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.