FR2835457A1 - Melange gazeux ternaire utilisable en soudo-brasage de pieces galvanisees - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
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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 oeuvre 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.
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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 r alternative utilisée depuis plusieurs années dans l'industrie automobile.
par procédé flamme, MIG/MAG, TIG, plasma ou laser constitue une bonne r 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 8900C 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 details sur le procédé de soudo-brasage.
Plusieurs types d'alliages peuvent être appliqués en soudo-brasage. Les alliages type CuAI (CuAls) sont utilisés principalement pour obtenir un bel aspect du cordon et des bonnes caractéristiques mécaniques, alors que les alliages type Cutis 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 pulsé.
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
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limité à une certaine vitesse de fil, à laquelle va répondre une plage donnée de vitesse de soudage.
Le transfert en courant pulsé 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 pulsé 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 ioue un rô'e important pour ! e procédé car i ! a une influence notabie 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 Dünnbleche und Profile. Schweissen und Schneiden, H. Hackl, 6.1998, Düsseldorf 1998 ; MIG Lötverbindungen, Besonderheiten und Eigenschaften, H. Herold, DVS Berich 204, Düsseldorf 1999 ; et Beitrag zum MSG Impulslichtbogenschweissen von unbeschichteten und beschichteten Feinbleche, G. Groten, DVS Band 35, Dissertation ISF Aachen 1991, Düsseldorf 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, Schutzgas zum Lôten, Neue Technologien für den Dünnblechbereich, SLV München 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, Düsseldorf 1986, qui décrit un mélange d'argon avec 30% en vol. d'hélium pour fil CuA) s ou avec 5% d'oxygène pour fil CuSi3.
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La présente invention vise donc à améliorer le procédé MIG de soudo- brasage en proposant un mélange gazeux permettant, lors de sa mise en oeuvre 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 contenant de t'hydrogène, du dioxyde de carbone et de l'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 1.5% d'hydrogène, de préférence 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 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
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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, 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 pulsé ou par court-circuit.
- les pièces sont galvanisées par électro-zingage ou galvanisées à chaud.
- il met en oeuvre 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 charnons, 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...
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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.
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 J. 1m d'épaisseur.
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 J. 1m d'épaisseur.
Les assemblages sont positionnés à clin et à plat.
Des fils d'apport de type CuA ! s et de type CuSi3 et de diamètres de 1 mm et de
1.2 mm sont mis en oeuvre selon les deux types de transfert, court circuit et pulsé.
1.2 mm sont mis en oeuvre selon les deux types de transfert, court circuit et pulsé.
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 nondébouchantes 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 250, 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 I/min x mm2. Ainsi,
<Desc/Clms Page number 7>
pour une buse de 20 mm de diamètre, en soudage automatique, le débit est de 30 I/min, alors que pour une buse de 16 mm de diamètre, en soudage manuel, le débit est de 20 I/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.
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 1 ci-après.
Tableau 1
<tb>
<tb> Gaz <SEP> Stabilité <SEP> d'arc <SEP> Compacité <SEP> 1 <SEP> Mouillage <SEP> Oxydation <SEP> Autres <SEP> 1 <SEP> risques
<tb> Porosités
<tb> argon <SEP> + <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> +
<tb> C02 <SEP> +++ <SEP> ±
<tb> 02 <SEP> ++±±-Porosité/racine
<tb> H2 <SEP> ++'-++ <SEP> +
<tb> He <SEP> 0 <SEP> + <SEP> ++ <SEP> + <SEP> arc <SEP> évasé
<tb> N2 <SEP> + <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> +
<tb>
<tb> Gaz <SEP> Stabilité <SEP> d'arc <SEP> Compacité <SEP> 1 <SEP> Mouillage <SEP> Oxydation <SEP> Autres <SEP> 1 <SEP> risques
<tb> Porosités
<tb> argon <SEP> + <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> +
<tb> C02 <SEP> +++ <SEP> ±
<tb> 02 <SEP> ++±±-Porosité/racine
<tb> H2 <SEP> ++'-++ <SEP> +
<tb> He <SEP> 0 <SEP> + <SEP> ++ <SEP> + <SEP> arc <SEP> évasé
<tb> N2 <SEP> + <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> +
<tb>
Dans le tableau I,"+++"s ! gnifie excettent,"++"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 1 que, lorsqu'on on rajoute des élément oxydants à l'argon, tels que le O2 et le CO2, 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.
<Desc/Clms Page number 8>
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.
Exempte 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% CO2 (% 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 I/min - vitesse de soudage (Vs) : 50 cm/min - angle torche/verticale : zu
En soudage manuel : - distance buse-pièce (d) : 12 mm - débit de gaz (Q) : 20 I/min - vitesse de soudage (Vs) : 40 cm/min
- angle torche/verticale : 250 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 Hz+0. 5% CO2.
Dans cet exemple, le mélange gazeux mélange formé de 98. 5% Ar + 1% H2 + 0. 5% CO2 (% 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 I/min - vitesse de soudage (Vs) : 50 cm/min - angle torche/verticale : zu
En soudage manuel : - distance buse-pièce (d) : 12 mm - débit de gaz (Q) : 20 I/min - vitesse de soudage (Vs) : 40 cm/min
- angle torche/verticale : 250 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 Hz+0. 5% CO2.
<Desc/Clms Page number 9>
Tableau II
<tb>
<tb> transfert <SEP> transfert
<tb> court-circuit <SEP> courrant <SEP> pulsé
<tb> (2) <SEP> (1)
<tb> Vfil <SEP> Umoy <SEP> Imoy <SEP> Vs <SEP> Pmoy <SEP> Elin
<tb> [m/min] <SEP> [V] <SEP> [A] <SEP> cm/min <SEP> [kW] <SEP> [J/mm]
<tb> CuAlS
<tb> 0.8 <SEP> mm <SEP> 4 <SEP> 19 <SEP> (17.6) <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP> 1.37 <SEP> 110
<tb> 1.5 <SEP> mm <SEP> 5 <SEP> 19.4 <SEP> (17.6) <SEP> 95 <SEP> 50 <SEP> 1.94 <SEP> 233
<tb> CuSi3
<tb> 0.8 <SEP> mm <SEP> 2.7 <SEP> 19 <SEP> 44 <SEP> 50 <SEP> 0.84 <SEP> 101
<tb> 1.5 <SEP> mm <SEP> 5 <SEP> 20.2 <SEP> 86 <SEP> 50 <SEP> 1.74 <SEP> 209
<tb> Vfil <SEP> Umoy <SEP> Imoy <SEP> Vs <SEP> (3) <SEP> Pmoy <SEP> Elin <SEP> (3)
<tb> [m/min] <SEP> [V] <SEP> [A] <SEP> cm/min <SEP> [kW] <SEP> [J/mm]
<tb> CuAlS
<tb> 0.8 <SEP> mm <SEP> 3.6 <SEP> 15.6 <SEP> 87 <SEP> #70 <SEP> 1.36 <SEP> 116
<tb> 1.5 <SEP> mm <SEP> 4.6 <SEP> 16.3 <SEP> 106 <SEP> #70 <SEP> 1.73 <SEP> 148
<tb> CuSi3
<tb> 0.8 <SEP> mm <SEP> 3.7 <SEP> 14.9 <SEP> 79 <SEP> #70 <SEP> 1.18 <SEP> 101
<tb> 1.5 <SEP> mm <SEP> 5.5 <SEP> 15.2 <SEP> 106 <SEP> #70 <SEP> 1.61 <SEP> 138
<tb>
(1) essais faits en soudage automatique avec générateur de courant
480TR16 commercialisé par la société LA SOUDURE AUTOGENE FRANCISE.
<tb> transfert <SEP> transfert
<tb> court-circuit <SEP> courrant <SEP> pulsé
<tb> (2) <SEP> (1)
<tb> Vfil <SEP> Umoy <SEP> Imoy <SEP> Vs <SEP> Pmoy <SEP> Elin
<tb> [m/min] <SEP> [V] <SEP> [A] <SEP> cm/min <SEP> [kW] <SEP> [J/mm]
<tb> CuAlS
<tb> 0.8 <SEP> mm <SEP> 4 <SEP> 19 <SEP> (17.6) <SEP> 72 <SEP> 75 <SEP> 1.37 <SEP> 110
<tb> 1.5 <SEP> mm <SEP> 5 <SEP> 19.4 <SEP> (17.6) <SEP> 95 <SEP> 50 <SEP> 1.94 <SEP> 233
<tb> CuSi3
<tb> 0.8 <SEP> mm <SEP> 2.7 <SEP> 19 <SEP> 44 <SEP> 50 <SEP> 0.84 <SEP> 101
<tb> 1.5 <SEP> mm <SEP> 5 <SEP> 20.2 <SEP> 86 <SEP> 50 <SEP> 1.74 <SEP> 209
<tb> Vfil <SEP> Umoy <SEP> Imoy <SEP> Vs <SEP> (3) <SEP> Pmoy <SEP> Elin <SEP> (3)
<tb> [m/min] <SEP> [V] <SEP> [A] <SEP> cm/min <SEP> [kW] <SEP> [J/mm]
<tb> CuAlS
<tb> 0.8 <SEP> mm <SEP> 3.6 <SEP> 15.6 <SEP> 87 <SEP> #70 <SEP> 1.36 <SEP> 116
<tb> 1.5 <SEP> mm <SEP> 4.6 <SEP> 16.3 <SEP> 106 <SEP> #70 <SEP> 1.73 <SEP> 148
<tb> CuSi3
<tb> 0.8 <SEP> mm <SEP> 3.7 <SEP> 14.9 <SEP> 79 <SEP> #70 <SEP> 1.18 <SEP> 101
<tb> 1.5 <SEP> mm <SEP> 5.5 <SEP> 15.2 <SEP> 106 <SEP> #70 <SEP> 1.61 <SEP> 138
<tb>
(1) essais faits en soudage automatique avec générateur de courant
480TR16 commercialisé par la société LA SOUDURE AUTOGENE FRANCISE.
(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 oeuvre, fusion du fil, stabilité de l'arc et taux de projections.
La figure 1 permet de comparer la stabilité d'arc en soudage pulsé 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 pulsé, 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 pulsé avec de l'argon (graphe du haut) ou, à titre comparatif, le mélange gazeux Ar- 5 H2-CO2 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
<Desc/Clms Page number 10>
raccordement (a). 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/COz/Oz de composition 98.5% Ar + 1% H2 + 0. 5% CO2) et, à titre comparatif, un mélange gazeux binaire d'argon additionné de 2% en vol. de CO2 (Ar+2%CO2).
Tableau III
<tb>
<tb> transfert <SEP> court-circuit <SEP> (2) <SEP> transfert <SEP> courrant <SEP> pulsé <SEP> (1)
<tb> Fil <SEP> / <SEP> gaz <SEP> Vs <SEP> max <SEP> [m/min] <SEP> projections <SEP> Aspect <SEP> Mouillage <SEP> Oxydes <SEP> Chaleur <SEP> / <SEP> déformation <SEP> Rm <SEP> (3) <SEP> [MPa]
<tb> CuAlS
<tb> mélange <SEP> +++ <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> 304.4
<tb> Argon <SEP> + <SEP> + <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 296.8
<tb> Ar/H2/N2 <SEP> ++ <SEP> - <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 303.0
<tb> CuSi3
<tb> Mélange <SEP> +++ <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> 272.3
<tb> Ar+2% <SEP> CO2 <SEP> ++ <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 275.4
<tb> Ar/CO2/O2 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> -- <SEP> 271.4
<tb> Fil <SEP> / <SEP> gaz <SEP> Vs <SEP> max <SEP> [m/min] <SEP> Projections <SEP> aspect <SEP> Mouillage <SEP> Oxydes <SEP> Chaleur <SEP> / <SEP> déform <SEP> Rm <SEP> (3) <SEP> [MPa]
<tb> CuAlS <SEP> Mélange <SEP> + <SEP> ++ <SEP> ++ <SEP> ++ <SEP> +++ <SEP> gazeux
<tb> Argon <SEP> 0 <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> ++ <SEP> CuSi3 <SEP> Ar+2% <SEP> CO2 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> ++ <SEP> mélange <SEP> + <SEP> ++ <SEP> ++ <SEP> 0 <SEP> +++ <SEP> -
<tb>
(1) et (2) : voir légende sous Tableau II.
<tb> transfert <SEP> court-circuit <SEP> (2) <SEP> transfert <SEP> courrant <SEP> pulsé <SEP> (1)
<tb> Fil <SEP> / <SEP> gaz <SEP> Vs <SEP> max <SEP> [m/min] <SEP> projections <SEP> Aspect <SEP> Mouillage <SEP> Oxydes <SEP> Chaleur <SEP> / <SEP> déformation <SEP> Rm <SEP> (3) <SEP> [MPa]
<tb> CuAlS
<tb> mélange <SEP> +++ <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> 304.4
<tb> Argon <SEP> + <SEP> + <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 296.8
<tb> Ar/H2/N2 <SEP> ++ <SEP> - <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 303.0
<tb> CuSi3
<tb> Mélange <SEP> +++ <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> 272.3
<tb> Ar+2% <SEP> CO2 <SEP> ++ <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> + <SEP> 275.4
<tb> Ar/CO2/O2 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> -- <SEP> 271.4
<tb> Fil <SEP> / <SEP> gaz <SEP> Vs <SEP> max <SEP> [m/min] <SEP> Projections <SEP> aspect <SEP> Mouillage <SEP> Oxydes <SEP> Chaleur <SEP> / <SEP> déform <SEP> Rm <SEP> (3) <SEP> [MPa]
<tb> CuAlS <SEP> Mélange <SEP> + <SEP> ++ <SEP> ++ <SEP> ++ <SEP> +++ <SEP> gazeux
<tb> Argon <SEP> 0 <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> ++ <SEP> CuSi3 <SEP> Ar+2% <SEP> CO2 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> ++ <SEP> mélange <SEP> + <SEP> ++ <SEP> ++ <SEP> 0 <SEP> +++ <SEP> -
<tb>
(1) et (2) : voir légende sous Tableau II.
(3) Rupture systématique dans le métal de base
Echelle d'évaluation voir légende sous Tableau II.
Echelle d'évaluation voir légende sous Tableau II.
Comme on le voit, le mélange gazeux ternaire de l'invention (98. 5% Ar + 1% H2 + 0. 5% CO2) conduit comparativement à de très bons résultats par rapport au mélange binaire de référence.
<Desc/Clms Page number 11>
Des essais complémentaires réalisés dans des ont montrés que, dans une plage de 0.3% à 2% en volume de CO2, on obtient un effet satisfaisant de stabilisation de l'arc pour une teneur en CO2 d'environ 0.5 %. Cependant, une augmentation de cette teneur en CO2 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 I1g/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.
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.
<Desc/Clms Page number 12>
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 (13)
1. Mélange gazeux contenant de l'hydrogène, du dioxyde de carbone et de l'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. 5% d'hydrogène, de préférence 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%).
<Desc/Clms Page number 14>
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 oeuvre 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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