La présente invention se rapporte à un procédé de jonction de deux pièces métalliques et notamment de tubes poreux et d'embouts métalliques du type de ceux généralement utilisés pour la séparation des isotopes, ainsi qu'aux produits obtenus par application de ce procédé.
Pour effectuer le montage des tubes métalliques poreux et perméables servant d'éléments de filtration ou de séparation de différentes phases gazeuses, solides ou liquides dans des caissons ou des enveloppes métalliques, on est souvent amené à équiper ces tubes d'embouts ou de manchons étanches pour permettre leur montage sur les plaques de ces caissons par soudage, dudgeonnage, ou par un procédé analogue.
Ces tubes poreux et les embouts sur lesquels ils doivent s'adapter sont, en général, en nickel ou en alliage de nickel tel que le monel, l'inconel, ou les alliages de nickel/phosphore, afin de permettre leur utilisation dans des conditions de corrosion chimique et de température relativement sévères.
Pour effectuer la fixation, on introduit chaque embout à l'intérieur d'un tube plus ou moins profondément, le diamètre extérieur de cet embout étant très légèrement inférieur au diamètre intérieur du tube poreux, on dépose entre les deux éléments coaxiaux une couche ou un fil d'un alliage ayant une bonne affinité pour le nickel, tel que les alliages d'argent et de cuivre, et on brasse en portant cet alliage à la fusion, de préférence sous une atmosphère s'opposant à l'oxydation des métaux composants.
Le prix de ces alliages de brasure cependant est relativement élevé et l'alliage fondu a tendance à s'infiltrer à l'état liquide dans les porosités du tube perméable sans souder l'embout massif, ce qui conduit à une fixation de très mauvaise qualité mécanique. De plus, la nature chimique de ce métal d'apport n'est pas toujours compatible avec les conditions chimiques d'utilisation et peut conduire à des attaques de corrosion sélective et à une destruction de la soudure.
Un autre procédé de fixation d'un manchon sur un tube poreux fréquemment employé est le soudage à la molette au moyen d'une résistance électrique qui permet d'effectuer une soudure annulaire continue ou par points successifs par impulsions électriques de courte durée.
Suivant ce procédé, l'ensemble tube/embout est placé entre deux électrodes en alliages cuivreux. Une électrode cylindrique placée à l'intérieur de l'embout assure la rotation de l'ensemble et une molette extérieure à menée libre, appliquée avec une certaine force sur le tube poreux, assure les contacts électriques entre électrode, tube et embout. En général, la molette, de forme appropriée, écrase localement le tube poreux et le courant électrique est appliqué après cette première phase d'accostage. Ce procédé est de mise au point et de réglage extrêmement délicats et la forme de la molette, l'écrasement du tube perméable, la densité de courant et le temps de passage de celui-ci doivent être réglés avec beaucoup de précision.
Malgré les précautions prises, la zone de soudage comporte très fréquemment de nombreux défauts tels que l'apparition de phases étanches et de fissures du tube perméable et de l'embout plus ou moins importantes et de retassures, c'est-à-dire de phases à très grosse porosité locale accompagnée également de fissures.
Ces défauts sont d'autant plus importants que la nature du tube perméable et celle de l'embout sont différentes, en particulier lorsque l'embout est en nickel et le tube poreux en alliage de nickel. De plus, ce procédé est relativement onéreux.
L'invention a pour objet un procédé de jonction de deux
pièces en métaux susceptibles de former des aluminiures, caracté
risé par le fait que l'on applique de l'aluminium dans la zone de jonction des deux pièces avant leur assemblage et que l'on chauffe
ladite zone à une température comprise entre 550 C et 700 C.
Ce procédé peut être appliqué industriellement et pour un coût faible et conduire à une liaison métallurgique ne présentant pas
les défauts signalés ci-dessus.
L'aluminium peut se présenter sous forme d'une feuille, on l'applique alors sur la partie du tube que l'on emboîte dans l'embout, dans le cas où le tube a un diamètre inférieur au diamètre de l'embout. Il est bien évident que dans le cas contraire on applique la feuille d'aluminium sur la partie de l'embout pénétrant dans le tube.
On peut déposer une couche d'aluminium par projection au chalumeau métalliseur à flamme chimique ou à plasma, soit sur la partie intérieure du tube perméable devant recevoir l'embout, soit sur l'embout lui-même, soit sur les deux éléments à la fois.
Suivant un autre mode de mise en oeuvre du procédé de dépôt de la couche d'aluminium, conforme à l'invention, on applique sur la partie d'embout devant pénétrer dans le tube et/ou sur la surface interne du tube devant recevoir l'embout une peinture, un vernis ou une suspension contenant essentiellement de la poudre d'aluminium, un liquide de suspension et un liant organique thermiquement éliminable.
Après emboîtement de l'embout dans le tube ou inversement du tube dans l'embout, l'ensemble est traité thermiquement, de préférence dans une atmosphère neutre ou réductrice s'opposant à l'oxydation des métaux.
Avantageusement, le traitement thermique peut être effectué, suivant l'invention, à l'aide d'un courant de haute ou moyenne fréquence provoquant l'échauffement local à au moins 550 C de la zone de soudure par un inducteur approprié.
Les caractéristiques de l'invention apparaîtront également à travers la description qui suit de deux exemples de réalisation de fixation suivant l'invention, lesdits exemples n'étant donnés qu'à titre illustratif sans caractère limitatif.
Exemple 1:
A l'extrémité d'un tube poreux et perméable en nickel pur d'un diamètre extérieur de 15,9 mm et d'un diamètre intérieur de 14,9 mm est enfoncé sur une longueur de 8 mm un manchon en monel d'un diamètre extérieur de 14,7 mm et d'un diamètre intérieur de 14,1 mm. Ce manchon a préalablement été enveloppé, sur sa surface externe devant s'emboîter dans le tube poreux, d'une feuille d'aluminium d'une épaisseur de 0,08 mm. Après positionnement, l'ensemble est porté à 600 C pendant I mn, dans une atmosphère d'argon à 10% en poids d'hydrogène.
Au cours de ce traitement thermique, l'aluminium réagit exothermiquement avec le nickel à 600' C et fond à 650 C.
Localement, les produits de réaction sont des aluminiures de nickel Al3Ni, AlNi ou Aine3 très durs et mécaniquement résistants qui diffusent avec le nickel et les alliages de nickel adjacents et conduisent à une zone de jonction étanche et robuste.
Exemple 2:
A l'extrémité d'un tube poreux et perméable en alliage de nickel/phosphore d'un diamètre extérieur de 12 mm et d'un diamètre intérieur de 11 mm est enfoncé sur une longueur de 6 mm un manchon en nickel pur de 10,8 mm de diamètre extérieur et environ 0,06 mm d'épaisseur. Sur 6 mm de longueur, cet embout a été préalablement sablé avec un corindon de grosse granulométrie pour lui conférer un état de surface exempt d'impuretés et rugueux et ensuite revêtu d'une couche d'aluminium de 0,2 mm d'épaisseur par projection à la flamme d'un fil d'aluminium pur à l'aide d'un chalumeau oxygène/propane ou oxyacétylénique adapté.
Après emboîtement de la partie revêtue du manchon dans le tube perméable, la partie à souder est placée dans un tube en silice vitreuse de diamètre un peu supérieur à celui du tube à traiter et
balayé par un léger débit d'azote à 10% en poids d'hydrogène.
Autour de ce tube et au niveau de la partie à chauffer, est placé
un inducteur qui est généralement un tube de cuivre enroulé en
spirale et refroidi et qui induit dans la pièce un courant qui
l'échauffe. L'ensemble est ainsi porté à une température voisine de
600go et on peut voir la réaction exothermique se développer, la jonction du tube poreux et de l'embout étant portée spontanément à une température beaucoup plus élevée.
Après tronçonnage, polissage de cette jonction et attaque chimique sélective, on peut observer le développement d'une phase constituée de plusieurs aluminiures de nickel et diffusée dans le métal de l'embout d'une part et dans les grains du tube perméable d'autre part.
Les jonctions métalliques ainsi réalisées ont été éprouvées avec succès dans des atmosphères corrosives acides, par exemple, fluorées. Elles résistent remarquablement bien aux températures élevées.
The present invention relates to a process for joining two metal parts and in particular to porous tubes and to metal end pieces of the type generally used for the separation of isotopes, as well as to the products obtained by applying this process.
To perform the assembly of porous and permeable metal tubes serving as filtration or separation elements for different gaseous, solid or liquid phases in metal boxes or envelopes, it is often necessary to equip these tubes with tight end caps or sleeves. to allow their mounting on the plates of these boxes by welding, expanding, or by a similar process.
These porous tubes and the end pieces on which they must fit are, in general, made of nickel or a nickel alloy such as monel, inconel, or nickel / phosphorus alloys, in order to allow their use under conditions. relatively severe chemical and temperature corrosion.
To perform the fixing, each end piece is introduced inside a tube more or less deeply, the outside diameter of this end piece being very slightly less than the inside diameter of the porous tube, a layer or a layer is deposited between the two coaxial elements. wire of an alloy having a good affinity for nickel, such as silver and copper alloys, and is brewed by bringing this alloy to the fusion, preferably in an atmosphere opposing the oxidation of the component metals .
The price of these solder alloys, however, is relatively high and the molten alloy has a tendency to infiltrate in the liquid state into the porosities of the permeable tube without soldering the solid tip, which leads to a very poor quality fixation. mechanical. In addition, the chemical nature of this filler metal is not always compatible with the chemical conditions of use and can lead to selective corrosion attacks and destruction of the weld.
Another method of fastening a sleeve to a porous tube which is frequently employed is seam welding by means of an electrical resistance which makes it possible to carry out a continuous annular weld or by successive spots by electrical pulses of short duration.
According to this process, the tube / tip assembly is placed between two electrodes made of copper alloys. A cylindrical electrode placed inside the tip ensures the rotation of the assembly and an external free-driven wheel, applied with a certain force to the porous tube, provides electrical contacts between electrode, tube and tip. In general, the wheel, of suitable shape, locally crushes the porous tube and the electric current is applied after this first docking phase. This process is extremely delicate to set up and adjust, and the shape of the wheel, the crushing of the permeable tube, the current density and the passage time of the latter must be regulated with great precision.
Despite the precautions taken, the welding area very frequently has many defects such as the appearance of sealed phases and cracks of the permeable tube and of the nozzle more or less important and of shrinkages, that is to say of phases with very large local porosity also accompanied by cracks.
These defects are all the more important as the nature of the permeable tube and that of the end piece are different, in particular when the end piece is made of nickel and the porous tube is made of nickel alloy. In addition, this process is relatively expensive.
The subject of the invention is a method of joining two
parts of metals liable to form aluminides, character
ized by the fact that one applies aluminum in the junction zone of the two parts before their assembly and that one heats
said zone at a temperature between 550 C and 700 C.
This process can be applied industrially and at low cost and lead to a metallurgical bond not exhibiting
the faults reported above.
The aluminum can be in the form of a sheet, it is then applied to the part of the tube which is fitted into the end piece, in the case where the tube has a diameter smaller than the diameter of the end piece. It is obvious that in the opposite case the aluminum foil is applied to the part of the end piece penetrating into the tube.
A layer of aluminum can be deposited by spraying with a chemical flame metallizer or plasma torch, either on the inner part of the permeable tube to receive the end piece, or on the end piece itself, or on the two elements at the end. time.
According to another embodiment of the method of depositing the aluminum layer, according to the invention, is applied to the end piece part to penetrate into the tube and / or to the internal surface of the tube to receive the 'end a paint, a varnish or a suspension essentially containing aluminum powder, a suspension liquid and a thermally removable organic binder.
After fitting of the end piece into the tube or vice versa of the tube in the end piece, the assembly is heat treated, preferably in a neutral or reducing atmosphere opposing the oxidation of metals.
Advantageously, the heat treatment can be carried out, according to the invention, using a high or medium frequency current causing local heating to at least 550 ° C. of the weld zone by an appropriate inductor.
The characteristics of the invention will also appear from the following description of two exemplary embodiments of the binding according to the invention, said examples being given only by way of illustration and without limitation.
Example 1:
At the end of a porous and permeable tube of pure nickel with an external diameter of 15.9 mm and an internal diameter of 14.9 mm is driven over a length of 8 mm a monel sleeve of a 14.7mm outer diameter and 14.1mm inner diameter. This sleeve has previously been wrapped, on its external surface which has to fit into the porous tube, with aluminum foil with a thickness of 0.08 mm. After positioning, the assembly is brought to 600 ° C. for 1 min, in an atmosphere of argon at 10% by weight of hydrogen.
During this heat treatment, the aluminum reacts exothermically with the nickel at 600 ° C and melts at 650 ° C.
Locally, the reaction products are very hard and mechanically strong nickel aluminides Al3Ni, AlNi or Aine3 which diffuse with the nickel and adjacent nickel alloys and lead to a tight and robust junction zone.
Example 2:
At the end of a porous and permeable nickel / phosphorus alloy tube with an external diameter of 12 mm and an internal diameter of 11 mm is driven over a length of 6 mm a pure nickel sleeve of 10, 8mm outside diameter and about 0.06mm thick. Over 6 mm in length, this tip was sandblasted beforehand with a coarse-grained corundum to give it a surface condition free from impurities and rough and then coated with a layer of aluminum 0.2 mm thick by flame projection of a pure aluminum wire using a suitable oxygen / propane or oxy-acetylene torch.
After fitting the coated part of the sleeve into the permeable tube, the part to be welded is placed in a vitreous silica tube with a diameter slightly greater than that of the tube to be treated and
swept by a slight flow of nitrogen at 10% by weight of hydrogen.
Around this tube and at the level of the part to be heated, is placed
an inductor which is usually a copper tube wound in
spiral and cooled and which induces a current in the room which
warms it up. The assembly is thus brought to a temperature close to
600go and we can see the exothermic reaction develop, the junction of the porous tube and the tip being spontaneously brought to a much higher temperature.
After cutting, polishing of this junction and selective chemical attack, one can observe the development of a phase consisting of several nickel aluminides and diffused in the metal of the end piece on the one hand and in the grains of the permeable tube on the other. go.
The metal junctions thus produced have been successfully tested in acidic corrosive atmospheres, for example, fluorinated. They are remarkably resistant to high temperatures.