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.