiée pour main tenir une longueur d'arc constante, mais il est possible aussi de faire avancer le fil à une vitesse constante et de faire varier l'énergie électrique de soudure en conséquence. Le pro cédé décrit peut s'appliquer pour des sou dures à. la main, semi-automatiques ou en tièrement automatiques.
Les atmosphères d'arc de la composition indiquée ci-dessus assurent non seulement un transport d'aluminium à travers l'arc sans formation d'oxydes, de nitrures ou d'autres inclusions fâcheuses, mais elles assurent aussi un nettoyage des surfaces d'aluminium à sou der. Cette action de nettoyage et particulière ment prononcée quand on utilise des atmo sphères d'arc à l'argon, et elle consiste en un véritable soufflage du film d'oxyde de la sur face d'aluminium par bombardement des ions d'argon. L'intensité de cette action dépend du poids atomique du gaz, et c'est pour cette rai son que l'argon et les autres éléments de poids atomique élevé sont préférables à. l'hélium, comparativement léger.
Le fil 5 est de préférence un fil nu. Il peut cependant présenter un revêtement de protec tion. Ce dernier doit être distingué d'un revê tement de fondant -d'une épaisseur définie qui est utilisé parfois pour introduire des éléments d'alliage dans la soudure. Les revêtements de protection ne sont. pas -utilisés dans ce but.
Dans la description ci-dessus, lorsqu'on parle d'un fil d'aluminium nu, on envisage l'utilisation d'un fil d'aluminium ou d'alliage d'aluminium recouvert au tremper aussi bien que celle d'un fil d'aluminium ou d'alliage d'aluminium non recouvert.
Le procédé décrit ci-dessus est. également applicable pour la soudure d'une pièce en un métal très oxydable antre que l'aluminium ou un de ses alliages.
Process for welding a part made of a very oxidizable metal. The present invention relates to a process for the welding of a part made of a highly oxidizable metal, for example aluminum or an aluminum alloy. By aluminum alloy is meant an alloy of which aluminum is the constituent. main.
For many years, welding of an aluminum or aluminum alloy part was considered impossible due to the ease with which aluminum oxides are formed at high temperatures. However, there are now known methods for welding this part, methods in which a gas flame or an electric arc and a heavy flux are used to protect the weld. The fondant. is usually provided as a coating of the electrode. More recent known methods have made it possible to avoid the use of a flux, by protecting a tungsten or carbon electrode not consumed during welding with an inert gas such as argon.
These known methods have certain disadvantages and have certain limitations. When using a flux, it is necessary to clean the solder carefully, because everything. fondant residue. quickly corrodes metal. Effective cleaning is sometimes not possible because some of the flux may be trapped in the solder or be on an inaccessible part of the solder.
For thin sections where no filler metal is required, an arc protected by an inert gas and obtained by means of a tungsten electrode can advantageously be used, but if a filler metal is required, such as this In the case of welding relatively thick parts, the process is relatively slow in that the heating of the filler metal rod is indirect. These known methods do not therefore constitute rapid methods for the welding of a part made of aluminum or of an aluminum alloy.
Tests have. been made to weld an aluminum part with an aluminum electrode. or an aluminum alloy which is consumed during the process. These tests had heretofore not been satisfactory, in that the bonded metal could not easily pass through the arc to the weld.
The present invention aims to remedy these drawbacks, and the method which is the object of this invention is characterized in that a wire of a highly oxidizable metal is continuously fed from a reserve to. immediate proximity to the part to be welded, ensuring that an electrical are maintained between the wire and the part to be welded and in that an inert gas is brought around the arc and adjacent parts of the part to be welded. welding, so as to form in this area an arc atmosphere containing a negligible quantity of impurities.
The appended drawing shows schematically, by way of example, one embodiment of an installation for carrying out the method which is the subject of the invention.
In the installation shown, a wire 5 of aluminum or of an aluminum alloy is unwound continuously from a reel 6 pivoting about an axis 7 on a support 8, by means of two rollers 9 which are driven at constant speed by one motor 10. Motor speed can be adjusted by any. suitable means for the wire 5 to be dragged at the required speed.
The wire 5 passes through a contact pad 11 provided in an electrode holder 12 having a chamber 13 for the supply of an inert gas and a nozzle 1-I to. through which this gas is sent in the form of a laminar flow current around the wire 5 which constitutes the electrode for the welding. The contact pad 11 is connected by a cable 15 to a solder group 16.
This group is connected by a cable 17 to a piece to be welded 18 made of aluminum or an aluminum alloy. The inert gas is contained in a cylinder 19 and it is sent, through a s or p ape -10, to the regulator 21 and, from there, to a pipe 22 controlled by the valve 23 and leading to the chamber 1.3.
Manometers 4 and 25 indicate the gas pressure in cylinder 19 and in pipe 22. The inert gas can thus be sent at the required speed and in the form of a stable current in the chamber 13 and in sufficient quantity. to surround the arch and the adjacent parts of the. part to be welded, this arc being established between the end of said wire 5 and said parts of the part to be welded 1.8. This gas creates an arcuate atmosphere between the end of the wire 5 and the solder of the part 18 and effectively prevents contact of the oxygen in the air with the molten metal at the solder point.
It is important that the inert gas is supplied in sufficient quantity and in such a way that the arc atmosphere does not contain more than 20/9 impurities by volume, that is to say that the purity of this atmosphere must not be less than 981 / o. It has been found that the difficulty encountered so far to weld aluminum with an electrode of aluminum or an aluminum alloy, consumed during the operation,
was said to the fact that the atmosphere of are contained too much impurity as a result of the turbulence of the gas stream. This turbulence, which results from sudden changes in the direction of the flow, obstructions in the walls of the gas conduit or other causes, draws air into the arc atmosphere. the gas flow must be laminar and non-turbulent as in the previous processes.
Furthermore, it has been found that the inert gas acts on the stream of metal particles from a consumed electrode quite differently than it does in the case of a consumed ion electrode, for example tungsten. . In the latter case, the metal which is to be melted and supplied for welding is introduced from the outside and is simply melted by the heat of the arc. With a consumed electrode, the metal is brought in a finely divided state from the end of the electrode into the arc atmosphere.
The inert ionized gas from the atmosphere of are plays an important role in directing and transporting the metal. The finely divided metal forms part of the impurities present in the arc atmosphere. Just 0.5 to. 1% oxygen or nitrogen coming from the ambient atmosphere to con- tain the are atmosphere.
We will ensure that the flow. of the gas is such that the arc atmosphere does not contain more than 0.5% by volume of the ambient atinosplière gas.
Ire wire 5 may have a diameter of 4.8 min and be constituted by pure aluminum or by an aluminum alloy, for example an alloy containing 5% silicon. The wire can be moved at a speed of 1. \ 10 cm / min., The welding current being for example a direct current of -100 to 500 amps with an arc voltage of 21 to. 2-1 volts.
The 1 \ 1 nozzle can be held very close to the workpiece, since aluminum weld spatter does not easily adhere to the nozzle. We can predict that the part to be probed constitutes the positive pole, but we have noticed that the arc is the most stable when the electrode is positive and the part to be welded negative. Another advantage of using the workpiece as a cathode is that the protective oxide film on the workpiece is removed by a cleaning effect due to electron emission and positive ion bombardment which occur at the weld.
The inert gas atmosphere around the arc prevents oxidation of the molten metal and so the weld is clean and shiny. Although the current. continuous is preferred, alternating current can also be used, but the latter gives rise to a less stable arc than with direct current. About 0.03 m 3 of an inert gas such as argon per minute is sufficient to protect the weld when the nozzle is 10 mm from the surface of the workpiece.
The particular conditions indicated are the best to obtain the desired result with an arc length varying from 'a <B> to </B> 4.8 min. Many modifications can be made to these conditions, depending on the speed desired for the welding operation and the size of the weld to be made. The disclosed method is particularly suitable for aluminum weld sections of thickness of 3111 m or more. In this operation, it is necessary to bring the necessary filling metal to. the welding.
This is achieved, as we have seen, by the continuous advance of the wire 5 as it is consumed. The heat produced by the wire melts the wire so quickly due to <I> this </I> last advance, and the molten metal is brought to the weld which is completely protected by the inert gas shield which surrounds it. Using this method, aluminum and aluminum alloy plates with a thickness of more than 10 min can be welded by means of a single pass at the speed of 40 cm / min., with a direct current. of 480 amps, with no edge preparation other than sawing.
The penetration of the solder in thick aluminum sections is difficult to achieve due to the high heat conductivity of the metal. The intense and concentrated heat of the metal-league arc is therefore very beneficial. Preheating of large sections can be reduced to 200 to 65 C or less.
The intensity of the current can be between 75 amps for a wire of 1.2 mm and 1050 amps for wires of larger diameters, this under a potential difference of 14 to 30 volts between the wire and the part to solder.
The current density in the electrode should be at least 22.5 amps per min. effective section. [-'ne such current density corresponds, for example, to the supply of an are consuming -100 amperes through an electrode having a diameter of 4.8 mm. When a current of 75 amps is supplied to a 1 electrode ,? mm in diameter, the current density in this electrode is approximately 66.6 amps per inm2.
Although argon is preferred as the inert gas in the described process, other inert gases such as helium or all can be used. <B> t </B> another inert gas in the atmosphere having an atomic weight greater than that of argon, or a mixture of these gases. The wire feed speed can be varied to maintain a constant arc length, but it is also possible to feed the wire at a constant speed and vary the electrical energy of the weld accordingly. The process described can be applied for welds to. by hand, semi-automatic or fully automatic.
Arc atmospheres of the above composition not only provide transport of aluminum through the arc without formation of oxides, nitrides or other unwanted inclusions, but also provide cleaning of the surfaces of the arc. aluminum to be welded. This cleaning action is particularly pronounced when using argon arc atmospheres, and it consists of a real blowing of the oxide film from the aluminum surface by bombardment of the argon ions. The intensity of this action depends on the atomic weight of the gas, and it is for this reason that argon and other elements of high atomic weight are preferable to. helium, comparatively light.
The wire 5 is preferably a bare wire. It may however have a protective coating. The latter must be distinguished from a coating of flux of a defined thickness which is sometimes used to introduce alloying elements into the weld. Protective coatings are not. not -used for this purpose.
In the above description, when talking about a bare aluminum wire, it is contemplated to use a dip coated aluminum or aluminum alloy wire as well as that of a wire. aluminum or uncoated aluminum alloy.
The method described above is. also applicable for the welding of a part in a very oxidizable metal other than aluminum or one of its alloys.