Fondant de soudure et son utilisation
L'invention concerne un fondant de soudure et son utilisation pour l'assemblage d'éléments metalliques par soudure. Plus particulièrement, elle concerne un fondant de soudure amélioré et son utilisation pour la soudure de l'aluminium ou du cuivre à 1' aluminium ou au cuivre ou à certains autres metaux différents. L'expression aluminium teile qu'elle est utilisée ici concerne l'alu- minium ou n'importe quelle qualité ou alliage de 1' aluminium contenant, de façon predominante, de Falu minium elementaire, et l'expression cuivre concerne du cuivre ou n'importe quelle qualité ou alliage de cuivre contenant de facon predominante. du cuivre elementaire.
II est souvent nécessaire. pour l'assemblage de parties metalliques par diverses techniques de soudure connues, d'utiliser un fondant de soudure. Ce fondant de soudure a plusieurs fonctions. D'abord, il favorise la création d'un joint en bon etat en empechant la formation de films d'oxyde au cours du chauffage et il sert aussi à eliminer tout film d'oxyde deja present. Ils est particulièrement nécessaire d'empêcher la formation de tels films d'oxyde quand on soude de l'aluminium à l'alu- minium ou à un autre metal different, puisque l'aluminium a une affinité naturelle pour l'oxygène, à la fois dans I'état solide et dans l'état fondu.
Cette affinité résulte en la formation d'un film d'oxyde réfractaire dur et tres collant sur la surface du meta, ce qui empechera le mouillage du ketal sous-jacent par la soudure.
En plus de son action de decomposition du film d'oxyde sur la surface du metal et de son action de protection de la surface du metal frais contre une réoxydation, le fondant de soudure doit pouvoir former un revetement uniforme ayant une épaisseur convenable sur l'élément métallique et il doit également reduire la tension superficielle de la soudure fondue.
facilitant de ce fait le mouillage, l,e'coulement et la capillarité de la soudure sur la surface preparee.
Une autre propriété souhaitable d'un fondant de soudure est le fait qu'il doit pouvoir etre facilement enlevé du ketal solide par la soudure liquide sans laisser un residu corrosif et sans produire d'attaque, plus profonde qu'une attaque superficielle, sur le ketal solide. Ceci s'applique particulièrement dans le cas où Pélément métallique à souder est sous forme de cuivre en tresses ou de câble en aluminium parce qu'il devient tres difflcile, sinon impossible, d'éliminer par des procédés de lavage tout residu de fondant corrosif pouvant etre present dans les fibres du câble.
Afin d'effectuer le déplacement facile mentionné ci-dessus sans depot simultane de residu de fondant, le fondant doit etre fluide au-dessous de la température de soudure. et il doit reagir à une temperature situee audessous du liquide de la soudure.
On a jusqu'ä present proposé plusieurs fondants de soudure du type sel réagissants pour eviter ces difficultés. Par exemple on a proposé des fondants de soudure contenant du chlorure de zinc, du chlorure d'ammonium, et un halogénure de metal alcalin ou un halogenure d'ammonium suppiementaire autre que le chlorure, soit à I'état sec soit mélangés dans un solvant convenable. On a cependant constaté que I'halogénure de ketal alcalin ou I'halogénure d'ammonium supplementaire, quand ils sont ajoutés au fondant classique au chlorure de zinc et au chlorure d'aluminium, laisse un residu corrosif indésirable d'halogénures sur la surface métallique ou bien aboutit à une surface rendue rugueuse sur les éléments finalement assemblés.
Ces derniers effets nuisibles sont particulièrement intenses dans le cas de la soudure d'aluminium en tresses ou de cäble en cuivre. Un autre ineonvenient concernant I'utilisation defondants de soudure connus relatifs au câble à garniture tressée, est la résistance médiocre à la corrosion du joint soudé, comme cela est mis en évidence par une importante augmentation de la résistance électrique au cours d'une exposition à des atmosphères humides.
L'objet de la présente invention est donc de fournir un fondant de soudure amélioré pour l'utilisation dans la soudure d'éléments métalliques.
La composition de fondant de soudure selon la présente inventionest essentiellement composée de chlorure de zincet de fluoboraie d'ammonium, le fluoborate d'ammonium représentant de 0,5 à 33% en poids du fondant. Une composition de fondant préférée contient du chlorure de zinc et de 5 à 25% en poids de fluoborate d'ammonium. Ces compositions de fondant fournissent des assemblages soudés résistants, présentent de bonnes caractéristiques de fluidification, ne déposent pas de résidus corrosifs, et n'aboutissent pas à une surface rendue rugueuse sur les éléments soudés. Bien que l'on n'ait pas l'intention de se limiter à und quelconque explication théorique, on croit que l'addition de fluoborate d'ammonium au chlorure de zinc fournit, d'une façon que l'on n'a pas entièrement élucidée. les propriétés de fondant de soudure désirées mentionnées ci-dessus.
II est également souhaitable d'inclure du chlorure d'ammonium dans le fondant, Le chlorure d'ammonium augmente encore, d'une certaine manière, l'activité du fondant, améliore l'écoulement de la soudure, et il fournit encore une surface métallique d'aspect brillant sur l'assemblage soudé, cette surface brillante étant souhaitable pour certaines applications. L'utilisation d'une composition de fondant du chlorure de zinc, de 0,5 à 25% en poids de fluoborate d'ammonium, et de 0,5 à 25% en poids de chlorure d'ammonium fournit de bons résultats. On a obtenu des résultats particulièrement bonss en utilisant une composition de fondant contenant du chlorure de zinc, de 0,5 à 10% en poids de fluoborate d'ammonium, et de 0,5 à 10% en poids de chlorure d'ammonium.
Bien que le chlorure d'ammonium puisse être, d'une manière souhaitable, inclus dans le fondant, en particulier dans le cas de la soudure d'aluminium en tresses ou de câbles en cuivre, on peut également inclure divers autress additifs de fondant connus sselon la technique opératoire particulière employée et les résultats désirés.
Par exemple, dans le cas des applications à la soudure par plaque chauffante, les éléments métalliques à souder sont en position sensiblement plane et ils sont soudés simplement I'un à l'autre avec n'importe quel angle convenable, ce qui permet un lavage efficace de l'assemblage soudé et évite donc des résidus corrosifs.
Dans cesapplications, on peut inclure dans le fondant un ou plusieurs additifs supplémentaires tels que des halogénures métalliques, des halogénures d'ammonium.
autres que le chlorure, des halogénures stanneux, des halogénures de cadmium, au lieu ou en plus de l'addition de chlorure d'ammonium.
Le fondant selon la presente invention peut être utilisé sous forme de poudre, de pâte, ou de liquide, selon la technique de soudure particulière utilisée. Pour certaines techniques de soudure telles que la soudure au trempé d'un câble métallique en tresses, on mélange, d'une manière souhaitable, le fondant avec un véhicule, ce qui produira un enduit uniforme de fondant. Le fondant est préparé par simple mélange de la quantité désirée de chacun des constituants du fondant.
Puisque chaque constituant solide du fondant est en général sous forme de poudre ou de cristaux fins, on peut facilement effectuer ceci avec des mélangeurs classiques. Le fondant préparé peut être alors mélangé avec la quantité désirée de solvant. Les solvants que l'on a constaté être le plus utiles pour le fondant sont les alcools aliphatiques à chaîne courte tels que l'alcool méthylique, l'alcool de n-propyle, l'alcool d'isopropyle, et les alcools de n-butyle. La quantité de solvant ajoutée est essentiellement fonction de l'état pâteux ou liquide dans lequel le fonant est utilisé.
L'invention consiste aussi en l;'utilisation du fondant de soudure décrit ci-dessus pour l'assemblage d'éléments métalliques par soudure comprenant l'application d'un revêtement dudit fondant à l'un au moins desdits éléments, et après ceci l'élément ainsi revêtu est soumis à l'application de soudure fondue.
Le fondant peut etre appliquc et utilise avec les outils et les appareils de soudure classiques. Cependant, le fondant selon l'invention est particulièrement utile dans le cas de la soudure par la méthode appelée soudure au trempé , dans laquelle la partie de I'élément métallique à souder est simplement trempée dans le fondant maintenu en solution afin de revêtir I'élément, et il est ensuite enlevé de la solution de fondant et immergé dans un bain de soudure fondue. Un tel procédé de soudure au trempé peut être employé pour assembler les petites fibres d'aluminium ou les fils de câble de batterie en cuivre dans une installation électrique homogène et il peut être également utilisé pour souder des bornes à des fils de batterie à plusieurs fibres en aluminium ou en cuivre.
Quand on applique le fondant sous forme liquide à un câble métallique à tresses dans ce procédé de soudure au trempé. on ajoute habituellement 0,4 à 0,9 kg de fondant pour 1,9I à 381 de solvant. Quand on doit souder le câble tressé à une borne de structure de patte à extrémité ouverte, ment, d'une manière mécanique, la patte de la borne au câble au moyen d'un outil de sertissage, etc., avant d'appliquer le fondant aux éléments. Ceci permet d'avoir un revêtement uniforme des deux éléments au cours de l'immersion dans le fondant et ceci permet en outre d'immerger les éléments assemblés mécaniquement en une seule étape dans la soudure fondue pour obtenir l'assemblagc soude.
Les exemples spécifiques suivants sont destinés à illustrer l'invention plus en détail. Bien que ces exemples décrivent en particulier l'utilisation du fondant dans un procédé de soudure au trempé pour souder des éléments d'aluminium en tresses et de câbles de cuivre, il sera évident pour ceux qui sosnt spécialistes de la technique que l'invention peut être utilisée dans n'importe quel procédéde soudure, tel que la soudure au chalumeau, la soudure par plaque chauffante, etc. et qu'elle peut s'appliquer à la soudure de laiton, de fer, d'acier et d'autres métaux différents de l'aluminium et du cuivre.
Exemple 1
On dissolvait 0,45 kg de fondant contenant 20% en poids de fluoborated'ammonium et 80% en poids de chlorure de zinc dans 1,91 d'alcool méthylique, L'extrémité exposée d'un câble de batterie isolé compose de 60 cordons de fils de 0,7 mm d'aluminium de qualité pour conducteurs électriques ayant und teneur en aluminium supérieure à 99,6%, était insérée dans une patte de borne à extrémité ouverte en cuivre de qualite pour usages électriques. La patte etait ensuite sertie autour de l'extrémité du câble de batterie, et le montage etait plongé dans la solution de fondant. Le montage etait ensuite enleve et immergé pendant 10 secondes dans une soudure fondue composée de 35 % d'étain et de 65% de zincmaintentre à une température de 4000 C.
On enlevait ensuite le montage et on le laissait refroidir. L'assemblage d'aluminium finalement soude au cuivre présentait une résistance de joint élevéc, et l'on n'observait aucun residu corrosif sur le joint soude et sur les fibres de fils jouxtant immediatement le joint soude. Le joint presentait en outre une surface d'aspect métallique lisse mais dépolie et il prépropriétés électriques stables en atmophères humides.
humides.
Exemple 2
On dissolvait 0,45kg de fondant contenant 1,5 0/o en poids de fluoborate d'ammonium, 45% en poids de chlorure d'ammonium, et 94 olo en poids de chlorure de zinc, dans 1,91 d'alcool méthylique. Chaque extré- mite exposée de cable de batterie isole de 245 mm de longueur composé de 60 fibres de fils métalliques d'aluminium de qualité pour usages électriques ayant une teneur en alumitrium supéricure à 99,6% était insérée dans une patte de borne à extrémité ouverte de cuivre de qualite pour usages électriques. La patte de chaque extrémité exposée était ensuite sertie autour de chaque extrémité de cable de batterie, et le montage etait trempe dans une solution de fondant.
Le montage était ensuite enlevé et immergé pendant 10 secondes dans une soudure fondue composée de 35 0/0 d'étain et 65% de zinc maintenue à une température de 400 C.
L'assemblage etait ensuite enlevé et on le laissait refroidir. Les joints d'aluminium finalement soudés au cuivre présentaient une résistance de joint élevée et l'on n'observait aucun residu corrosif au voisinage des joints soudés. Les joints présentaient en outre une surface d'aspect métallique lisse et brillante et des propriétés électriques stables en atmosphères humides.
Exemple 3
On dissolvait 0,68kg de fondant contenant 10% en poids de fluoborate d'ammonium, et 10% en poids de chlorure d'ammonium, et 80% en poids de chlorure de zinc, dans 3,81 d'alcool éthylique. L'extrémité exposee d'un câble de batterie isole composé de 60 fibres metalliques d'aluminium de qualité pour conducteurs électriques ayant un diamètre de 0,5 mm était insérée dans une patte de borne en cuivre qui était sertie autour de l'extrémité du câble ct trempée dans le fondant et immergée dans la soudure, comme dans l'exemple 2. Le joint d'aluminium finalement soude au cuivre presentait les memes propriétés que celles obtenues dans l'exemple 2.
Exetnple 4 On dissolvait 0,9 kg de fondant contenant 4,5 % en poids de fluoborate d'ammonium et 4,5 % en poids de chlorure d'ammonium, et 91% en poids de chlorure de zinc dans 3,81 d'alcool méthylique. L'extrémité exposee d'un ctble de batterie composé de fibres de fils metalliques en cuivre de qualité pour conducteurs electriques, chaque fil ayant un diametre de 0,6 mm, etait insérée dans une patte de borne en cuivre de structure à extrémité ouverte, cette patte etant sertie autour de l'extrémité du câble. Le montage serti etait ensuite trempe dans la solution de fondant.
Le câble assemblé était ensuite enlevé et immergé pendant 10 secondes dans une soudure fondue composée de 40% d'étain et 60 /0 de zinc maintenue à une température de 4000 C, on enlevait ensuite le montage et on le laissait refroidir.
Le joint de cuivre finalement soude au cuivre présentait également les mêmes propriétés que celles obtenues dans l'exemple 2.
Exemple 5 On suivait le procédé de l'exemple 2, sauf que chaque patte de borne à extrémité ouverte sertie autour de chaque extrémité de câble de batterie exposée était composée d'aluminium ayant une teneur en aluminium supérieure à 99,0% en aluminium, plusde petites quan tites d'impuretés, principalement du fer et du silicium.
Les joints d'aluminium finalement soudés à l'aluminium présentaient également les mêmes propriétés que celles obtenues dans l'exemple 2.
La résistance électrique mesurée entre les joints d'aluminium soudés au cuivre et mesurée entre les joints d'aluminium soudés à l'aluminium produits dans les exemples 2 et 5 etait mesurée. Les articles soudés des exemples 2 et 5 étaient ensuite exposés à une atmosphere ayant une humidité relative de 100%, à une température de 520 C, pendant 51 jours. A la fin de cette période, la résistance électrique des articles soudés était mesurée et les résultats sont énoncés dans le tableau ci-dessous.
Tableau
Résistance initiale Résistance après exposition Pourcentage variation micro-ohms micro-ohms de la résistance Exemple 2:
Al au Cu 3005 314,9 4,8 Exemple 5:
Al au Al 313 333,7 6,0
Le pourcentage de variation de la résistance se trouve bien dans les normes standards etablies par les fabricants de batteries.
Bien que divers modes de réalisation specifique de la presente invention aient ete décrits ci-dessus, ils sont seulement donnes à titre d'exemple, et on peut y effec tuer divers changements dans les procédés et dans les comositions sans quitter le champ d'application de l'invention.
REVENDICATION I
Fondant de soudure, caractérisé par le fait qu'il est essentiellement composé de chlorure de zinc et de fluoborate d'ammonium, ledit fluoborate d'ammonium repré- sentant de 0,5 ä 33 % en poids dudit fondant.
SOUS-REVENDICATION
1. Fondant de soudure selon la revendication I, caractérisé par le fait qu'il contient en outre du chlorure d'ammonium.
REVENDICATION II
Utilisation du fondant de soudure selon la revendication I pour l'assemblage d'éléments métalliques par soudure, caractérisée par les étapes: a) application d'un revetemeat dudit fondant de soudure à au moins un desdits elements, et apres ceci; b) application de soudure fondue auxdits elements re vetus de fondant.
SOUS-REVENDICATION
2. Utilisation selon la revendication II, caractérisée par le fait qu'au moins un desdits elements metalliques est choisi dans le groupe composé du cuivre et de l'aluminium, et dans laquelle ledit fondant de soudure est dissous dans un alcool aliphatique à chaîne courte, et dans laquelle ladite solution de fondant est appliquée auxdits éléments par immersion de la partie desdits élé- ments à assembler dans ladite solution de fondant de soudure.
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