Procédé de soudage. L'objet de la présente invention est un procédé de soudage, caractérise en ce qu'on applique à la surface du métal de base une première couche mince d'une soudure métal lique, en chauffant le métal de base au-des sous de son point de fusion, de façon qu'au moins un constituant de ladite soudure forme un alliage avec au moins un constituant du métal de base pour lequel il possède une forte affinité, les conditions étant telles que l'on obtient une couche d'alliage intermédiaire dit de surface ayant un point de fusion inférieur à ceux du métal de base et de la soudure uti lisée,
et qu'on continue à fondre sur cette couche d'alliage intermédiaire de la soudure métallique, de façon à assembler cette der nière au métal de base par l'entremise de la couche intermédiaire d'alliage.
Le procédé selon l'invention est applicable aux métaux ferreux et non ferreux ainsi qu'à leurs alliages. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple, en regard du dessin annexé, dans lequel La fig. 1 est une coupe d'une pièce sou dée par ce procédé, et la fig. 2 est une coupe partielle de l'assem blage de la fig. 1, à plus grande échelle.
Pour obtenir la pièce représentée à la fig. 1, un métal de base 10 a été en partie i revêtu d'une première couche mince 11 de soudure métallique dont l'un au moins des constituants possède une forte affinité pour le métal de base. En chauffant le métal de base, il s'est formé à . la surface de contact entre le métal de base et la couche de soudure 11 une couche 12 d'alliage dit de contact ou de surface , qui contient le ou des consti tuants en question de la soudure et le ou des constituants du métal de base;
cet alliage in termédiaire se présente sous la forme d'une couche relativement mince ne dépassant gé néralement pas 0,025 mm et possédant en général une structure arborescente. La sou dure métallique fondue sur la première cou che mince est représentée en 11a.
La fig. 2 montre, à échelle agrandie, l'al liage de surface 12 qui relie la première couche mince de soudure Il au, métal de base 10; avec ses limites supérieure et inférieure 13 et 14.
En continuant à fondre sur la pre mière couche mince 11,à partir de laquelle s'est formée la couche 12 d'alliage de surface, de 1a soudure 11a, on obtient un assemblage qui, à l'examen métallographique, montre que la. transition entre la couche 12 d'alliage 'intermédiaire et la soudure 11 et 11a est plu tôt brusque, tandis que la zone 15 du métal de base avoisinant la couche d'alliage de sur face 12 est interdispersée avec le ou les cons tituants de la soudure qui forment ledit alliage;
autrement dit, l'examen microscopi- que révèle une forte interpénétration granuL Taire entre la soudure et le métal de base.
Les liaisons ainsi obtenues entre la sou dure et le métal de base présentent une plus grande résistance que celles obtenues avec les procédés .de soudage connus jusqu'à présent, grâce à l'effet d'alliage de leurs constituants. Le soudage peut, en outre, être effectué à très grande vitesse et à des températures sensible ment plus basses que jusqu'ici.
Au cours de divers essais, on a observé que lorsque les alliages utilisés comme soudure contiennent certains constituants ayant une forte affinité pour un ou plusieurs des cons tituants du métal de base, ces alliages une fois liquéfiés à fade de la flamme oxy-acétyléni- que non seulement adhèrent au métal de base préalablement chauffé, mais forment tin nou vel alliage à la surface de contact entre la soudure liquide et le métal de base qui peut être préchauffé bien au-dessous de son point de fusion.
Cet alliage dit de surface assure un soudage efficace; il est de forme cristalline et ses cristaux diffusent en quelque sorte dans les pores du métal de base et y forment un véritable ancrage du métal d'apport dans la zone de jonction.
La soudure, choisie de façon qu'au moins l'un de ses constituants puisse former cet alliage de surface, apparemment eutectique avec l'un des constituantes du mé tal de base, permet d'obtenir des assemblages très solides et des soudures propres qui n'exi gent qu'un. minimum d'usinage ultérieur.
Le nouvel alliage intermédiaire ayant un point de fusion inférieur à celui du métal de base, il a plus d'affinité pour la soudure que le métal de base et, par conséquent, la soudure peut être appliquée sur cet alliage de surface à plus basse température et avec moins de gaz. La température à laquelle la soudure liquéfiée peut attaquer le métal de base peut être indiquée par la fusion d'un flux. désoxydant déterminé pour chaque ba guette de soudure.
Les flux réduisent la ten sion superficielle de la soudure fondue; ils empêchent l'oxydation et favorisent le flot tage à la surface des impuretés de l'alliage de surface nouvellement formé. La réaction qui se produit ainsi entre la soudure et le métal de base pendant l'opération provoque immé diatement la formation de l'alliage de surface dans la zone avoisinant la surface du métal de base.
Bien que la soudure puisse être appli quée à des températures notablement infé- rielires aux points de fusion des métaux de base, le procédé réalise une véritable soudure. <I>Exemple 1:</I> Une éprouvette de cuivre pratiquement pur présentant une fente superficielle est mise en contact avec une baguette de soudure en argent (point de fusion 960 C) en endui sant les surfaces en contact. avec un décapant approprié. On chauffe ensuite à environ 800 C. Aux environs de 780 C, il com mence à se former à la surface de l'éprouvette que touche la baguette de soudure un alliage Cu-Ag contenant environ 28 0/o de cuivre.
Cet alliage, dit de surface , présente lui point de fusion de 778 C, donc inférieur à celui du métal de base (point de fusion du cuivre = 1083 C) et inférieur également à celui de la ,soudure d'argent. En continuant à fondre la soudure .d'argent sur cette pre mière couche mince d'alliage de surface sans chauffer le métal de base au-dessus de 800 C, la nouvelle soudure adhère très soli dement et très rapidement à cette première couche et l'on obtient ainsi un assemblage parfait et très résistant.
<I>Exemple</I> ;,@: Une éprouvette de fer forgé de 25 X 50 mm e1; de 12,5 mm d'épaisseur, fendue super ficiellement, est chauffée préalablement à environ 1000 C à la flamme oxy-acétyléni- que, avec ou sans flux. La flamme est réglée de façon à augmenter l'apport de carbone par un excès d'acétylène. Une baguette de soudure d'acier contenant un peu plus de carbone que le métal de base à traiter constitue le métal d'apport à point de fusion supérieur à 1100 C.
En fondant lune mince couche de cette soudure à la surface fendue de l'éprou vette, on remarque qu'il n'y a pas besoin de chauffer ladite soudure d'acier jusqu'à 1100 C pour qu'il se forme à la surface de l'éprou vette et des lèvres de la fente un alliage con tenant 4,3 fl/o environ de carbone. Cet alliage possède un point de fusion phis bas que le métal de base et phis bas également que la baguette de soudure.
La quantité de carbone de la zone superficielle de l'éprouvette a été augmentée non seulement par le carbone con tenu dans la soudure, mais aussi par l'apport de carbone de la flamme acétylénique. Un. alliage de surface luisant et facilement repé rable s'est formé sur toute la surface de con tact entre le métal de base et la soudure et en continuant à fondre de la soudure sur la première couche mince, la nouvelle soudure adhère très solidement à cette première cou che partiellement transformée en alliage de contact.
Un examen microscopique montre qu'un assemblage parfait a été réalisé bien que l'éprouvette de fer forgé n'ait pas été chauffée à son point de fusion puisque la tem pérature a été maintenue entre 950 et 1250 C.
La surface .d'un métal de base peut être apprêtée, par exemple à l'aide d'un flux approprié, de façon qu'elle absorbe plus faci- le-ment un ou plusieurs constituants d'apport ayant une forte affinité pour 12 métal de base; on obtient ainsi dès l'application de la soudure une couche d'alliage de surface qui s'allie ra pidement et solidement au métal de base et possède en même temps la propriété d'adhérer fortement à la soudure que l'on continue d'appliquer sur la première couche. Le ou les constituants d'apport contenus dans la sou dure peuvent, en outre, être contenus, comme c'est le cas pour le carbone, dans la flamme servant à l'opération.
On peut aussi appliquer successivement plusieurs soudures ayant des propriétés et des points de fusion différents au métal de base afin de produire un assem blage solide consistant en couches successives rangées dans un ordre tel que la couche infé rieure forme un alliage de surface avec le métal 'de base parce qu'elle possède la plus forte affinité pour le métal de base,
tandis que les autres couches s'allient promptement à cette couche inférieure et aux couches sui vantes respectivement. Dans ces derniers cas, il faut toujours tenir compte du fait que la couche inférieure aura un point de fusion plus bas que ale métal de base et que l'une quelconque des couches successives.
Welding process. The object of the present invention is a welding process, characterized in that a first thin layer of a metal weld is applied to the surface of the base metal, by heating the base metal below its surface. melting point, so that at least one constituent of said weld forms an alloy with at least one constituent of the base metal for which it has a high affinity, the conditions being such that an intermediate alloy layer is obtained said surface having a melting point lower than those of the base metal and the solder used,
and that it continues to melt on this intermediate alloy layer of the metal weld, so as to assemble the latter to the base metal by means of the intermediate alloy layer.
The process according to the invention is applicable to ferrous and non-ferrous metals as well as to their alloys. It is described below, by way of example, with reference to the accompanying drawing, in which FIG. 1 is a section through a part welded by this process, and FIG. 2 is a partial section of the assembly of FIG. 1, on a larger scale.
To obtain the part shown in fig. 1, a base metal 10 has been partially coated with a first thin layer 11 of metallic solder, at least one of the constituents of which has a strong affinity for the base metal. By heating the base metal, it formed. the contact surface between the base metal and the weld layer 11, a layer 12 of a so-called contact or surface alloy, which contains the component (s) in question of the weld and the component (s) of the base metal;
this intermediate alloy is in the form of a relatively thin layer generally not exceeding 0.025 mm and generally having a tree structure. The hard metallic pore melted on the first thin layer is shown at 11a.
Fig. 2 shows, on an enlarged scale, the surface bond 12 which connects the first thin layer of solder II to the base metal 10; with its upper and lower limits 13 and 14.
By continuing to melt on the first thin layer 11, from which the surface alloy layer 12 has formed, of the weld 11a, an assembly is obtained which, on metallographic examination, shows that the. The transition between the intermediate alloy layer 12 and the weld 11 and 11a is earlier abrupt, while the zone 15 of the base metal bordering the surface alloy layer 12 is interdispersed with the constituent (s) of the welds which form said alloy;
in other words, microscopic examination reveals a strong granular interpenetration between the weld and the parent metal.
The bonds thus obtained between the hard solder and the base metal exhibit greater resistance than those obtained with the welding processes known until now, thanks to the alloying effect of their constituents. Welding can also be carried out at very high speed and at significantly lower temperatures than hitherto.
During various tests, it has been observed that when the alloys used as solder contain certain constituents having a strong affinity for one or more of the constituents of the base metal, these alloys, once liquefied to fade from the oxy-acetylene flame not only adhere to the previously heated base metal, but form a new alloy at the contact surface between the liquid solder and the base metal which can be preheated well below its melting point.
This so-called surface alloy ensures efficient welding; it is crystalline in form and its crystals diffuse in a way into the pores of the base metal and there form a real anchor of the filler metal in the junction zone.
Welding, chosen so that at least one of its constituents can form this surface alloy, apparently eutectic with one of the constituents of the base metal, makes it possible to obtain very solid assemblies and clean welds which only require one. minimum subsequent machining.
As the new intermediate alloy has a lower melting point than the base metal, it has more affinity for the weld than the base metal and therefore the weld can be applied to this surface alloy at a lower temperature. and with less gas. The temperature at which liquefied solder can attack the parent metal can be indicated by the melting of a flux. deoxidizer determined for each solder bar.
The fluxes reduce the surface tension of the molten solder; they prevent oxidation and promote the float to the surface of impurities from the newly formed surface alloy. The reaction which thus takes place between the weld and the parent metal during the operation immediately causes the formation of the surface alloy in the area bordering the surface of the parent metal.
Although the weld can be applied at temperatures significantly below the melting points of the base metals, the process achieves a true weld. <I> Example 1: </I> A test piece of practically pure copper having a surface slit is contacted with a silver solder rod (melting point 960 C) by coating the contacting surfaces. with a suitable stripper. The mixture is then heated to approximately 800 C. At approximately 780 C., a Cu-Ag alloy containing approximately 280% copper begins to form on the surface of the test piece touched by the solder rod.
This so-called surface alloy has a melting point of 778 C, therefore lower than that of the base metal (melting point of copper = 1083 C) and also lower than that of silver solder. By continuing to melt the silver solder on this first thin layer of surface alloy without heating the parent metal above 800 C, the new solder adheres very firmly and very quickly to this first layer and 'a perfect and very resistant assembly is thus obtained.
<I> Example </I>;, @: A wrought iron test piece of 25 X 50 mm e1; of 12.5 mm thickness, superficially split, is preheated to approximately 1000 C with an oxy-acetylene flame, with or without flux. The flame is adjusted so as to increase the supply of carbon by an excess of acetylene. A steel weld rod containing a little more carbon than the base metal to be treated constitutes the filler metal with a melting point above 1100 C.
By melting a thin layer of this weld on the split surface of the test piece, it is noticed that there is no need to heat said steel weld up to 1100 C for it to form on the surface. of the test tube and the lips of the slot an alloy containing approximately 4.3 fl / o of carbon. This alloy has a lower melting point than the base metal and a lower melting point than the solder rod.
The quantity of carbon in the surface area of the specimen was increased not only by the carbon contained in the weld, but also by the addition of carbon from the acetylene flame. A shiny and easily spotted surface alloy has formed over the entire contact surface between the parent metal and the weld and by continuing to melt the weld on the first thin layer the new weld adheres very firmly to the weld. this first layer partially transformed into a contact alloy.
A microscopic examination shows that a perfect assembly was achieved although the wrought iron specimen was not heated to its melting point since the temperature was maintained between 950 and 1250 C.
The surface of a base metal can be primed, for example using a suitable flux, so that it more easily absorbs one or more filler components having a high affinity for 12. base metal; upon application of the weld, a surface alloy layer is thus obtained which quickly and firmly alloys with the base metal and at the same time has the property of adhering strongly to the weld which is continued to be applied. apply on the first coat. The input constituent (s) contained in the hard sou can, in addition, be contained, as is the case for carbon, in the flame used for the operation.
Several welds with different properties and melting points can also be applied successively to the base metal in order to produce a solid bond consisting of successive layers arranged in such an order that the lower layer forms a surface alloy with the metal. base because it has the strongest affinity for the base metal,
while the other layers quickly combine with this lower layer and the following layers respectively. In these latter cases it must always be taken into account that the lower layer will have a lower melting point than the parent metal and any of the successive layers.