CH635259A5 - Composition de soudage solide. - Google Patents

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CH635259A5 CH266580A CH266580A CH635259A5 CH 635259 A5 CH635259 A5 CH 635259A5 CH 266580 A CH266580 A CH 266580A CH 266580 A CH266580 A CH 266580A CH 635259 A5 CH635259 A5 CH 635259A5
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Description

La présente invention se rapporte à une composition de soudage solide à température ambiante.
L'assemblage par soudage de pièces ou éléments métalliques est bien connu et consiste à employer un alliage de point de fusion inférieur à celui du métal des parties ou éléments à assembler, cet alliage étant appelé, dans la présente description, alliage de soudage ou métal de charge, alliage dont on provoque la fusion et le fluage, avec ou sans action capillaire entre les surfaces des pièces ou éléments à assembler. Les parties ou éléments métalliques, de leur côté, ne fondent pas et sont assemblés après solidification de l'alliage de soudage; ils ne peuvent alors plus être ultérieurement séparés, même par chauffage de cette partie solidifiée à la température précitée. En général, les alliages de soudage fondent à une température comprise entre 200 et 300° C.
Dans les opérations de soudage, il faut employer un flux de soudage pour éviter que ne se produise, durant le chauffage, l'oxydation du métal de charge et des surfaces des parties métalliques à assembler, et nettoyer lesdites surfaces pour en éliminer toute trace d'oxyde ou d'autres impuretés présentes. Le flux doit aussi, cependant, être capable de fluer à une température inférieure au point de fusion de l'alliage de soudage, d'humidifier les surfaces des parties métalliques à assembler, de faciliter l'humidification des parties métalliques par l'alliage de soudage fondu et d'être déplacé par l'alliage de soudage fondu.
Il est cependant de pratique courante, dans les opérations de soudage, soit d'appliquer le flux à la brosse sur les surfaces à assembler, préalablement à l'emploi de l'alliage de soudage et au chauffage, quoique d'autres méthodes telles que immersion et pulvérisation aient pu être utilisées, ou encore d'employer des alliages de soudage, à noyau formé du flux, sous forme de baguettes. Selon un mode de réalisation connu, on peut employer des pâtes de soudage qui soient formées d'un mélange de particules d'alliage de soudage, de flux et d'un diluant ou véhicule organique ou aqueux. La pâte est appliquée, en fait, sur les surfaces à assembler et la zone ainsi couverte est chauffée pour fixer et volatiliser le véhicule et effectuer, en ce que l'on peut considérer une seule opération, le fluage et le soudage. Ces pâtes de soudage, cependant, souffrent d'un inconvénient qui résulte de ce qu'elles se conservent mal, notamment lorsque le flux est hygroscopi-que et a tendance à absorber l'humidité atmosphérique. Ces mauvaises conditions de conservation peuvent également provenir d'autres raisons, par exemple de la perte graduelle des propriétés du flux due à une réaction chimique entre flux et véhicule ou entre flux et alliage de soudage dans le milieu liquide, de la perte de véhicule par évapora-tion et de l'agglomération de l'alliage de soudage de particules.
Il s'est, de plus, révélé difficile d'obtenir une formule de pâte de soudage qui soit suffisamment autoportable, d'une part, et suffisamment non fluable, d'autre part, pour rendre minimale l'agglomération précitée et pour rester fixée en place, après avoir été appliquée aux surfaces à joindre, avant que le soudage ne se produise, et être cependant suffisamment fluide pour pouvoir être appliquée sur lesdites surfaces. Les pâtes de soudage ont également une certaine tendance à être sensibles à la température lorsqu'elles sont mises en œuvre. Ainsi, par exemple, il peut se révéler difficile d'employer la quantité précise de flux nécessaire ou/et diffìcile de maîtriser précisément le rapport alliage/flux.
Une autre technique couramment employée pour assembler des parties ou éléments métalliques est le brasage, la différence fondamentale entre soudage et brasage résidant dans le fait que le brasage est mis en œuvre à des températures suffisamment élevées pour que se produise la volatilisation et/ou la combustion des résidus carbonés contenus dans la composition de brasage. Le soudage, par contre, est mis en œuvre à basse température et il reste toujours des résidus sur les parties ou éléments métalliques assemblés, à moins qu'on ne les élimine dans une opération distincte. Dans de nombreux cas, des résidus peuvent être tolérés sans que soit nécessaire leur élimination, quoique, pour des raisons esthétiques, il puisse être préférable de les éliminer. Bien sûr, si les résidus sont solubles ou susceptibles d'être dispersés dans l'eau, et donc d'être aisément éliminés, on ne se heurte à aucun problème. Par contre, des résidus qui ne sont qu'en partie solubles ou dont au moins une partie est soluble peuvent donner lieu à des problèmes de corrosion et/ou de croissance de micro-organismes telles algues ou bactéries. Il s'ensuit par conséquent que, si l'on emploie le soudage pour l'assemblage de tuyaux pour l'alimentation en eau potable, il faut que les résidus de soudage soient solubles dans l'eau ou dispersibles dans l'eau.
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La présente invention se rapporte à une composition de soudage qui permet d'obvier à la plupart, ou même à tous les inconvénients précités, à savoir les difficultés de stockage et de mise en œuvre des pâtes de soudage.
L'invention se rapporte à une composition de soudage formée de particules de soudage d'un alliage d'un métal ou d'un oxyde précurseur de ce métal, dispersées dans une matière thermoplastique.
De préférence, la composition de soudage selon l'invention contient un ou plusieurs flux. Ce ou ces flux peuvent être sous forme de poudre ou consister en une matière, telle la rosine, qui peut elle-même présenter les propriétés thermoplastiques requises.
De préférence, les compositions de soudage selon l'invention contiennent 50 à 98%, et de préférence 75 à 95% en poids de l'alliage de soudage, le reste étant formé de flux et/ou de matière thermoplastique.
A titre d'exemple, une composition de soudage contient, outre les impuretés, 90% en poids environ d'alliage de soudage et 10% en poids de flux et/ou de matière thermoplastique. De préférence, la matière thermoplastique est à l'état solide à la température ambiante et présente un point de fusion inférieur à 150°C, quoiqu'un point de fusion, compris entre 40 et 100° C, convienne plus particulièrement.
La matière thermoplastique peut contenir, en général, un composant cireux et, éventuellement, un constituant résineux. Le composant cireux sert à conférer de bonnes propriétés de conservation, tandis que le constituant résineux sert à conférer une certaine viscosité lors de l'application de chaleur.
Des cires susceptibles d'être employées dans des compositions de soudage peuvent consister en des cires naturelles et/ou des cires synthétiques. A titre de cires naturelles peuvent être employées des substances telles que spermacèti, cire d'abeilles, acide stéarique (cires animales), cires de candellila, de baies de laurier et de carnauba (cires végétales) et cires de paraffine, de cérésine et de montane (cires minérales). A titre de cires végétales et animales, on emploie, de préférence, les esters d'acides gras de monoalcools supérieurs. Des cires synthétiques susceptibles d'être employées sont les cires de polyéthylène et de polyéthylèneglycol (telles que celles vendues sous la dénomination commerciale de Carbowax " ) et des cires microcristallines.
A titre de matières thermoplastiques conviennent plus particulièrement des matières inertes (c'est-à-dire ne fluant pas) telles que polyéthylèneglycol, acides carboxylés alkoxylés (par exemple, acide stéarique éthoxylé) ou esters carboxyliques de cholestérol alkoxylê (par exemple, lanoline éthoxylée) qui sont tous solubles ou dispersi-bles dans l'eau, ou cire de paraffine ou acides carboxyliques de cholestérol (i.e. lanoline), qui sont insolubles dans l'eau.
Parmi les matières thermoplastiques ayant le caractère de flux, il est préférable d'employer la rosine (i.e. un acide terpénoïde carboxy-lique tel qu'acide abiétique), ou un acide carboxylique hydroxylé tel qu'acide citrique ou tartrique, et les propriétés de flux de cette matière peuvent éventuellement être améliorées par addition de matière ayant des propriétés de flux supérieures.
Des résines destinées à être employées dans des compositions de soudage peuvent être choisies dans le groupe comprenant les résines naturelles et les résines synthétiques. Les résines naturelles sont des matériaux visqueux solides ou semi-solides dérivant principalement de sécrétions de plantes et d'arbres. A titre d'exemple, on peut citer la cellophane, les résines de cellulose, le caoutchouc naturel, la sève de pin, le goudron et le baume du Canada. Les résines synthétiques sont des matières solides ou semi-solides organiques amorphes produites par polymérisation. Des exemples de ces composés sont: polypropy-lène, polyéthylène, polyméthylméthacrylate, polyisoprène, polyiso-butylène et polystyrène. Ces résines sont thermoplastiques.
Des matériaux améliorant les propriétés de flux pouvant être ajoutés à la rosine sont le chlorhydrate d'hydrazine, le chlorhydrate de l'acide glutamique et le chlorhydrate d'aniline, et ils sont susceptibles d'être ajoutés à une concentration de l'ordre de 1 à 50% en poids, exprimée par rapport au poids de la rosine et, de préférence, de 5 à 20% et, plus particulièrement, de l'ordre de 10%, en relation avec l'activité de flux que l'on recherche. Des matériaux susceptibles d'être ajoutés à d'autres flux thermoplastiques pour améliorer les propriétés de flux, ou qui peuvent être ajoutés aux matières thermoplastiques pour leur conférer les propriétés de flux, sont les halogénu-res et l'hydroxyde d'hydrazine qui normalement se décomposent au chauffage pour libérer l'acide halogéné, et donc produire l'activité de flux dans les conditions de soudage, comme les chlorure, bromure ou iodure de zinc, le mélange eutectique chlorure de zinc/chlorure d'ammonium, les chlorures, bromures ou iodures d'ammonium et les ha-logénures d'étain, par exemple le chlorure de zinc; ces matériaux peuvent être ajoutés en des proportions de l'ordre de 1 à 50%, de préférence 5 à 20% et, plus particulièrement, de l'ordre de 20% en poids par rapport au poids de matière thermoplastique.
On a constaté qu'il est avantageux, afin d'augmenter le taux de dispersion de l'alliage de soudage dans le flux et/ou la matière thermoplastique, de préparer des compositions de soudage conformes à l'invention, à partir d'un mélange de particules d'oxyde métallique plutôt que de particules de métal ou d'alliage. Les oxydes sont soit réduits en métaux et donc conduisent à des alliages de soudage aux températures de soudage, soit réduits en métal à la température ambiante grâce à l'emploi de flux réducteurs tel, par exemple, chlorhydrate d'hydrazine.
On a également constaté que la dimension des particules de l'alliage de soudage doit être choisie pour permettre un soudage optimal plutôt qu'en fonction des propriétés de conservation au stockage, et que ces exigences sont antagonistes. Dans une composition de soudage idéale, il est souhaitable que l'alliage de soudage comprenne une forte proportion de petites particules pour obtenir de bonnes propriétés de conservation, mais ces particules conduisent à une aire superficielle élevée de l'alliage de soudage qui rend nécessaire l'emploi d'une grande proportion de flux. Il s'avère, par conséquent, préférable de choisir une dimension particulaire plus grande qui conduit donc à une aire superficielle plus faible, et de se servir d'une caractéristique essentielle de la présente invention, à savoir d'employer une matière thermoplastique pour obtenir les propriétés de conservation recherchées. On a constaté que, dans la plupart des cas, les particules d'alliage de soudage doivent passer dans les mailles d'un tamis de 0,246 mm de diamètre et être retenues par les mailles ayant un diamètre de 0,038 mm, quoiqu'une proportion faible de particules dont les dimensions sont extérieures aux bornes précitées puisse être employée le cas échéant. La gamme de dimensions particulaires doit être choisie pour conduire aux caractéristiques de fluage optimal et au minimum de vide à remplir par la matière thermoplastique. Cela permet, en outre, d'éviter les problèmes rhéologiques associés à l'emploi de pâtes de soudage liquides. Les caractéristiques de fluage optimal peuvent également être obtenues grâce au choix de particules ayant la forme de sphéroïdes et/ou de flocons, copeaux ou autres.
L'invention peut également être mise en œuvre sur la très large gamme d'alliages de soudage, dans des emplois plus ou moins courants, quoique, bien sûr, elle soit plus particulièrement applicable aux alliages de soudage que l'on emploie dans les opérations de soudage automatique nécessitant de grands volumes de ces alliages. Les alliages de soudage, le plus souvent, sont à base d'étain ou de plomb et peuvent contenir un ou plusieurs des métaux appartenant au groupe comprenant Sb, Bi, Ag, Cu, Fe, Al, Cd et As. On peut trouver, dans l'ouvrage Kirk-Othmer's «Encyclopaedia of Chemical Technology», 2e éd., vol. 18, p. 544, une liste d'alliages de soudage susceptibles d'être employés.
A titre plus général cependant, les alliages d'étain et de plomb sont de bons alliages de soudage universel; l'antimoine est souvent employé à la place de plomb pour l'assemblage de récipients destinés à des applications alimentaires; les alliages d'étain et d'argent présentent des propriétés exceptionnelles d'écoulabilitê, une résistance améliorée par rapport à celle des alliages Sn/Pb et conduisent à de bonnes propriétés de conductibilité électrique; les alliages Sn/Pb/Ag sont fréquemment employés dans l'industrie pour assembler par soudage des surfaces en argent plaqué.
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Les compositions de soudage ici proposées ont la caractéristique d'être exemptes des diluants et solvants que les compositions de pâte de soudage traditionnel contiennent et, en outre, ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, le véhicule thermoplastique, qui peut avoir ou ne pas avoir de propriétés intrinsèques de flux, est choisi de façon à être à l'état solide à température ambiante et de fondre, de préférence, à une température inférieure à 100°C. Si un polymère, par exemple le polyéthylèneglycol, est choisi pour former la matière thermoplastique, le degré de polymérisation doit être tel afin que les conditions d'état solide et de point de fusion inférieur à 100°C soient obtenues.
Les compositions de soudage sont en général obtenues par fusion de la matière thermoplastique dans laquelle est dispersé ou dissous le flux ou l'additif de flux, si employé, de façon que s'y disperse l'alliage, le métal ou l'oxyde précurseur de ce métal et que la composition résultante se solidifie. Ces compositions peuvent être mises par moulage ou extrusion sous une forme telle qu'anneaux et autres, pour être stockées et ultérieurement employées, ou encore être appliquées à l'état fondu ou semi-fondu sur une pièce ou élément et amenées à se solidifier pour être stockées et être destinées à être ultérieurement employées pour assembler deux de ces parties ou éléments entre eux en les mettant bout à bout et en chauffant dans la zone où la composition a été appliquée.
Les compositions de soudage peuvent être appliquées sur une pièce ou élément métallique à température ambiante à l'aide d'un ap-plicateur chauffant qui peut être à une température telle qu'aucun autre chauffage ne soit requis pour obtenir un assemblage par soudage satisfaisant. Des compositions selon l'invention contenant, en outre, un flux déliquescent et hygroscopique, tel le chlorure de zinc, sont stables à la conservation du fait que les particules de flux sont encapsulées de façon efficace dans la matière thermoplastique.
Les buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des exemples donnés à titre non limitatif.
Dans tous les cas, l'alliage de soudage employé comprend (en proportions pondérales), 60% d'étain et 40% de plomb.
Tous les pourcentages indiqués sont exprimés en proportions pondérales.
Exemple 1:
Une composition de soudage formée essentiellement de:
— 93,5% d'alliage de soudage, et de
— 6,5% de rosine raffinée (vendue sous la dénomination commerciale de Staybelite par la Société Hercules Powder Co. Ltd),
est préparée par fusion de rosine et dispersion dans la rosine de l'alliage.
Les résidus du soudage sont essentiellement insolubles dans l'eau. Exemple 2:
Une composition de soudage formée essentiellement de:
— 80,0% d'alliage de soudage,
— 10,0% deZnCl2, et de
— 10,0% de cire de paraffine (point de fusion compris entre 46 et 49° C),
est préparée par fusion de la cire et dispersion dans cette masse fondue de l'alliage et du flux.
Les résidus du soudage sont essentiellement insolubles dans l'eau.
Exemple 3:
Une composition de soudage formée essentiellement de:
— 91,5% d'alliage de soudage,
— 2,0% de NH4I, et de
— 6,5% de cire de paraffine (point de fusion compris entre 46 et 49° C),
est préparée selon la méthode de l'exemple 2.
Les résidus du soudage sont essentiellement insolubles dans l'eau.
Exemple 4:
Une composition de soudage formée essentiellement de:
— 93,5% d'alliage de soudage,
— 1,0% de rosine raffinée (résine Staybelite®), et de
— 5,5% de cire de paraffine (point de fusion compris entre 60 et 62° C),
est préparée par fusion de la cire et dissolution dans la cire fondue de la rosine, puis par dispersion dans le mélange de l'alliage.
Les résidus du soudage sont insolubles dans l'eau.
Exemple 5:
Une composition de soudage formée essentiellement de:
— 90,0% d'alliage de soudage,
— 2,0% de ZnCl2, et de
— 8,0% de polyéthylèneglycol (poids moléculaire: 1000),
est préparée par dissolution du flux à une température supérieure à celle de son point de fusion (283° C) dans le glycol, puis par dispersion dans cette masse de l'alliage à une température supérieure à 60-80° C.
Selon un autre mode de réalisation, la dispersion physique du flux peut être mise en œuvre à une température inférieure au point de fusion.
Les résidus du soudage sont pratiquement hydrosolubles. Exemple 6:
Une composition de soudage dont les résidus sont pratiquement hydrosolubles est préparée, en opérant selon la méthode de l'exemple 5, à partir de:
— 90% d'alliage de soudage,
— 2% de ZnCl2, et de
— 8% d'acide stéarique éthoxylé (vendu sous la dénomination commerciale de ABM Chemicals Ltd - El 3®).
Exemple 7:
Une composition de soudage formée essentiellement de:
— 90% d'alliage de soudage,
— 1 % d'un mélange eutectique ZnCl2/NH4Cl, et de
— 9% de polyéthylèneglycol (poids moléculaire: 1000),
est préparée par suspension du mélange du flux à une température supérieure au point de fusion (180° C) dans du glycol, puis par dispersion dans la masse obtenue de l'alliage à une température supérieure à environ 60-80° C.
Les résidus du soudage sont pratiquement hydrosolubles.
Exemple 8:
Une composition de soudage dont les résidus sont pratiquement hydrosolubles est préparée, selon la méthode décrite dans l'exemple 7, essentiellement à partir de:
— 90% d'alliage de soudage,
— 1 % du mélange eutectique ZnCl2/NH4Cl, et de
— 9% d'acide stéarique éthoxylé (Texofor EL3 " ).
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux exemples et modes de mise en œuvre mentionnés ci-dessus; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention.
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Claims (15)

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    REVENDICATIONS
    1. Composition de soudage solide à température ambiante, caractérisée en ce qu'elle comporte des particules de soudage d'un alliage, d'un métal ou d'un oxyde précurseur de ce métal, ces particules étant dispersées dans une matière thermoplastique.
  2. 2. Composition de soudage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte également un ou plusieurs flux.
  3. 3. Composition de soudage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière thermoplastique a elle-même les propriétés d'un flux.
  4. 4. Composition de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle contient 50 à 98% en poids dudit alliage, métal ou oxyde précurseur.
  5. 5. Composition de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle contient 75 à 95% en poids dudit alliage, métal ou oxyde précurseur.
  6. 6. Composition de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle contient 90% en poids de particules dudit alliage, métal ou oxyde précurseur, le reste étant formé de la matière thermoplastique et/ou du flux précurseur.
  7. 7. Composition selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'elle contient un flux sous forme pulvérulente.
  8. 8. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la matière thermoplastique présente un point de fusion compris entre la température ambiante et 150°C.
  9. 9. Composition de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractéirsée en ce que la matière thermoplastique comprend une cire.
  10. 10. Composition de soudage selon la revendication 9, caractérisée en ce que la cire consiste en l'un des composés appartenant au groupe formé par polyéthylèneglycol, cire de paraffine, acide car-boxylique alkoxylé, ou ester carboxylique du cholestérol.
  11. 11. Composition de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la matière thermoplastique contient un constituant résinique.
  12. 12. Composition de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que le flux est choisi dans le groupe formé par les halogénures de zinc, d'étain et d'ammonium et par l'hy-droxyde d'hydrazine.
  13. 13. Composition de soudage selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisée en ce que le flux thermoplastique est choisi dans le groupe formé par la rosine, les acides carboxyliques saturés et les acides carboxyliques hydroxylés saturés.
  14. 14. Composition de soudage selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisée en ce que les propriétés du flux sont améliorées par addition d'un matériau supplémentaire choisi dans le groupe formé par le chlorhydrate d'hydrazine, le chlorhydrate de l'acide glutamique et le chlorhydrate d'aniline.
  15. 15. Composition de soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la dimension des particules d'alliage, de métal ou d'oxyde précurseur de métal est telle qu'une proportion pondérante de ces particules passe dans un tamis dont les mailles ont un diamètre de 0,244 mm et sont retenues par les mailles d'un tamis de 0,038 mm de diamètre.
CH266580A 1979-04-06 1980-04-03 Composition de soudage solide. CH635259A5 (fr)

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