EP1474263A2 - Melange gazeux ternaire utilisable en soudo-brasage de pieces galvanisees - Google Patents

Melange gazeux ternaire utilisable en soudo-brasage de pieces galvanisees

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Publication number
EP1474263A2
EP1474263A2 EP03712259A EP03712259A EP1474263A2 EP 1474263 A2 EP1474263 A2 EP 1474263A2 EP 03712259 A EP03712259 A EP 03712259A EP 03712259 A EP03712259 A EP 03712259A EP 1474263 A2 EP1474263 A2 EP 1474263A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrogen
gas mixture
carbon dioxide
argon
parts
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03712259A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thomas Opderbecke
Jean-Yves Square de l'Echiquier MOUTON
Jean-Marie Fortain
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1474263A2 publication Critical patent/EP1474263A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode

Definitions

  • the present invention relates to a ternary gas mixture usable in soldering of galvanized parts.
  • the thickness of the coated sheets used in particular in the automotive field is usually between 0.5 mm and 1.5 mm.
  • Such thin thicknesses require adaptation of the welding process used to weld them in order to reduce the energy input and therefore avoid defects such as excessive penetration of the weld at the risk of piercing the sheet, a thermal deformation of the sheets, degradation of the zinc coating on the side and back, or metallurgical and chemical degradation of the sheets.
  • zinc which is the main constituent of the coating of galvanized thin sheets, is characterized by a melting point at 402 ° C lower (boiling point of zinc: 906 ° C) than the base metal and the filler metal. During welding, it is therefore vaporized by the action of the electric arc or by simple thermal conduction and these zinc vapors can then cause disturbances.
  • vaporized zinc can enter the atmosphere of the electric arc and suddenly modify the physical properties of the protective atmosphere, in particular the electrical and thermal conductivity, and consequently cause instabilities in the metal transfer mode.
  • this vaporization of zinc in the molten metal can cause splashes of molten metal on either side of the weld bead.
  • porosities or blisters which form when zinc is vaporized under the root of the bead when performing a seam weld, often cause a gas overpressure under the liquid bath. This occurs all the more since the spacing between the sheets to be joined is small and the thickness of the zinc is large. If the cooling of the bath is too rapid, the vapors do not have enough time to rise to the surface can, depending on their density, affect the mechanical properties of the assembly.
  • Soldering uses copper filler metals with a lower melting point, typically between 890 ° C and 1080 ° C, than that of the ferrous base metal constituting the parts to be welded but higher than that of the zinc coating , i.e. about 402 ° C.
  • the assembly of the parts to be welded together is not done by a fusion of the base metal and the metal but by "wetting" of the solid base metal with liquid copper metal brought in the form of filler wire .
  • Soldering requires a significantly reduced energy input since this energy is only used to melt the filler wire and not to heat and melt the part. In fact, the quantity of zinc vaporized is greatly reduced compared to conventional welding.
  • Short arc transfer is used for applications that require minimal energy input and for cords
  • the shielding gas used in the MIG / MAG process plays an important role for the process because it has a notable influence on the electrical and thermal properties of the atmosphere of the electric arc, on the one hand , and on the protection of the bath.
  • soldering is used with the objective of reducing energy input. We will therefore use rather inert and not very active gases.
  • the gas generally recommended for brazing is pure argon. However, other gases or gas mixtures have already been described as being able to be used in brazing.
  • the present invention therefore aims to improve the MIG process of brazing by proposing a gas mixture making it possible, during its implementation in brazing of coated sheets, to obtain: - a reduction in the energy supply to reduce the volume of volatilized zinc and deformations,
  • the solution of the invention relates to a ternary gas mixture consisting of hydrogen, carbon dioxide and argon in the following volume proportions: from 0.4 to 2% of hydrogen, - from 0.3 to 2% of carbon dioxide , and argon for the rest (up to 100%).
  • the gas mixture of the invention can comprise one or more of the following technical characteristics:
  • the gas protection consists of a ternary mixture formed exclusively of argon, hydrogen and carbon dioxide.
  • unavoidable impurities can be found in small proportions, for example up to 20 ppm by volume of oxygen, up to 20 ppm of nitrogen, up to 50 ppm of CnHm, and up to 30 ppm of water vapour.
  • the invention also relates to a method of brazing of galvanized metal parts, in which a brazing is carried out between the parts to be assembled by fusion, by means of at least one electric arc, of a metallic filler wire with implementation of a gas protection of the brazing, characterized in that the gas protection is formed of a gas mixture as given above.
  • the soldering method of the invention may include one or more of the following technical characteristics:
  • the parts to be assembled have a thickness of less than 3 mm, preferably between 0.5 and 2 mm, more preferably between 0.6 and 1.5 mm.
  • the filler wire is made of copper and aluminum alloy (CuAI alloy) or silicon (CuSi alloy.)
  • the metal parts are made of unalloyed carbon steel, preferably with a high elastic limit (HLE) or a very high elastic limit (THLE).
  • HLE high elastic limit
  • THLE very high elastic limit
  • the intensity of the current used to generate the arc (s) is less than 200 A for a wire of 1 mm in diameter.
  • the current is of variable polarity or not.
  • the transfer regime is of the pulsed or short-circuit type.
  • the parts are galvanized by electrogalvanizing or hot galvanized.
  • the invention also relates to a method of manufacturing motor vehicle elements formed from several parts assembled by a soldering method according to the invention, in particular motor vehicle elements chosen from the group formed by the body of the vehicles, ground junctions, chamons, engine cradle, plank sleepers, edge sleepers, side members, under sleepers and hydroformed components.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a container formed from several parts assembled by a soldering method according to one of the invention.
  • soldering process of the invention can also be used to assemble parts used to make other structures, such as greenhouse frames or the like, ventilation ducts, electrical boxes, etc.
  • the weld assembly is formed from DX54D + Z120 sheets of 0.8 mm and 1.5 mm thickness according to standard EN10142, hot-dip galvanized on both sides, i.e. having a double zinc face of 10 ⁇ m thick.
  • the assemblies are positioned flat and flat.
  • CuAI 8 and CuSi 3 type filler wires with diameters of 1 mm and 1.2 mm are used according to the two types of transfer, short circuit and pulsed.
  • the ideal gas flow rate for the protection of the arc and the welding bath is given by a standardized surface value of approximately 0.05 l / min x mm 2 .
  • the flow rate is 30 l / min, while for a nozzle of 16 mm in diameter, in manual welding, the flow rate is 20 l / min. .
  • Example 1 choice of a gas mixture Initially, the inventors of the present invention sought to determine the effects of several gaseous compounds contained in a mixture of protective gases based on argon.
  • arc stability it can be seen in table I that, when oxidizing elements are added to argon, such as 0 2 and C0 2 , the arc stability is increased by the formation of more emissive surface oxides. Nitrogen can also bring a stabilizing effect but to a lesser extent.
  • Certain elements such as He or H 2 in argon, have a positive contribution on the appearance and morphology of the cord.
  • the arc under helium requires a higher voltage and therefore a higher energy supplied to the melt which can improve the wetting conditions of the cord but make it more difficult to control penetration on thin sheets.
  • Hydrogen contributes to an improvement in the morphology and appearance of the cord.
  • the first property is linked to a constricting effect of the arc in the area near the end of the wire, i.e. an endothermic dissociation which causes significant cooling of the external periphery and therefore constriction, and to an effect of restitution of significant heat at the level of the part to be welded, namely a recombination on the surface with release of energy.
  • the second property by the reducing effect of hydrogen, makes it possible to obtain beads free of surface oxides.
  • Example 2 test of the gas mixture 98.5% Ar + 1% H-, .. 0.5% CO-,
  • the gas mixture mixture formed of 98.5% Ar + 1% H 2 + 0.5% C0 2 (% by volume) is evaluated in automatic welding and in manual welding by adopting the following parameters:
  • FIG. 1 makes it possible to compare the arc stability in pulsed welding with argon (top graph) or, for comparison, the gas mixture Ar-H 2 -C0 2 of the invention (bottom graph).
  • the improvement in arc stability results in a reduced dispersion of the peak voltage (U) and of the dropout voltage at low voltage.
  • FIG. 2 makes it possible to compare the wetting obtained by welding pulsed with argon (top graph) or, for comparison, the gas mixture Ar- H 2 -C0 2 of the invention (bottom graph).
  • the wetting is characterized by the width (L), the thickness (H), the penetration (P) and the connection angle ( ⁇ ).
  • An example of this evaluation can be found in the appendix (fig. 2).
  • the mechanical performance of the 0.8mm thick plate assemblies obtained is evaluated by the breaking strength (R m ) determined in the 'guided' tensile test.
  • the results are given in Table III below for the ternary gas mixture of the invention (Ar / C0 2/0 2 of composition 98.5% Ar + 1% H 2 + 0.5% C0 2 ) and, for comparison, a binary argon gas mixture added with 2% by volume. of C0 2 (Ar + 2% C0 2 ).
  • the upper limit is determined by the maximum solubility of hydrogen in the molten metal which results in a risk of the appearance of porosities as soon as the high limit is crossed.
  • the H 2 content has been limited to 1% by volume, which also represents a good compromise between improving the shape and appearance of the bead, and increasing the welding speed.
  • the clearance can be equal to the thickness.
  • the welded assemblies with the ternary gas mixture of the invention have tolerated a play of up to 2 mm for a thickness of 1.5 mm, ie a play, greater than the thickness of the welded parts.
  • the gas mixture of the invention has shown, moreover, an ability to confer good maneuverability in manual welding since the downward vertical welding and in cornice do not require adaptation of particular parameters compared to a welding in position to dish.
  • the surface appearance of the bead can be further improved by using a "stringer" which extends the protection zone by approximately 50 mm to optimize the gaseous protection of the welding bath during the cooling as this makes it possible to eliminate the copper oxides formed on the bead, a phenomenon which takes place essentially with the filler metal CuSi 3 .
  • the "laggard" can preferably be supplied with the same mixture or with pure argon (flow rate 101 / min approximately).

Landscapes

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Abstract

Mélange gazeux contenant de l'hydrogène, du dioxyde de carbone et de l'argon dans les proportions en volume suivantes : 0.4 à 2% d'hydrogène, 0.3 à 2% de dioxyde de carbone et de l'argon pour le reste (jusqu'à 100%). Procédé de soudo-brasage de pièces métalliques galvanisées, dans lequel on réalise un brasage entre les pièces à assembler par fusion, au moyen d'au moins un arc électrique, d'un fil métallique d'apport avec mise en oeuvre d'une protection gazeuse du brasage formée d'un tel mélange gazeux ternaire.

Description

Mélange gazeux ternaire utilisable en soudo-brasaqe de pièces galvanisées
La présente invention concerne un mélange gazeux ternaire utilisable en soudo-brasage de pièces galvanisées.
Actuellement, les problèmes rencontrés lors du soudage des tôles fines galvanisées sont essentiellement liés aux caractéristiques des tôles.
En effet, l'épaisseur des tôles revêtues utilisées notamment dans le domaine automobile est habituellement comprise entre 0.5 mm et 1.5 mm.
Des épaisseurs aussi fines nécessitent l'adaptation du procédé de soudage mis en œuvre pour les souder afin de réduire l'apport d'énergie et par conséquent éviter des défauts tels qu'une pénétration excessive de la soudure au risque de percer la tôle, une déformation thermique des tôles, une dégradation du revêtement de zinc à coté et envers, ou une dégradation métallurgique et chimique des tôles.
Par ailleurs, le zinc, qui est le constituant principal du revêtement des tôles fines galvanisées, se caractérise par un point de fusion à 402°C plus bas (point d'ébullition du zinc : 906°C) que le métal de base et le métal d'apport. Pendant le soudage, il est donc vaporisé par action de l'arc électrique ou par simple conduction thermique et ces vapeurs de zinc peuvent ensuite engendrer des perturbations.
Ainsi, du zinc vaporisé peut entrer dans l'atmosphère de l'arc électrique et modifier brutalement les propriétés physiques de l'atmosphère de protection, notamment la conductibilité électrique et thermique, et par conséquent provoquer des instabilités du mode de transfert de métal.
De plus, cette vaporisation de zinc dans le métal fondu peut provoquer des projections de métal fondu, de part et d'autre du cordon de soudure.
En outre, des porosités ou soufflures, qui se forment lorsque du zinc est vaporisé sous la racine du cordon quand on effectue une soudure à clin, provoquent souvent une surpression gazeuse sous le bain liquide. Cela se produit d'autant plus que l'espacement entre les tôles à assembler est faible et que l'épaisseur de zinc est importante. Si le refroidissement du bain est trop rapide, les vapeurs n'ont pas suffisamment de temps pour remonter à la surface peuvent, suivant leur densité, affecter les propriétés mécaniques de l'assemblage.
Les porosités qui débouchent en surface du cordon posent d'autres problèmes, en particulier pour la mise en peinture d'une pièce ainsi soudée, par exemple lorsque cette pièce constitue une partie apparente de la carrosserie d'un véhicule automobile.
Pour tenter de résoudre ces problèmes, la technique de soudo-brasage par procédé flamme, MIG/MAG, TIG, plasma ou laser constitue une bonne alternative utilisée depuis plusieurs années dans l'industrie automobile.
Le soudo-brasage fait appel aux métaux d'apport cuivreux avec un point de fusion plus bas, typiquement entre 890°C et 1080°C, que celui du métal de base ferreux constituant les pièces à souder mais supérieur à celui du revêtement de zinc, c'est-à-dire environ 402°C. En soudo-brasage, l'assemblage des pièces à souder ensemble ne se fait pas par une fusion du métal de base et du métal mais par "mouillage" du métal de base solide par du métal cuivreux liquide apporté sous forme de fil d'apport.
Le soudo-brasage nécessite un apport d'énergie sensiblement réduit puisque cette énergie ne sert qu'à fondre le fil d'apport et non pour chauffer et fondre la pièce. De fait, la quantité de zinc vaporisée est fortement réduite par rapport au soudage classique.
On peut se reporter au document "The welding of galvanized steel and zinc-rich-painted steel", Philips Welding Reporter, 1966, p. 1-10 pour plus de détails sur le procédé de soudo-brasage. Plusieurs types d'alliages peuvent être appliqués en soudo-brasage. Les alliages type CuAI (CuAI8) sont utilisés principalement pour obtenir un bel aspect du cordon et des bonnes caractéristiques mécaniques, alors que les alliages type CuSi3 sont utilisés principalement pour leurs coûts plus attractifs et la facilité de meulage des projections éventuelles. En soudo-brasage MIG, le transfert de métal peut se faire en régime court-circuit ou puisé.
Le transfert en court-circuit (short arc en anglais) est utilisé pour les applications qui nécessitent un apport d'énergie minimal et pour des cordons
"esthétiques" sans projection et avec déformation limitée. Ce transfert est limité à une certaine vitesse de fil, à laquelle va répondre une plage donnée de vitesse de soudage. Le transfert en courant puisé est utilisé pour des applications à vitesse de fil et vitesse de soudage plus élevée que le soudage par court-circuit. Il conduit à un bain de fusion plus chaud qui engendre des avantages en termes de mouillage et tolérance de jeux d'assemblage. Le courant puisé respecte la règle d'une goutte par pulsation qui doit se détacher en intensité de base (Ibase), la plus basse et la plus stable possible.
Par ailleurs, de façon connue, le gaz de protection utilisé en procédé MIG/MAG joue un rôle important pour le procédé car il a une influence notable sur les propriétés électrique et thermique de l'atmosphère de l'arc électrique, d'une part, et sur la protection du bain.
Comme expliqué ci-dessus, le soudo-brasage s'utilise avec l'objectif d'une réduction d'apport d'énergie. On va donc faire appel à des gaz plutôt inertes et peu actifs.
Le gaz généralement recommandé pour le soudobrasage est l'argon pur. Toutefois, d'autres gaz ou mélanges gazeux ont déjà été décrits comme pouvant être utilisés en soudo-brasage.
Ainsi, des mélanges binaires d'argon avec de faibles teneurs en oxygène ou en dioxyde de carbone sont connus notamment des documents suivants : MIG Lôten verzinkter Dϋnnbleche und Profile. Schweiβen und Schneiden, H. Hackl, 6.1998, Dϋsseldorf 1998 ; MIG Lδtverbindungen, Besonderheiten und Eigenschaften, H. Herold, DVS Berich 204, Dϋsseldorf 1999 ; et Beitrag zum MSG Impulslichtbogenschweissen von unbeschichteten und beschichteten Feinbleche, G. Groten, DVS Band 35, Dissertation ISF Aachen 1991, Dϋsseldorf 1991.
Cependant, d'autres documents concluent à l'inefficacité de la présence de l'hydrogène. A ce titre, on peut citer le document de A. Kersche, S.Trube,
Schutzgase zum Lôten, Neue Technologien fur den Dϋnnblechbereich, SLV Mϋnchen 2000, qui enseigne que la présence de faibles pourcentages d'hydrogène engendrent des porosités et un mauvais mouillage.
En outre, on connaît aussi le document de Hauck, G. Hiller, Lichtbogenschweissen verzinkter Stahlbleche, DVS Berich 105, Dϋsseldorf 1986, qui décrit un mélange d'argon avec 30% en vol. d'hélium pour fil CuAI8 ou avec 5% d'oxygène pour fil CuSi3.
La présente invention vise donc à améliorer le procédé MIG de soudo- brasage en proposant un mélange gazeux permettant, lors de sa mise en œuvre en soudo-brasage de tôles revêtues, d'obtenir : - une réduction de l'apport d'énergie pour réduire le volume de zinc volatilisé et les déformations,
- la stabilisation de l'arc pour éviter les projections, et
- un bon mouillage et une bonne compacité du cordon dans toutes les positions de soudage avec absence de porosités.
La solution de l'invention concerne un mélange gazeux ternaire constitué d'hydrogène, de dioxyde de carbone et d'argon dans les proportions en volume suivantes : de 0.4 à 2% d'hydrogène, - de 0.3 à 2% de dioxyde de carbone, et de l'argon pour le reste (jusqu'à 100%). Selon le cas, le mélange gazeux de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes :
- il contient au plus 1.95% d'hydrogène, de préférence au plus 1.5% d'hydrogène, de préférence encore au plus 1.3% d'hydrogène.
- il contient au moins 0.5% d'hydrogène, de préférence au moins de 0.7% d'hydrogène.
- il contient au plus 1% de dioxyde de carbone, de préférence au plus 0.8% de dioxyde de carbone. - il contient au moins 0.35% de dioxyde de carbone, de préférence au moins 0.4% de dioxyde de carbone.
- il contient de 0.8 à 1.1 % d'hydrogène, de 0.4 à 0.7% de dioxyde de carbone et de l'argon pour le reste (jusqu'à 100%).
- il contient approximativement 1 % d'hydrogène, 0.5% de dioxyde de carbone et de l'argon pour le reste (jusqu'à 100%).
- la protection gazeuse est constituée d'un mélange ternaire formé exclusivement d'argon, d'hydrogène et de dioxyde de carbone. Toutefois, des impuretés inévitables peuvent s'y trouver en faibles proportions, par exemple jusqu'à 20 ppm en volume d'oxygène, jusqu'à 20 ppm d'azote, jusqu'à 50 ppm de CnHm, et jusqu'à 30ppm de vapeur d'eau.
L'invention porte aussi sur un procédé de soudo-brasage de pièces métalliques galvanisées, dans lequel on réalise un brasage entre les pièces à assembler par fusion, au moyen d'au moins un arc électrique, d'un fil métallique d'apport avec mise en œuvre d'une protection gazeuse du brasage, caractérisé en ce que la protection gazeuse est formée d'un mélange gazeux tel que donné ci-dessus. Selon le cas, le procédé de soudo-brasage de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes :
- les pièces à assembler ont une épaisseur inférieure à 3 mm, de préférence comprise entre 0.5 et 2 mm, de préférence encore comprise entre 0.6 et 1.5 mm.
- le fil d'apport est en alliage de cuivre et d'aluminium (alliage CuAI) ou de silicium (alliage CuSi.)
- les pièces métalliques sont en acier au carbone non allié, de préférence à haute limite élastique (HLE) ou à très haute limite élastique (THLE).
- l'intensité du courant servant à générer le ou les arcs est inférieure à 200 A pour un fil de 1 mm de diamètre.
- le courant est à polarité variable ou non.
- le régime de transfert est de type puisé ou par court-circuit. - les pièces sont galvanisées par électro-zingage ou galvanisées à chaud.
- il met en œuvre 1 ou 2 fils d'apport.
L'invention porte aussi sur un procédé de fabrication d'éléments de véhicule automobile formés de plusieurs pièces assemblées par un procédé de soudo-brasage selon l'invention, en particulier d'éléments de véhicule automobile choisis dans le groupe formé par la caisse du véhicules, les jonctions sol, les chamons, le berceau moteur, les traverses de planches, de bord, les longerons, les traverses sous sièges et les composants hydroformés.
Selon un autre aspect, L'invention porte aussi un procédé de fabrication d'un conteneur formé de plusieurs pièces assemblées par un procédé de soudo-brasage selon l'une l'invention.
Le procédé de soudo-brasage de l'invention pourra aussi être utilisé pour assembler des pièces servant à fabriquer d'autres structures, telles que des armatures de serres ou similaires, des gaines de ventilation, des coffrets électriques...
Exemples
Pour démontrer la faisabilité et l'efficacité du mélange gazeux selon l'invention lors de son utilisation en soudo-brasage, des essais comparatifs ont été réalisés dans les conditions suivantes. L'assemblage à souder est formé des tôles DX54D+Z120 d'épaisseur de 0.8 mm et de 1.5 mm selon la norme EN10142, galvanisées à chaud des deux côtés, c'est-à-dire ayant une double face de zinc de 10 μm d'épaisseur.
Les assemblages sont positionnés à clin et à plat. Des fils d'apport de type CuAI8 et de type CuSi3 et de diamètres de 1 mm et de 1.2 mm sont mis en œuvre selon les deux types de transfert, court circuit et puisé.
L'influence de la nature du gaz de protection a été évaluée en utilisant de l'argon pur comme référence. Durant les tests, les critères d'évaluation suivants ont été adoptés :
- absence de projections,
- absence de porosités débouchantes (vérification des porosités non- débouchantes par radiographie),
- bon mouillage : cordon plat, peu de pénétration, angle de raccordement, - pas de défauts métallurgiques :fissuration, grossissement de grains,
- peu de dégradation de revêtement de zinc,
- aspect du cordon : peu de dépôt d'oxydes adhérents.
Dans le but de chasser les vapeurs de zinc en amont du bain de soudage et pour les empêcher de rentrer dans l'atmosphère gazeuse de protection de l'arc électrique, il est préférable en procédé MIG de souder dans le sens en poussant avec une inclinaison de torche de 25° environ. En dessous de cette valeur, l'évacuation de vapeurs de zinc n'est pas aussi efficace, ce qui se manifeste par des instabilités d'arc et des projections. Au dessus de la valeur de 25°, il apparaît des perturbations lorsque du métal fondu est éjecté par le jet de gaz. D'autre part, le jet de gaz avec une orientation horizontale risque d'entraîner de l'air ambiant derrière l'arc, ce qui dégrade la protection du bain de soudage.
Le débit de gaz idéal pour la protection de l'arc et du bain de soudage est donné par une valeur normalisée à la surface d'environ 0.05 l/min x mm2. Ainsi, pour une buse de 20 mm de diamètre, en soudage automatique, le débit est de 30 l/min, alors que pour une buse de 16 mm de diamètre, en soudage manuel, le débit est de 20 l/min. .
Exemple 1 : choix d'un mélange gazeux Dans un premier temps, les inventeurs de la présente invention ont cherché à déterminer des effets de plusieurs composés gazeux contenus dans un mélange de gaz de protection à base d'argon.
Les composants de mélange ayant été testés et les résultats obtenus sont donnés dans le tableau I ci-après.
Tableau I
Dans e tableau I, "+++" signifie excellent, "++" très bon, "+" signifie bon^ "0" signifie moyen, "-" signifie mauvais et , "--" signifie très mauvais.
En ce qui concerne la stabilité d'arc, on voit dans le tableau I que, lorsqu'on on rajoute des élément oxydants à l'argon, tels que le 02 et le C02, la stabilité d'arc est augmentée de par la formation des oxydes superficiels plus émissifs. L'azote peut amener également un effet de stabilisation mais dans une moindre mesure.
Certains éléments, tels que He ou H2 dans l'argon, ont une contribution positive sur l'aspect et la morphologie du cordon.
L'arc sous hélium nécessite une tension plus élevée et donc une énergie apportée au bain de fusion plus importante qui peut améliorer les conditions de mouillage du cordon mais rendre plus difficile ma maîtrise de la pénétration sur les tôles fines.
L'hydrogène contribue à une amélioration de la morphologie et de l'aspect , de cordon.
La première propriété est liée à un effet de constriction de l'arc dans la zone proche de l'extrémité du fil, c'est-à-dire une dissociation endothermique qui provoque un refroidissement important de la périphérie externe et donc la constriction, et à un effet de restitution de chaleur importante au niveau de la pièce à souder, à savoir une recombinaison sur la surface avec libération d'énergie. La seconde propriété, par effet réducteur de l'hydrogène, permet d'obtenir des cordons exempts d'oxydes de surface.
Exemple 2 : test du mélange gazeux 98.5% Ar + 1% H-, .. 0.5% CO-,
Dans cet exemple, le mélange gazeux mélange formé de 98.5% Ar + 1% H2 + 0.5% C02 (% volumiques) est évalué en soudage automatique et en soudage manuel en adoptant les paramètres suivants :
En soudage automatique :
- distance buse-pièce (d) : 15 mm
- débit de gaz (Q) : 30 l/min
- vitesse de soudage (Vs) : 50 cm/min
- angle torche/verticale : 25°
En soudage manuel :
- distance buse-pièce (d) : 12 mm
- débit de gaz (Q) : 20 l/min
- vitesse de soudage (Vs) : 40 cm/min
- angle torche/verticale: 25°
Les autres paramètres adoptés (type de fil d'apport, régime de transfert...) sont donnés dans le tableau II ci-après pour le mélange 98.5% Ar + 1% H2 + 0.5% C02.
Tableau II
(1) essais faits en soudage automatique avec générateur de courant 480TR16 commercialisé par la société LA SOUDURE AUTOGENE FRANÇAISE.
(2) essais faits en soudage manuel avec générateur de courant TPS2700 commercialisé par la société FRONIUS.
(3) vitesse en soudage manuel estimée à titre indicative.
Dans la colonne (Umoy), les nombres entre parenthèses correspondent à la tension pour de l'argon pur.
La comparaison des résultats obtenus se fait sur l'aspect métallurgique et sur les conditions opératoires : facilité de mise en œuvre, fusion du fil, stabilité de l'arc et taux de projections.
La figure 1 permet de comparer la stabilité d'arc en soudage puisé avec de l'argon (graphe du haut) ou, à titre comparatif, le mélange gazeux Ar-H2-C02 de l'invention (graphe du bas). Comme on peut le voir, en soudage puisé, l'amélioration de la stabilité d'arc se traduit par une dispersion réduite de la tension (U) crête et de la tension de détachement de goutte en tension basse.
En soudage court-circuit, on apprécie essentiellement la régularité de la fréquence de court-circuit, du rapport temps d'arc et temps de court-circuit, et l'intensité de court-circuit. Le mouillage a un intérêt particulier pour le soudo-brasage.
La figure 2 permet de comparer le mouillage obtenu en soudage puisé avec de l'argon (graphe du haut) ou, à titre comparatif, le mélange gazeux Ar- H2-C02 de l'invention (graphe du bas).
Sur les coupes macrographiques de la figure 2, le mouillage est caractérisé par la largeur (L), l'épaisseur (H), la pénétration (P) et l'angle de raccordement (α). Un exemple de cette évaluation se trouvent en annexe (fig.2). Les performances mécaniques des assemblages des tôles d'épaisseur 0.8mm obtenus sont évaluées par la résistance à la rupture (Rm) déterminée en essai de traction 'guidée'. Les résultats sont donnés dans le tableau III ci-après pour le mélange gazeux ternaire de l'invention (Ar/C02/02 de composition 98.5% Ar + 1% H2 + 0.5% C02) et, à titre comparatif, un mélange gazeux binaire d'argon additionné de 2% en vol. de C02 (Ar+2%C02).
Tableau III
(1) et (2) : voir légende sous Tableau IL
(3) Rupture systématique dans le métal de base
Echelle d'évaluation voir légende sous Tableau IL Comme on le voit, le mélange gazeux ternaire de l'invention (98.5% Ar +
1% H2 + 0.5% C02) conduit comparativement à de très bons résultats par rapport au mélange binaire de référence.
Des essais complémentaires réalisés dans des ont montrés que, dans une plage de 0.3% à 2% en volume de C02, on obtient un effet satisfaisant de stabilisation de l'arc pour une teneur en C02 d'environ 0.5 %. Cependant, une augmentation de cette teneur en C02 n'est pas désirable car elle engendre des effets négatifs d'oxydation du joint de soudure, notamment dépôts d'oxydes et fumées.
De même, dans une plage de 0.5% à 10% en H2, la limite supérieure est déterminée par la solubilité maximale de l'hydrogène dans le métal fondu qui se traduit par un risque d'apparition de porosités dès que la limite haute est franchie. A l'aide d'un dépôt multicouche, simulant une reprise,' une répartition ou une consolidation locale, on a montré que ce risque n'existe pas pour un pourcentage d'hydrogène inférieur à environ 2%. Par sécurité, la teneur en H2 a été limitée à 1% en vol., ce qui représente aussi un bon compromis entre l'amélioration de la forme et de l'aspect du cordon, et l'accroissement de la vitesse de soudage. Des dosages d'hydrogène total dans le métal déposé ont montré un taux de 6 μg/g, ce qui correspond à 0.067g/cm3, sachant que la valeur maximale de solubilité admise au plan industriel est de 0.100 g/cm3 pour un alliage de cuivre et d'aluminium Un critère spécifique pour l'industrie automobile est l'aptitude du procédé à absorber des jeux entre les tôles, c'est-à-dire des tolérances d'assemblage.
Pour les pièces de fines épaisseurs (<1.5mm), le jeu peut être égal à l'épaisseur.
De manière particulièrement avantageuse, les assemblages soudés avec le mélange de gaz ternaire de l'invention ont toléré un jeu allant jusqu'à 2mm pour une épaisseur de 1.5mm, soit un jeu, supérieur à l'épaisseur des pièces soudées.
A titre comparatif, l'utilisation de mélanges de gaz à base d'argon additionné de quelques pourcentages d'oxygène ou d'azote amènent plus d'énergie dans le bain de soudage et engendre rapidement un risque de perçage indésirable de la tôle supérieure de l'assemblage.
En outre, lors d'un assemblage soudo-brasé, il est souhaitable de créer un assemblage avec dilution minimale du métal de base, typiquement le fer. Cependant, on tolère une légère fusion de ce métal de base afin d'éviter un simple collage du cordon. Durant les essais réalisés dans le cadre de la présente invention, il a été constaté que le taux de dilution du fer dans le métal déposé, calculé selon les contributions volumiques, reste en dessous de 5% pour les tôles de 1.5 mm épaisseur, qui est un valeur tout à fait admissibles au plan industriel.
Le mélange de gaz de l'invention a montré, en outre, une aptitude à conférer une bonne maniabilité en soudage manuel puisque le soudage en verticale descendante et en corniche ne nécessitent pas d'adaptation de paramètres particuliers par rapport à un soudage en position à plat.
Il est à noter que l'aspect de surface du cordon peut être encore amélioré en utilisant un "traînard" qui prolonge la zone de protection de 50mm environ pour optimiser la protection gazeuse du bain de soudage pendant le refroidissement car cela permet d'éliminer les oxydes de cuivre formés sur le cordon, phénomène ayant essentiellement lieu avec le métal d'apport CuSi3.
Si la buse annulaire est alimentée avec le mélange gazeux ternaire de protection de l'invention, le "traînard" peut être alimenté de préférence avec le même mélange ou en argon pur (débit 101/min environ).

Claims

Revendications
1. Mélange gazeux constitué d'hydrogène, de dioxyde de carbone et d'argon dans les proportions en volume suivantes :
- de 0.4 à 2% d'hydrogène, de 0.3 à 2% de dioxyde de carbone, et de l'argon pour le reste (jusqu'à 100%).
2. Mélange gazeux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient au plus 1.95% d'hydrogène, de préférence au plus 1.5% d'hydrogène, de préférence encore au plus 1.3% d'hydrogène.
3. Mélange gazeux selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il contient au moins 0.5% d'hydrogène, de préférence au moins de 0.7% d'hydrogène.
4. Mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient au plus 1% de dioxyde de carbone, de préférence au plus 0.8% de dioxyde de carbone.
5. Mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il contient au moins 0.35% de dioxyde de carbone, de préférence au moins 0.4% de dioxyde de carbone.
6. Mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il contient :
- de 0.8 à 1.1 % d'hydrogène, de 0.4 à 0.7% de dioxyde de carbone, - et de l'argon pour le reste (jusqu'à 100%).
7. Mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il contient approximativement :
1 % d'hydrogène, - 0.5% de dioxyde de carbone,
- et de l'argon pour le reste (jusqu'à 100%).
8. Procédé de soudo-brasage de pièces métalliques galvanisées, dans lequel on réalise un brasage entre les pièces à assembler par fusion, au moyen d'au moins un arc électrique, d'un fil métallique d'apport avec mise en œuvre d'une protection gazeuse du brasage, caractérisé en ce que la protection gazeuse est formée d'un mélange gazeux selon l'une des revendications 1 à 7.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les pièces à assembler ont une épaisseur inférieure à 3 mm, de préférence comprise entre 0.5 et 2 mm.
10. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le fil d'apport est en alliage de cuivre et d'aluminium ou de silicium.
11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les pièces métalliques sont en acier au carbone non allié.
12. Procédé de fabrication d'éléments de véhicule automobile formés de plusieurs pièces assemblées par un procédé de soudo-brasage selon l'une des revendications 8 à 11, en particulier d'éléments de véhicule automobile choisis dans le groupe formé par la caisse du véhicule ou les jonctions sol/charnons, le berceau moteur, les traverses de planches de bord, les longerons, les traverses sous sièges et les composants hydroformés.
13. Procédé de fabrication d'un conteneur formé de plusieurs pièces assemblées par un procédé de soudo-brasage selon l'une des revendications 8 à 11.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2875966B1 (fr) * 2004-09-30 2008-09-05 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique tournante telle qu'un alternateur, adaptable a differents types de moteurs thermiques
US20090095720A1 (en) * 2006-02-17 2009-04-16 Toshikazu Kamei Shielding gas for hybrid welding and hybrid welding method using the same
FR2912675B1 (fr) * 2007-02-16 2009-04-17 Commissariat Energie Atomique Procede d'assemblage refractaire entre un materiau carbone et un alliage de cuivre
JP5078143B2 (ja) * 2008-01-25 2012-11-21 日鐵住金溶接工業株式会社 亜鉛めっき鋼板のプラズマ溶接方法
US20110174784A1 (en) * 2008-09-30 2011-07-21 Toshikazu Kamei Method for gas-shielded arc brazing of steel sheet
JP5287962B2 (ja) * 2011-01-26 2013-09-11 株式会社デンソー 溶接装置
JP2013212532A (ja) * 2012-04-04 2013-10-17 Iwatani Industrial Gases Corp アーク溶接用シールドガス
US9999944B2 (en) 2012-08-28 2018-06-19 Hobart Brothers Company Systems and methods for welding electrodes
US10543556B2 (en) * 2012-08-28 2020-01-28 Hobart Brothers Llc Systems and methods for welding zinc-coated workpieces
FR2998202B1 (fr) * 2012-11-19 2015-04-17 Centre Nat Rech Scient Soudage heterogene aluminium/cuivre
EP3055101A2 (fr) 2013-10-09 2016-08-17 Hobart Brothers Company Systèmes et procédés pour électrodes de soudage résistant à la corrosion
US10300565B2 (en) 2014-10-17 2019-05-28 Hobart Brothers Company Systems and methods for welding mill scaled workpieces
JP6518160B2 (ja) * 2015-07-27 2019-05-22 株式会社神戸製鋼所 亜鉛めっき鋼板の溶接方法
DE102017006562A1 (de) 2017-07-11 2019-01-17 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Fügevorrichtung zum thermischen Fügen von Bauteilen, Fügeanordnung und Verfahren zum thermischen Fügen
JP7428601B2 (ja) * 2020-06-29 2024-02-06 株式会社神戸製鋼所 ガスシールドアーク溶接方法、構造物の製造方法及びシールドガス

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1910405C3 (de) * 1969-02-28 1980-07-10 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und Einrichtung zum Herstellen von Schutzgasgemischen für das Schweißen und Schneiden
FR2719514B1 (fr) * 1994-05-04 1996-06-07 Air Liquide Mélange gazeux de protection et procédé de soudage à l'arc de pièces en aciers inoxydables.
SE508596C2 (sv) * 1996-11-13 1998-10-19 Aga Ab Förfarande för hårdlödning medelst plasma
FR2776550B1 (fr) 1998-03-26 2000-05-05 Air Liquide Procede de soudage ou de coupage plasma ou tig avec gaz non-oxydant a faible teneur en impuretes h2o et/ou o2
JP2000197971A (ja) * 1998-12-25 2000-07-18 Nippon Sanso Corp オ―ステナイト系ステンレス鋼の溶接用シ―ルドガス
JP3422970B2 (ja) * 2000-05-12 2003-07-07 東洋エンジニアリング株式会社 高クロムオ−ステナイトステンレス鋼管の溶接方法
FR2813544B1 (fr) * 2000-09-06 2002-10-18 Air Liquide Procede de soudage mig du nickel et des alliages de nickel avec gaz de protection a base d'argon et de co2
US6570127B2 (en) * 2001-05-03 2003-05-27 Praxair Technology, Inc. Shielding gas mixture for MIG brazing
DE10218297A1 (de) * 2001-05-11 2002-11-14 Linde Ag Tandemschweißschutzgas
FR2835456B1 (fr) 2002-02-01 2004-04-02 Air Liquide Procede de soudage d'elements de vehicules automobiles, en particulier de flancs raboutes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03064098A3 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP4422484B2 (ja) 2010-02-24
US7241970B2 (en) 2007-07-10
JP2005515899A (ja) 2005-06-02
WO2003064098A3 (fr) 2004-04-15
WO2003064098A2 (fr) 2003-08-07
CA2474527C (fr) 2011-01-04
CA2474527A1 (fr) 2003-08-07
US20050082349A1 (en) 2005-04-21
FR2835457B1 (fr) 2004-04-02
FR2835457A1 (fr) 2003-08-08

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