Procédé pour la préparation d'une baguette de soudure composée et baguette obtenue par ce procédé La présente invention se rapporte à un procédé de préparation d'une baguette de sou dure composée destinée à déposer à basse tem pérature des revêtements ou rechargements ré sistants à l'usure et à l'abrasion.
On connaît le procédé d'application de revêtements durs qui consiste à souder un re vêtement de métal dur présentant une résis tance élevée à l'usure et à l'abrasion sur un métal moins dur. Ce procédé s'est révélé par ticulièrement utile pour produire ou remplacer des parties tranchantes d'outils tels que des perforatrices et des outillages destinés à dé placer de la terre, qui sont soumis à une abra sion particulièrement sévère.
Une composition destinée à produire des revêtements durs doit être pratiquement ho mogène, solide et dure pour conférer au revê tement de bonnes propriétés de résistance à l'usure et à l'abrasion. Ces revêtements doivent aussi rester solidement liés au métal de base sous les conditions d'utilisation les plus sévè res. Ils doivent en outre se déposer facilement à des températures relativement basses et la baguette doit pouvoir supporter sans dommage un long stockage.
L'invention a précisément pour but de fournir un procédé de préparation de baguettes de soudure faites d'une composition pour re vêtements durs présentant une structure nou velle susceptible de faciliter le dépôt de revê- tements efficacement résistants à l'usure et à l'abrasion à des températures relativement bas ses, baguettes susceptibles en outre de suppor ter sans se détériorer un très long stockage.
Suivant la présente invention, on tasse dans un moule tubulaire des particules dures, telles que des particules de carbures, et on chauffe les particules tassées à la température de fusion de l'alliage mère ; on introduit ensuite l'alliage mère dans le moule et cet alliage fond et suinte parmi les particules dures préalablement dis posées dans le moule, il les mouille à fond et tend à se déposer vers le fond du moule pour former une baguette composée comprenant des particules dures entièrement enrobées dans l'alliage mère.
La structure homogène obtenue avec le procédé susmentionné donne une baguette com posée contenant des particules dures qui sont entièrement revêtues de l'alliage mère. Le fait de disposer préalablement les particules dures dans le moule assure une recharge homogène sans qu'il y ait besoin de la puddler ou de la reprendre. En tassant fermement les parti cules dures dans le moule, elles se répartissent de façon homogène dans l'alliage mère. L'en robage intégral des particules par l'alliage mère les protège aussi de la corrosion ou de toute attaque des agents atmosphériques.
D'autres matières telles que des désoxydants et des mé taux réactifs destinés à assurer une fluidité parfaite peuvent aussi être ajoutées à l'alliage mère pour faciliter la confection de la baguette ainsi que pour la rendre plus fluide à l'emploi.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'une ba guette de soudure obtenue par le procédé selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe en élévation de la dite baguette logée dans son moule de coulage ; et la fig. 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 vue dans la direction des flèches. En se référant aux fig. 1 et 2, un tube creux 10 en matière réfractaire, telle que le gra phite ou une matière céramique, par exemple, est utilisé comme moule pour couler la baguette 12. Le fond du moule 10 est fermé par un bouchon 14 qui peut être fait en une matière réfractaire similaire.
Le moule 10 présente une section transversale circulaire, mais il va sans dire qu'on peut aussi utiliser un moule tubu laire ayant une section appropriée quelconque, par exemple carrée ou rectangulaire. Des par ticules dures concassées 16 sont tassées ferme ment dans le tube jusqu'à ce que ce tube soit pratiquement entièrement rempli. Ces particu les dures 16 peuvent être, par exemple, des particules de carbures ou d'autres substances dures qui seront spécifiées plus loin. Le moule contenant les. particules dures tassées est en suite chauffé dans un four usuel jusqu'à ce qu'il atteigne la température de fusion de l'alliage mère 18. Divers alliages mères appropriés se ront spécifiés plus loin.
L'alliage mère 18 sous forme de fil ou sous toute autre forme appropriée est introduit dans la partie supérieure du moule rempli. Dès que l'alliage mère fond, il suinte à travers la masse agglomérée des particules de carbure ou d'au tres particules dures et tend à se déposer vers le fond du moule. En passant à travers lesdites particules, l'alliage mère mouille intégralement chacune de ces particules et les enrobe. On in troduit l'alliage mère de façon continue par le sommet du moule jusqu'à ce que le moule soit entièrement rempli. On obtient ainsi une ba guette composée comprenant des particules du- res entièrement enrobées dans l'alliage mère. Le moule tubulaire creux est ensuite retiré de la source de chaleur et refroidi.
Après refroi dissement, le moule 10 est dépouillé de la ba guette 12 comme il est représenté en 20 où une partie du moule a été enlevée pour laisser une baguette composée de particules dures com plètement enrobées dans l'alliage mère.
Lorsqu'on utilise pour le moule une ma tière dont le point de fusion n'est que légère ment supérieur à la température de fusion de l'alliage mère, il n'y a pas besoin de le dé pouiller de la baguette si la matière dont il est constitué est compatible avec les autres cons tituants du revêtement à obtenir. On peut même utiliser pour la confection du moule un matériau ayant une température de fusion égale ou même inférieure à la température de fusion de l'alliage mère, à condition qu'on re froidisse le moule pendant qu'on verse l'al liage mère.
On peut utiliser dans la baguette composée diverses sortes de particules dures. Les carbu res de tungstène, de bore, de vanadium et de silicium se prêtent particulièrement bien à la production de revêtements ou de recharge- ments ayant une grande résistance à l'usure et à l'abrasion. Des alliages à base de cobalt et des alliages à base de nickel à température de fusion élevée confèrent aux revêtements de meilleures propriétés d'absorption des chocs que les particules de carbures. On peut citer comme alliage au cobalt approprié; par exem ple un alliage contenant : 1,0 à 2,5 0/o de car bone, 28,0 à 35,0 0/o de chrome, 4,0 à 13,0 0/o de tungstène, et le reste de cobalt.
Comme alliage au nickel à haute température de fusion, on peut citer, par exemple, un alliage compre nant : 10 à 15 0/o de chrome, 1 à 3 0/o de bore, 5 à 4 0/o de silicium, et le reste de nickel.
Les particules de carbures sont- plus dures et plus cassantes, les alliages au cobalt ainsi que les alliages au nickel à haute température de fusion donnent une meilleure résistance à la corrosion. Le type de particules utilisé peut varier selon les propriétés que l'on attend des revêtements obtenus avec la baguette. La nature de l'alliage mère peut aussi va rier suivant les services que l'on attend des revêtements. Pour des baguettes d'usage géné ral on peut utiliser avantageusement comme alliage mère un alliage cuivre-nickel-zinc. Des compositions particulièrement appropriées d'alliages de ce type sont décrites dans les bre vets suisses Nos 298973 et 300088.
Ces allia ges mère combinés avec des particules dures appropriées donnent une baguette pour revê tements durs particulièrement appropriée aux applications de forage en général et pour les champs de pétrole en particulier. Un revête ment de particules dures en suspension ou en robées dans une matière mère semi-dure est ainsi obtenu.
Dans certaines applications aux champs pétrolifères où l'on rencontre en cours de fo rage des formations rocheuses dures et abrasi ves, il est nécessaire d'employer un alliage mère plus résistant. Ce type de rechargement est obtenu en utilisant pour l'alliage mère un bronze d'aluminium. Ce bronze d'aluminium peut être constitué par un alliage cuivre-alumi- nium contenant de 8 à 10 0/o d'aluminium, par exemple.
Lorsqu'on a besoin d'une résistance à une forte abrasion, à la chaleur et/ou à la corro sion, on peut utiliser pour l'alliage mère un alliage à base de nickel. Un tel alliage parti culièrement avantageux est un alliage nickel- bore-chrome-silicium contenant des propor tions variables de carbone, par exemple un al liage contenant : 60 à 80 0/o de nickel, 10 à 20 % de chrome, 2 à. 5 0/o de bore et 0,5 à 6 % de silicium. On peut combiner n'importe quel alliage mère et -n'importe quelles particu les dures en n'importe quelle combinaison com patible pour obtenir un revêtement présentant les caractéristiques les mieux appropriées aux services. qu'on en attend.
La quantité de particules dures par rapport à l'alliage mère peut aussi varier dans de lar ges proportions suivant les usages auxquels est destinée la baguette. L'expérience a démon tré qu'il suffit de 5 % en poids de particules dures enrobées dans 95 /o en poids d'alliage mère pour fournir un matériau pour revête- ment doté de propriétés exceptionnelles de ré sistance à l'usure et à l'abrasion. On a obtenu des résultats particulièrement excellents avec des mélanges contenant de 20 à 70 % en poids d'alliage mère et de 70 à 20 0/o de parti cules dures.
La grosseur des particules. dures peut aussi varier dans de très larges proportions suivant l'usage final de la baguette. L'expérience a démontré qu'on peut utiliser des particules al lant jusqu'à 10 mm dans leur plus grande di mension et inversement des particules assez fines pour passer au tamis de 325 mailles.
Une baguette ayant des caractéristiques avantageuses peut avoir la composition sui vante
EMI0003.0011
Particules <SEP> de <SEP> métal <SEP> dur <SEP> 60 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids
<tb> Alliage <SEP> mère <SEP> 35 <SEP> 0/0 <SEP> <B> <SEP> </B>
<tb> Flux <SEP> 3 <SEP> % <SEP> <SEP>
<tb> Alliage <SEP> cuivre-lithium <SEP> 2 <SEP> 0/0 <SEP> <B> <SEP> </B> On ajoute l'alliage cuivre-lithium comme dés oxydant @ et pour améliorer la fluidité de l'al liage mère. Le type de flux varie suivant le type d'alliage mère utilisé. Les flux du type borates agissent très bien, par exemple, avec les alliages cuivre-nickel-zinc et les alliages au nickel.
Les flux du type fluorures conviennent mieux aux alliages mères au cuivre-aluminium connus aussi sous le nom de bronzes d'alu minium. On peut aussi ajouter des terres rares au moule pour améliorer les caractéristiques de coulage du métal moulé et des revêtements déposés.
La nouvelle structure obtenue par le pré sent procédé fournit un revêtement dur pré sentant diverses caractéristiques avantageuses. On peut très bien appliquer au moyen du cha lumeau oxyacétylénique une composition con tenant un alliage cuivre-zinc-nickel. Les ba guettes- contenant un alliage mère au bronze d'aluminium ou au nickel peuvent être facile ment appliquées au moyen du chalumeau oxy acétylénique, de l'arc au carbone, de l'arc en atmosphère neutre, ou par électrodes métalli ques. Dans tous les cas, le revêtement peut être déposé à température relativement basse. Cela facilite le dépôt et empêche tout dommage à la matière de revêtement et à la structure du métal de base.
La disposition préalable précise et com pacte des particules dans le moule assure une distribution homogène des particules dans le revêtement. Lorsqu'on coule des baguettes par d'autres procédés, les particules dures plus lourdes ont tendance à se déposer au fond de l'alliage mère.
L'addition de l'alliage mère au moule tassé et chauffé garantit aussi que les particules sont maintenues à une température suffisamment élevée pour assurer un mouillage ou un en robage intégral desdites particules par l'alliage mère fondu. Cela facilite le dépôt d'un revête ment homogène sans qu'il y ait besoin de puddler ou d'usiner pendant le dépôt. L'en robage intégral des particules protège aussi ces dernières de toute attaque ou corrosion par les agents atmosphériques pendant les longues pé riodes de stockage.
On peut ajouter aussi au moule d'autres matières qui autrement seraient sujettes à une détérioration ou à une corrosion pour les enro ber intégralement dans l'alliage mère et leur assurer ainsi une protection efficace contre une ultérieure détérioration ou corrosion. On peut introduire dans le moule tubulaire creux, avant d'y verser l'alliage mère, des désoxydants, tels que le lithium ou les alliages de lithium, ou encore des terres rares. Ces substances rehaus sent les caractéristiques de fluidité et de cou lée de l'alliage mère qui assure un mouillage parfait des particules dans la baguette coulée et préservent leurs caractéristiques désoxydan tes et améliorantes de fluidité pour le dépôt de revêtement.