WO2000076716A1 - Method for assembling metal parts with an induction-heated metallic powder - Google Patents

Method for assembling metal parts with an induction-heated metallic powder Download PDF

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WO2000076716A1
WO2000076716A1 PCT/FR2000/001585 FR0001585W WO0076716A1 WO 2000076716 A1 WO2000076716 A1 WO 2000076716A1 FR 0001585 W FR0001585 W FR 0001585W WO 0076716 A1 WO0076716 A1 WO 0076716A1
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powder
temperature
metal
assembly
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Céline COSSU
Denis Barberi
Alain Laille
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • 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
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/002—Soldering by means of induction heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered

Definitions

  • the invention arises from the assembly of metal parts with filler metal and is somewhat similar to brazing.
  • the heating process is induction.
  • brazing is carried out which consists in using a metal powder whose melting temperature is lower than the melting temperature of the two parts to be assembled.
  • brazing methods using induction heating, using a filler metal in powder form.
  • Many metals can be joined in this way, especially copper or stainless steel, using the appropriate filler materials.
  • copper these are generally alloys with a high copper content and silver, or copper zinc.
  • the soldering temperature is of the order of 700 to 800 ° C.
  • the filler alloys are based on silver, copper, nickel or gold. Brazing is carried out between 700 and 1100 ° C.
  • the various filler materials in powder form are often mixed with a flux. In all these cases, the filler material in powder form is a material different from the two parts to be assembled and has a melting temperature lower than the melting temperature of the two parts.
  • the base metal powder is always accompanied by a filler material whose melting temperature is lower than that of the base metal. Pressure is always applied during the soldering cycle, so as to favor the elimination of pores at the level of the connection (see American patent US Pat. No. 5,812,925).
  • the main object of the invention is a method of assembling two metal parts by melting a filler material, characterized in that it consists in:
  • the use of these two combined means makes it possible in particular not to use any chemical input element and not to have to exert pressure at high temperature to make the connection.
  • the two parts are of the same nature and the powder is of the same material as that constituting the parts, the melting temperature of the powder and of the parts being the same. It is possible to compact the powder before it is inserted between the two parts.
  • the invention is somewhat similar to induction brazing, but differs from it by an essential point which is as follows.
  • the filler material is a metal powder, the melting temperature of which is greater than or equal to the melting temperature of the two parts to be assembled in the case of the assembly of parts of the same material, or greater than or equal to the temperature of melting of the part with the lowest melting temperature in the case of parts of different natures.
  • the induction heating of a metallic powder implies a much more complex distribution of the induced currents than in the case of the same material of a dense part because the medium constituted by a metallic powder is not not homogeneous.
  • the presence and nature of oxide films on the surface of the particles influences the circulation of the currents induced in the powder. The rise in temperature due to the circulation of the induced currents is therefore very different in the powder compared to that in the parts.
  • the powder in its initial state which is not the seat of induced currents
  • the powder when the metal contacts between the particles are established and there can be circulation of induced currents in the initial state, namely ambient temperature, the coupling conditions are generally unfavorable for the powder, since the electrical resistivity of the powders used is very high, due to the presence of a surface layer of oxide on the particles.
  • the temperature of the powder increases due to heat transfers with the dense parts.
  • the surface layers of oxide which may exist on the surface of the particles of the powder change in nature or are eliminated.
  • there are more and more metal contacts between the particles and their surfaces increase under the effect of temperature.
  • the mode of circulation of the currents induced in the powder therefore changes significantly during heating, which results in a large variation in the efficiency of the heating.
  • its temperature can be higher than that of dense parts. It is therefore possible to obtain its fusion without melting the pieces.
  • the efficiency of induction heating is different depending on whether the powder particles are in metallic contact or electrically isolated from each other by oxide films.
  • the induced currents develop at the periphery of the granular medium and facilitate, for example, the assembly of tubular parts.
  • the behavior is very different in the case where the metal contacts between the particles of the filler metal are not created before assembly.
  • the formation of the first contacts and the circulation of very intense induced currents cause very large voltage variations within the granular medium. It is possible to reach the values of "breakdown voltage" at the contacts covered with insulating films. In this case, the fusion at these contacts is reached quickly and extends to the whole of the granular medium.
  • the powder can also be previously compacted, so as to facilitate its positioning between the parts to be assembled.
  • the assembly is obtained thanks to the usual phenomena of wetting, capillarity, as for brazing.
  • the quality of the assembly depends on the materials, the different parameters used, the initial characteristics of the powder and the temperature cycle.
  • the metal parts and the powder can be made of a pure metal or an alloy.
  • the powder can consist of a mixture of particles of different metals.
  • the preferred application of this process relates to metallic parts and to powder made of the same material. So that the assembly can be carried out when all the powder is in the liquid state, the induction heating must stop when all the powder is melted.
  • the basic steps of the process are as follows.
  • An example is to assemble copper pellets with copper powder.
  • the two pellets are cylindrical in shape, with a diameter of 20 mm and a height of 5 mm.
  • a few grams of copper powder are sandwiched between the two copper pellets, so as to obtain a thin layer of copper of a few micrometers, distributed as uniformly as possible over the entire surface of the pellets.
  • the particle size is of the order of 40 micrometers.
  • Induction heating is carried out using a high-frequency generator with a power of 25 kW.
  • the inductor used is an inductor with two turns, diameter 56 mm and height 10 mm.
  • the assembly takes place under secondary vacuum at a frequency of 155 KHz.
  • Another example consists in assembling Z2CN18-10 stainless steel pellets, commonly called AiSi 304 with Z12CN25-20 stainless steel powder, commonly called AiSi 310.
  • the test results show that the mechanical strength of the assemblies is of the order of 70% of the breaking strength of the reference material and the elongation at break is 90% of that of the reference material.
  • This process can be applied to different metals and alloys.
  • the device preferably uses a high frequency generator, as a source of induction heating. This technique is therefore very easy to implement and directly usable as a replacement for traditional induction brazing for improved performance.

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Abstract

The invention concerns a method for assembling metal parts without any risk of their being melted, when assembled at high temperature. It consists in using as filler material a powder whereof the melting point is not less than the melting point of the material from which the parts are made, when they are of similar type, or whereof the melting point is not less than that of the part whereof the melting temperature is the lowest when the parts are of different types. The assembly is induction-heated, the powder being melted without melting the parts by virtue of a temperature higher than that of the parts. The invention is useful for assembling any metallic parts made of metals or metal alloys and particularly useful for assembling parts of the same type using a powder of the same material.

Description

PROCEDE D'ASSEMBLAGE DE PIECES METALLIQUES PAR UNE POUDRE METALLIQUE CHAUFFEE PAR INDUCTION METHOD FOR ASSEMBLING METAL PARTS BY INDUCTION HEATED POWDER
DESCRIPTIONDESCRIPTION
Domaine de 1 ' inventionField of the invention
L'invention ressortit à l'assemblage des pièces métalliques avec métal d'apport et s'apparente un peu au brasage. Le procédé de chauffage est 1 'induction.The invention arises from the assembly of metal parts with filler metal and is somewhat similar to brazing. The heating process is induction.
Art antérieur et problème poséPrior art and problem posed
Dans le domaine de l'assemblage de deux pièces métalliques, de même matériau ou non, au moyen d'une poudre métallique placée entre ces deux pièces, on cherche à chauffer ladite poudre métallique dans le but de la transformer temporairement en matériau fondu, pour devenir un élément de liaison rigide entre les deux pièces, une fois refroidie. Ainsi, on réalise le brasage qui consiste à utiliser une poudre métallique dont la température de fusion est inférieure à la température de fusion des deux pièces à assembler. De plus, on connaît des procédés de brasage utilisant le chauffage par induction, mettant en œuvre un métal d'apport sous forme de poudre. De nombreux métaux peuvent être assemblés de cette façon, en particulier le cuivre ou l'acier inoxydable, en utilisant les matériaux d'apport appropriés. Pour le cuivre, il s'agit généralement d'alliages à forte teneur en cuivre et argent, ou cuivre zinc. La température de brasage est de l'ordre de 700 à 800 °C. Pour l'acier inoxydable, les alliages d'apport sont à base d'argent, de cuivre, de nickel ou d'or. Le brasage est réalisé entre 700 et 1 100°C. Les différents matériaux d'apport sous forme de poudre sont souvent mélangés à un flux. Dans tous ces cas, le matériau d'apport sous forme de poudre est un matériau différent des deux pièces devant être assemblées et a une température de fusion inférieure à la température de fusion des deux pièces.In the field of assembling two metal parts, of the same material or not, by means of a metal powder placed between these two parts, it is sought to heat said metal powder in order to temporarily transform it into molten material, to become a rigid connecting element between the two parts, once cooled. Thus, brazing is carried out which consists in using a metal powder whose melting temperature is lower than the melting temperature of the two parts to be assembled. In addition, there are known brazing methods using induction heating, using a filler metal in powder form. Many metals can be joined in this way, especially copper or stainless steel, using the appropriate filler materials. For copper, these are generally alloys with a high copper content and silver, or copper zinc. The soldering temperature is of the order of 700 to 800 ° C. For stainless steel, the filler alloys are based on silver, copper, nickel or gold. Brazing is carried out between 700 and 1100 ° C. The various filler materials in powder form are often mixed with a flux. In all these cases, the filler material in powder form is a material different from the two parts to be assembled and has a melting temperature lower than the melting temperature of the two parts.
On connaît, par ailleurs, l'utilisation de poudres de même nature que les pièces à assembler dans le cas d'applications impliquant une épaisseur de liaison importante (de l'ordre de quelques millimètres). La poudre du métal de base est toujours accompagnée d'un matériau d'apport dont la température de fusion est inférieure à celle du métal de base. Une pression est toujours appliquée pendant le cycle de brasage, de manière à favoriser l'élimination des pores au niveau de la liaison (voir le brevet américain US-5 812 925).We also know the use of powders of the same kind as the parts to be assembled in the case of applications involving a significant bond thickness (of the order of a few millimeters). The base metal powder is always accompanied by a filler material whose melting temperature is lower than that of the base metal. Pressure is always applied during the soldering cycle, so as to favor the elimination of pores at the level of the connection (see American patent US Pat. No. 5,812,925).
D'autre part, on sait qu'il est possible d'assembler deux pièces de même nature, par exemple en aluminium, en utilisant une poudre d'un constituant métallique dont la température de fusion est supérieure à la température de fusion des pièces, par exemple dans le cas de l'assemblage de l'aluminium, un mélange de silicium et d'un flux de fluoroaluminate de potassium. Dans ce cas, la phase liquide /est obtenue tout de même à une température inférieure à la température de fusion des deux pièces, du fait de phénomènes de diffusion entre la poudre et les pièces qui provoquent la formation d'une phase à température de fusion inférieure à celle des pièces.On the other hand, it is known that it is possible to assemble two parts of the same kind, for example aluminum, using a powder of a metallic constituent whose melting temperature is higher than the melting temperature of the parts, for example in the case of assembling aluminum, a mixture of silicon and a flux of potassium fluoroaluminate. In this case, the liquid phase / is obtained all the same at a temperature below the melting temperature of the two parts, due to diffusion phenomena between the powder and the parts which cause the formation of a phase with a melting temperature lower than that of the parts.
Il existe une autre technique d'assemblage qui est le soudage par diffusion. Mais, dans ce procédé, la poudre intercalée entre les deux surfaces métalliques ne passe pas à l'état liquide au cours de l'assemblage. Il s'agit d'un procédé de soudage à l'état solide, par lequel une liaison est formée par la diffusion d'une poudre disposée entre les surfaces métalliques en contact, par l'application d'une pression à haute température, pendant un temps suffisant, sans apport d'élément chimique.There is another joining technique which is diffusion welding. However, in this process, the powder interposed between the two metal surfaces does not pass into the liquid state during assembly. It is a welding process in the solid state, by which a bond is formed by the diffusion of a powder placed between the metallic surfaces in contact, by the application of a pressure at high temperature, during sufficient time, without adding any chemical element.
Résumé de 1 ' inventionSummary of the invention
L'objet principal de l'invention est un procédé d'assemblage de deux pièces métalliques par fusion d'un matériau d'apport, caractérisé en ce qu'il consiste à :The main object of the invention is a method of assembling two metal parts by melting a filler material, characterized in that it consists in:
- utiliser comme moyen de chauffage l'induction ; et- use induction heating; and
- utiliser comme matériau d'apport une poudre dont la température de fusion est supérieure ou égale à la température de fusion des deux pièces à assembler, lorsqu'elles sont de même nature, ou supérieure ou égale à la température de fusion de la pièce dont la température de pression est la plus basse, dans le cas de pièces de natures différentes, pour réaliser l'assemblage sans qu'il y ait formation de phase à température de fusion moins élevée que celle des deux pièces. L'utilisation de ces deux moyens combinés permet notamment de ne pas utiliser d'élément chimique d'apport et de ne pas avoir à exercer de pression à haute température pour réaliser la liaison. ' Dans une réalisation préférentielle de l'invention, les deux pièces sont de même nature et la poudre est du même matériau que celui constituant les pièces, la température de fusion de la poudre et des pièces étant la même. II est possible de compacter la poudre préalablement à son insertion entre les deux pièces.- Use as a filler material a powder whose melting temperature is greater than or equal to the melting temperature of the two parts to be assembled, when they are of the same nature, or greater than or equal to the melting temperature of the part whose the pressure temperature is the lowest, in the case of parts of different natures, to carry out the assembly without there being phase formation at a lower melting temperature than that of the two rooms. The use of these two combined means makes it possible in particular not to use any chemical input element and not to have to exert pressure at high temperature to make the connection. ' In a preferred embodiment of the invention, the two parts are of the same nature and the powder is of the same material as that constituting the parts, the melting temperature of the powder and of the parts being the same. It is possible to compact the powder before it is inserted between the two parts.
Description détaillée d'une réalisation de 1 ' inventionDetailed description of an embodiment of the invention
L'invention s'apparente un peu au brasage par induction, mais s'en différencie par un point essentiel qui est le suivant.The invention is somewhat similar to induction brazing, but differs from it by an essential point which is as follows.
Le matériau d'apport est une poudre métallique, dont la température de fusion est supérieure ou égale à la température de fusion des deux pièces à assembler dans le cas de l'assemblage de pièces de même matériau, ou supérieure ou égale à la température de fusion de la pièce dont la température de fusion est la plus basse dans le cas de pièces de natures différentes.The filler material is a metal powder, the melting temperature of which is greater than or equal to the melting temperature of the two parts to be assembled in the case of the assembly of parts of the same material, or greater than or equal to the temperature of melting of the part with the lowest melting temperature in the case of parts of different natures.
L'association de l'utilisation d'une poudre métallique en métal d'apport avec un chauffage par induction provoque certaines conditions, lors de la montée en température de cette poudre, de sorte que la fusion de la poudre est obtenue sans la fusion des pièces. Le principe de chauffage par induction de pièces métalliques homogènes repose sur la loi de LENZ , qui énonce que : toute substance conductrice d'électricité soumise à un champ magnétique variable est le siège de courants induits. Ces courants dissipent de la chaleur par effet Joule, ce qui provoque une montée en température du matériau dans lequel il circule. La profondeur de pénétration des courants induits est plus ou moins grande selon la fréquence du champ magnétique, ainsi que les propriétés physiques des pièces, telles que la perméabilité magnétique et la résistivité électrique. Dans le cas d'une poudre métallique, le chauffage par induction d'une poudre métallique implique une distribution des courants induits beaucoup plus complexe que dans le cas du même matériau d'une pièce dense car le milieu constitué par une poudre métallique n'est pas homogène. De plus, la présence et la nature de films d'oxyde en surface des particules influe sur la circulation des courants induits dans la poudre. L'élévation de température due à la circulation des courants induits est donc très différente dans la poudre par rapport à celle dans les pièces.The association of the use of a metallic powder of filler metal with an induction heating causes certain conditions, during the rise in temperature of this powder, so that the fusion of the powder is obtained without the fusion of the rooms. The principle of induction heating of homogeneous metal parts is based on LENZ's law, which states that: any electrically conductive substance subjected to a variable magnetic field is the seat of induced currents. These currents dissipate heat by the Joule effect, which causes the material in which it circulates to rise in temperature. The penetration depth of the induced currents is greater or less depending on the frequency of the magnetic field, as well as the physical properties of the parts, such as magnetic permeability and electrical resistivity. In the case of a metallic powder, the induction heating of a metallic powder implies a much more complex distribution of the induced currents than in the case of the same material of a dense part because the medium constituted by a metallic powder is not not homogeneous. In addition, the presence and nature of oxide films on the surface of the particles influences the circulation of the currents induced in the powder. The rise in temperature due to the circulation of the induced currents is therefore very different in the powder compared to that in the parts.
Le phénomène observé tient au fait que le couplage inductif peut être plus efficace pour la poudre que pour les pièces métalliques. Ceci se traduit donc par une élévation plus grande de la température de la poudre que pour la température du matériau dense .The phenomenon observed is due to the fact that inductive coupling can be more effective for the powder than for metallic parts. This therefore results in a greater rise in the temperature of the powder than for the temperature of the dense material.
Il est nécessaire de bien faire la distinction entre la poudre dans son état initial, qui n'est pas le siège de courants induits, et la poudre lorsque les contacts métalliques entre les particules sont établis et qu'il peut y avoir circulation de courants induits. En effet, dans l'état initial, à savoir la température ambiante, les conditions de couplage sont en général défavorables pour la poudre, car la résistivité électrique des poudres utilisées est très élevée, du fait de la présence d'une couche superficielle d'oxyde sur les particules. Cependant, au cours du chauffage, la température de la poudre augmente du fait des transferts thermiques avec les pièces denses. Dans ce cas, les couches superficielles d'oxyde qui peuvent exister en surface des particules de la poudre changent de nature ou sont éliminées. De plus, les contacts métalliques se font de plus en plus nombreux entre les particules et leurs surfaces augmentent sous l'effet de la température. Le mode de circulation des courants induits dans la poudre évolue donc de manière importante au cours du chauffage, ce qui se traduit par une grande variation de l'efficacité du chauffage. Lorsque les conditions sont réunies pour la poudre, sa température peut être supérieure à celle des pièces denses. Il est donc possible d'obtenir sa fusion sans fondre les pièces.It is necessary to make a good distinction between the powder in its initial state, which is not the seat of induced currents, and the powder when the metal contacts between the particles are established and there can be circulation of induced currents. In fact, in the initial state, namely ambient temperature, the coupling conditions are generally unfavorable for the powder, since the electrical resistivity of the powders used is very high, due to the presence of a surface layer of oxide on the particles. However, during heating, the temperature of the powder increases due to heat transfers with the dense parts. In this case, the surface layers of oxide which may exist on the surface of the particles of the powder change in nature or are eliminated. In addition, there are more and more metal contacts between the particles and their surfaces increase under the effect of temperature. The mode of circulation of the currents induced in the powder therefore changes significantly during heating, which results in a large variation in the efficiency of the heating. When the conditions are met for the powder, its temperature can be higher than that of dense parts. It is therefore possible to obtain its fusion without melting the pieces.
L'efficacité du chauffage par induction est différente selon que les particules de poudres sont en contact métallique ou isolées électriquement les unes des autres par des films d'oxydes.The efficiency of induction heating is different depending on whether the powder particles are in metallic contact or electrically isolated from each other by oxide films.
Ainsi, lorsque les contacts entre particules sont établis avant \e cycle de chauffage, en utilisant des préformes de poudre élaborées à chaud, les courants induits se développent à la périphérie du milieu granulaire et facilitent, par exemple, l'assemblage de pièces de forme tubulaire.Thus, when the contacts between particles are established before the heating cycle, using hot preforms of powder, the induced currents develop at the periphery of the granular medium and facilitate, for example, the assembly of tubular parts.
Le comportement est très différent dans le cas où les contacts métalliques entre les particules du métal d'apport ne sont pas créés avant l'assemblage. La formation des premiers contacts et la circulation des courants induits très intenses provoquent des variation de tension très importantes au sein du milieu granulaire. Il est possible d'atteindre les valeurs de la « tension de claquage » au niveau des contacts recouverts de films isolants. Dans ce cas, la fusion au niveau de ces contacts est atteinte rapidement et s'étend à l'ensemble du milieu granulaire.The behavior is very different in the case where the metal contacts between the particles of the filler metal are not created before assembly. The formation of the first contacts and the circulation of very intense induced currents cause very large voltage variations within the granular medium. It is possible to reach the values of "breakdown voltage" at the contacts covered with insulating films. In this case, the fusion at these contacts is reached quickly and extends to the whole of the granular medium.
La poudre peut aussi être préalablement compactée, de façon à faciliter sa mise en place entre les pièces à assembler.The powder can also be previously compacted, so as to facilitate its positioning between the parts to be assembled.
L'assemblage est obtenu grâce aux phénomènes habituels de mouillage, capillarité, comme pour le brasage. La qualité de l'assemblage dépend des matériaux, des différents paramètres utilisés, des caractéristiques initiales de la poudre et du cycle de température .The assembly is obtained thanks to the usual phenomena of wetting, capillarity, as for brazing. The quality of the assembly depends on the materials, the different parameters used, the initial characteristics of the powder and the temperature cycle.
Les pièces métalliques et la poudre peuvent être constituées d'un métal pur ou d'un alliage.The metal parts and the powder can be made of a pure metal or an alloy.
La poudre peut être constituée d'un mélange de particules de différents métaux.The powder can consist of a mixture of particles of different metals.
L'application préférentielle de ce procédé concerne des pièces métalliques et de la poudre constituée du même matériau. Pour que l'assemblage puisse être réalisé lorsque toute la poudre est à l'état liquide, le chauffage par induction doit cesser lorsque la totalité de la poudre est fondue. Les étapes fondamentales du procédé sont les suivantes.The preferred application of this process relates to metallic parts and to powder made of the same material. So that the assembly can be carried out when all the powder is in the liquid state, the induction heating must stop when all the powder is melted. The basic steps of the process are as follows.
- Mise en place d'une fine épaisseur de poudre métallique entre deux pièces métalliques denses que l'on souhaite assembler. - Chauffage par induction de la poudre et des pièces métalliques denses sur une zone limitée, préférentiellement, au voisinage du joint à réaliser. On rappelle que l 'échauffement de la poudre est donc obtenu, dans un premier temps, grâce à la présence des pièces métalliques denses, en effet, ces pièces sont le siège de courants induits, ce qui explique l'élévation de leur température. Les échanges thermiques prennent alors place entre les pièces et la poudre. Sous l'effet de ce chauffage, des contacts métalliques de plus en plus nombreux s'établissent entre les particules. Lorsqu'ils sont suffisamment développés, il peut y avoir circulation de courants induits entre les particules de la poudre. La présence des pièces denses est par conséquent fondamentale pour permettre la création de ces contacts et le chauffage par induction de la poudre.- Installation of a thin thickness of metal powder between two dense metal parts that we want to assemble. - Induction heating of the powder and dense metal parts over a limited area, preferably in the vicinity of the joint to be produced. It is recalled that the heating of the powder is therefore obtained, firstly, thanks to the presence of dense metal parts, in fact, these parts are the seat of induced currents, which explains the rise in their temperature. The heat exchanges then take place between the parts and the powder. Under the effect of this heating, an increasing number of metal contacts are established between the particles. When they are sufficiently developed, there may be circulation of induced currents between the particles of the powder. The presence of dense parts is therefore fundamental to allow the creation of these contacts and the induction heating of the powder.
- Fusion de la poudre du fait du couplage inductif plus efficace que sur les pièces métalliques denses, donc d'une température( de la poudre supérieure à celle des pièces. - Arrêt du chauffage par induction, de manière à obtenir un refroidissement de l'ensemble et, par conséquent, la solidification.- Melting of the powder due to the more efficient inductive coupling than on dense metal parts, therefore of a temperature ( of the powder higher than that of the parts. - Stopping the induction heating, so as to obtain cooling of the assembly and, consequently, solidification.
Un exemple consiste à assembler des pastilles de cuivre avec de la poudre de cuivre. Les deux pastilles sont de forme cylindrique, de diamètre égal à 20 mm et de hauteur égale à 5 mm. Quelques grammes de poudre de cuivre sont placés en sandwich entre les deux pastilles de cuivre, de manière à obtenir une fine couche de cuivre de quelques micromètres, répartie de manière la plus uniforme possible sur l'ensemble de la surface des pastilles. La taille des particules est de l'ordre de 40 micromètres. Le chauffage par induction est réalisé grâce à un générateur haute fréquence de puissance 25 kW. L'inducteur utilisé est un inducteur à deux spires, de diamètre 56 mm et de hauteur 10 mm. L'assemblage a lieu sous vide secondaire à une fréquence de 155 KHz.An example is to assemble copper pellets with copper powder. The two pellets are cylindrical in shape, with a diameter of 20 mm and a height of 5 mm. A few grams of copper powder are sandwiched between the two copper pellets, so as to obtain a thin layer of copper of a few micrometers, distributed as uniformly as possible over the entire surface of the pellets. The particle size is of the order of 40 micrometers. Induction heating is carried out using a high-frequency generator with a power of 25 kW. The inductor used is an inductor with two turns, diameter 56 mm and height 10 mm. The assembly takes place under secondary vacuum at a frequency of 155 KHz.
Dans ce cas, les opérations détaillées sont les suivantes.In this case, the detailed operations are as follows.
Mise en place de l'ensemble de deux pastilles de cuivre et de la poudre dans l'inducteur à l'intérieur d'une enceinte à vide.Installation of the set of two copper pellets and powder in the inductor inside a vacuum enclosure.
- Fermeture de l'enceinte à vide. - Mise sous vide primaire.- Closure of the vacuum chamber. - Primary vacuum.
- Mise sous vide secondaire.- Secondary vacuum.
- Mise sous tension du générateur alimentant l'inducteur.- Energizing the generator supplying the inductor.
- Réglage des consignes de puissance. - Démarrage de la haute tension. - Chauffage par induction de l'ensemble des pastilles et de la poudre.- Adjustment of power setpoints. - High voltage starting. - Induction heating of all the pellets and powder.
- Fusion de la poudre.- Melting of the powder.
- Arrêt de la haute tension. - Refroidissement sous vide.- High voltage shutdown. - Vacuum cooling.
- Ouverture de l'enceinte à vide.- Opening of the vacuum chamber.
- Sortie de l'ensemble assemblé hors de l'enceinte.- Exit of the assembled assembly outside the enclosure.
Un autre exemple consiste à assembler des pastilles d'acier inoxydable Z2CN18-10, appelé communément AiSi 304 avec de la poudre d'acier inoxydable Z12CN25-20, appelé communément AiSi 310. Les résultats d'essais montrent que la tenue mécanique des assemblages est de l'ordre de 70 % de la résistance à la rupture du matériau de référence et l'allongement à la rupture est 90 % de celui du matériau de référence.Another example consists in assembling Z2CN18-10 stainless steel pellets, commonly called AiSi 304 with Z12CN25-20 stainless steel powder, commonly called AiSi 310. The test results show that the mechanical strength of the assemblies is of the order of 70% of the breaking strength of the reference material and the elongation at break is 90% of that of the reference material.
Le procédé et le mode opératoire sont les mêmes que pour le cuivre.The process and procedure are the same as for copper.
Avantages de l'inventionAdvantages of the invention
Ce procédé peut s'appliquer à différents métaux et alliages.This process can be applied to different metals and alloys.
Il présente les mêmes avantages que le brasage haute température puisqu'il permet :It has the same advantages as high temperature brazing since it allows:
- d'éviter la transition à l'état liquide des pièces à assembler. On peut ainsi éviter certains problèmes métallurgiques, tels que l'apparition de fissures ; - une utilisation haute température des ensembles assemblés. Par ailleurs, le fait d'assembler des pièces avec une poudre d'un matériau identique permet de limiter les impuretés lors de l'assemblage, ce qui est très intéressant pour des pièces utilisées dans un environnement corrosif. De plus, il n'y a aucune détérioration des propriétés électriques au niveau du joint. Ce procédé peut donc être avantageusement utilisé dans le domaine de la connectique.- to avoid the transition to the liquid state of the parts to be assembled. One can thus avoid certain metallurgical problems, such as the appearance of cracks; - high temperature use of assembled assemblies. Furthermore, the fact of assembling parts with a powder of an identical material makes it possible to limit the impurities during assembly, which is very advantageous for parts used in a corrosive environment. In addition, there is no deterioration of the electrical properties at the joint. This method can therefore be advantageously used in the field of connectors.
Par ailleurs, le dispositif utilise préférentiellement un générateur haute fréquence, comme source de chauffage par induction. Cette technique est par conséquent très facile de mise en œuvre et directement utilisable en remplacement du brasage par induction traditionnel pour des performances améliorées. Furthermore, the device preferably uses a high frequency generator, as a source of induction heating. This technique is therefore very easy to implement and directly usable as a replacement for traditional induction brazing for improved performance.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'assemblage de pièces métalliques par fusion d'un matériau d'apport, caractérisé en ce qu'il consiste à : chauffer l'ensemble par un chauffage inductif ; utiliser comme matériau d'apport une poudre dont la température de fusion est supérieure ou égale au matériau constituant les pièces à assembler dans le cas de l'assemblage de pièces de même nature, ou sinon dont la température de fusion est supérieure ou égale à celle de la pièce dont la température de fusion est la plus basse pour obtenir l'assemblage sans former, par diffusion, de phase nouvelle de température de fusion inférieure à celle des pièces.1. A method of assembling metal parts by melting a filler material, characterized in that it consists in: heating the assembly by inductive heating; use as a filler material a powder whose melting temperature is greater than or equal to the material constituting the parts to be assembled in the case of the assembly of parts of the same kind, or otherwise whose melting temperature is greater than or equal to that of the part whose melting temperature is lowest to obtain the assembly without forming, by diffusion, a new phase of melting temperature lower than that of the parts.
2. Procédé d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau constituant les pièces et le matériau constituant la poudre est le même.2. The assembly method according to claim 1, characterized in that the material constituting the parts and the material constituting the powder is the same.
3. Procédé d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre est compactée, préalablement à son insertion entre les deux pièces métalliques. 3. The assembly method according to claim 1, characterized in that the powder is compacted, prior to its insertion between the two metal parts.
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