Brevet FR2000014A1 — publié le 19690829

Les brevets des E.TJ.À. îîos 3*137=937 eF décrivent des procédés de production d'objets revêtus par liaison métallurgique au moyen d'explosifs. Selon les procédés décrits, les coUch.es métalliques qui doivent être 3 liées par voie métallurgique sont propulsées l'une contre l'autre par l'action d'un explosif si bien qu'elles sont amenées à entrer progressivement en collision à uebvitesse qui est inférieure à 120 °/o et de préférence inférieure à 100 % de la vitesse sonique du métal dans le 10 'Bystèae —— de revêtement possédant la vitesse sonique la plus élevée» Initialement, on espace les couches métalliques l'une de l'autre, éventuellement avec Un angle d'inclinaison qui ne dépasse pas 40°, mais de préférence l'angle d'inclinaison est d'environ 0° (c'est-à-dire que les couches sont pratiquement parallèles), on place une couche d'un explosif détonant à côté de la surface extérieure d'au moins l'une des couches, on amorce l'explosif et on provoque ainsi la collision progressive requise. A la suite de la mise en oeuvre d'un tel procédé, 20 on obtient trois types de zones de liaison, chacun entièrement métallurgique s une liaison directe métal-à-métal, une couche fondue uniforme ou bien un mélange des deux liaisons précédentes suivant un schéma sinueux. L'expression "liaison directe métal-à-métal" veut dire 25 que les métaux sont liés par leurs surfaces de contact de manière à établir une interface sans interposition entre les surfaces d'une couche de masse fondue solidifiée. L'expression "couche fondue uniforme" désigne une zone de liaison dans laquelle les métaux sont liés ensemble 30 par l'entremise d'une couche intercalaire de masse fondue solidifiée ayant une composition pratiquement homogène, de sorte qu'on obtient en réalité deux interfaces. ' Comme on peut le voir sur une coupe transversale prise " perpendiculairement à l'interface et parallèlement au 35 sens de la détonation, une zone de liaison à schéma sinueux est composée de régions individuelles à espacement périodique formées de masse fondue solidifiée entre les surfaces ou est établie la liaison directe métal-à— métal. Gela "ï&ut dire que dans la zone de liaison, il 40 existe une interface (métal-à-métal) aux emplacements où BAO ORIGINAL 69 00022 2 2000014 la liaison est du type direct métal-à-métal et deux interfaces (métal-masse fondue et masse fondue-métal) aux emplacements où des poches de masse fondue sont présentes. Quel que soit le type de la zone de liaison, il n'exis-5 te pratiquement aucune diffusion à travers une interface quelconque dans la zone de liaison du produit brut après ce traitement de liaison. Indépendamment des métaux que l'on se propose de lier par ce procédé, la liaison du type à masse fondue 10 donne un produit qui possède une résistance élevée au cisaillement ; en outre, dans les systèmes métalliques qui forment des alliages ductiles, ce genre de liaison permet d'obtenir un produit susceptible d'un façonnage poussé. Cependant, lorsqu'on forme des alliages fragiles 15 ou des composés intermétalliques, la couche fondue de liaison doit être extrêmement mince (par exemple inférieure à 10 microns et de préférence inférieure à 1 micron) si l'on veut que le produit possède l'aptitude au façonnage (ouvrabilité) exigée par des opérations de 20 formage et, même dans ce cas, la couêhe de'.revêtement ou du métal de base doit être relativement mince, par exemple d'une épaisseur inférieure à 3,2 mm environ. En conséquence, on préfère en règle générale un degré élevé de liaison directe métal-à-métal, comportant des 25 zones de fusiôn isolées les unes des autres, dans les systèmes qui doivent former des alliages fragiles ou des composés intermétalliques fragiles. C'est l'une des raisons pour lasquelles on préfère une zone de liaison sinueuse dont la majeure partie de la liaison est du 30 type direct mêta|*-à-métal. D'Une façon générale, on préfère également une zone de liaison sinueuse à une liaison pratiquement rectiligne car la première procure Une surface interfaciale plus étendue. 35 Dans la demande de brevet des E.U.A. îT° 503 261 on a décrit une technique perfectionnée de mise en oeuvre des procédés définis dans les deux brevets précités, de façon à obtenir des produits revêtus qui ne comportent qu'une quantité minimum de masse fondue solidifiée 40 à la zone de liaison et qui possèdent par conséquent 69 00022 3 2000014 des meilleures propriétés de résistance mécanique et de : ductilité. .Selon ce procédé de liaison par explosion, on espace initialement les couc".::es métalliques l'une de l'autre" suivant un angle qui est inférieur à 10° et qui est 5 de préférence d'environ 0° et ensuite on provoque la collision progressive entre les couches suivant un certain angle d'impact et à une vitesse inférieurs à celles qui produisent des quantités importantes de masse fondue solidifiée à l'interface ; on indique à titre d'exemple 10 que l'angle d'impact peut atteindre environ 20° et que les vitesses de collision peuvent être comprises entre environ 1400 et 2500 m/seconde. Les produits ainsi obtenus, y compris ceux dans lesquels l%tluiainium est lié à l'acier, sont liés sur au moins 90 % de chaque inter-15 face et ne possèdent qu'une faible teneur en masse fondue. Cependant, on a constaté que ce système aluminium/ acier, dont l'importance industrielle est grande, diffère a deux égards des autres combinaisons de métaux non-similaires. En premier lieu, dans le cas le plus 20 courant consistant à amener lte.luminium dans la couche d'acier, le fait de réduire la vitesse de collision en dedans de 1'intervalle indiqué, c'est-à-dire d'environ 2500 « environ 1400 m/seconde, ne provoque pas un accroissement de la liaison directe aluminium-acier aux 25 angles d'impact inférieurs à environ 20°. En second lieu, il est impossible d'établir entre 1'aluminium et l'acier la liaison préférée du type sinueux (c'est-à-dire Une liaison dans laquelle la masse fondue iuterfaciale est isolée entre des zones de liaison directe métal-à-métal) 30 si la vitesse de collision est inférieure à environ 2500 m/secènde lorsqu'on provoque la collision de l'aluminium avec l'acier aux angles d'impact indiqués. Les produits composites d'aluminium et d'acier prennent une importance technique toujours croissante 35 pour la construction de joints de transition dans les installations structurales et dans les systèmes électriques. Les joints de transition aluminium/acier du type structural, par exemple pour applications an construction navale et dans les réalisations aérospatia-leSj doivent posséder une résistance élevée à la traction 69 00022 4 2000014 et un degré élévé de ductilité. Dans les joints de transition pour systèmes électriques, il est souhaitable d'obtenir une conductivité aussi élevée que possible à travers la liaison aluminium/acier. Etant donné que l'alumi-5 nium et l'acier forment des composés intermétalliques qui sont fragiles et qui opposent une résistance notablement plus élevée au passage d'électricité que ce n'est le cas d'une liaison directe de l'aluminium à l'acier, on voit immédiatement que l'industrie aurait intérêt à disposer 10 de stratifiés aluminium/acier dans lesquels la liaison ne présente pas seulement une faible teneur en masse fondue mais aussi une proportion importante de liaison directe de l'aluminium à l'acier. La présente invention fournit un perfectionne-15 ment aux stratifiés aluminium/acier, perfectionnement selon lequel au moins une couche d'aluminium dont la limite élastique avant la liaison peut atteindre environ 1195 kg/cm.2 et une couche d'acier dont la limite élastique dans les conditions normalisées peut atteindre envi-20 ron 421S kg/cm'1 sont liées ensemble sur au moins 90 % . de leur interface par une liaison métallurgique sensiblement exempte de diffusion. Ce perfectionnement réside dans la liaison métallurgique et permet de constituer une liaison sinueuse qui est, au moins à raison d'environ 25 70 une liaison directe d'aluminium à l'acier, la partie. restante de la liaison étant constituée de zones individuelles, à espacement périodique, de masse fondue solidifiée, les dites zones étant séparées les unes des autres par la liaison directe précitée. 30 Quand on dit qu'une liaison est "sensiblement éxempte de diffusion", on entend par là que dans l'état brut après liaison, l'interface et les surfaces adjacentes ne présentent pas le gradient de composition qui est caractéristique des produits liés par diffusion. De 35 préférence, les stratifiés bruts de liaison ne présentent aucune diffusion à une interface quelconque quand on les examine à l'aide d'une sonde électronique et aussi par des techniques de sectionnement ayant une limite de résolUtion de 0,2 micron. 40 L'expression "masse fondue solidifiée" désigne 69 00022 5 2000014 un mélange des deux létaux considérés, c8est-à-dire des métaux qui appartiennent à la couche d'aluminium et à la couche d'acier ainsi que leurs composés intermétalliques. La composition de ce mélange est sensiblement uniforme, 5 c'est-à-dire que dans chaque "poche" de masse fondue, la composition est pratiquement homogène. L'invention a également pour objet un procédé perfectionné de liaison par explosion qui permet 3aformation des nouveaux produits spécifiés plus haut. Plus précisé-10 mentt ce procédé perfectionné consiste à exécuter Une collision progressive d'au moins une couéhe d'aluminium dont o la limite élastique peut atteindre environ 1195 kg/cm avec une couche d'acier dont la limite élastique dans les conditions normalisées peut atteindre environ 4218 kg/cm^, 15 à une vitesse de collision comprise entre environ 2500 et 3400 m/seconde et suivant un angle d'impact compris entre environ 14 et 25°, les surfaces en regard des couches étant disposées suivant un angle d'inclinaison inférieur à 5° avant la détonation de l'explosif. 20 On entend par vitesse de collision la vitesse a laquelle la ligne ou la zone de collision progresse le long des couches d'acier et d'aluminium à lier. L'angle d'impact est l'angle entre les couches d'acier et d'aluminium au moment de la collision. 25 Le terme "aluminium" utilisé pour décrire une cou che devant être liée directement à la couche d'acier, désigne l'aluminium pur ainsi que les alliages à base d'aluminium qui contiennent au moins 85 % d'aluminium en poids. Sauf stipulation contraire, le terme "acier" dé-30 signe un acier au carbone ainsi que des aciers faiblement alliés, c'est-à-dire des aciers àlliés contenant moins de 5 % en poids environ d'éléments d'alliage. D'autres buts et avantages de l'invention res-sortiront de la description qui va en être faite ci-après 35 en se référant au dessin annexé sur lequel : La Figure 1 est un graphique qui établit le rapport entre le pourcentage de liaison directe métal-à*-métal dans la zone interfaciale et la vitesse de collision dans un. exemple particulier de revêtement de l'acier 40 avec de l'aluminium selon l'invention ; et BAD ORIGINAL 69 00022 2000014 Les ligures 2 et 2A. sont des photomicrographies à deux grossissements différents d'une zone de liaison sinueuse que l'on obtient typiquement dans des stratifiés aluminium/acier préparés par le procédé selon l'invention. 5 Dans le présent procédé, on lie par voie métal lurgique une couche d'aluminium ayant Une limite élastique pouvant atteindre environ 1195 kg/cm^ à une couche d'acier dont la limite élastique dans des conditions nor-malisées peut atteindre environ 4218 kg/cm , par une tech-10 nique consistant à propulser explosion - - ia cou che d'aluminium vers la couche d'acier de manière à provoquer la collision progressive entre ces deux couches à une vitesse comprise entre environ 2500 et 3400 m/seconde et suivant un angle d'impact compris entre environ 14 et 25°. 15 Quand on effectue la liaison par explosièn dans l'intervalle indiqué de vitesses et dans l'intervalle indiqué dr angles d'impact, en utilisant un aluminium et un acier qui répondent aux spécifications indiquées, on obtient taxe liaison d'au moins 90% sous forme d'une zone 20 sinueuse pratiquement exempte de diffusion, dans laquelle au moins 70 % de la liaison est du type direct métal-à-métal (c'est-à-dire qu'au moins 70 % environ de la surface de liaison est une interface métal-à-métal) par opposition aux interfaces entre le métal respectif et la masse 25 fondue solidifiée. En raison du pourcentage élevé de liaison directe d'aluminium à l'acier, les produits selon l'invention possèdent des caractéristiques de rupture ductile aussi bien en cisaillement qu'en tension, ainsi qu'une résistance élevée aux chocs, comme on 30 peut le constater par l'impossibilité de séparer l'interface à l'aide d'un ciseau. Par conséquent , ces produits sont susceptibles d'un façonnage poussé sans apparition d'une rupture à la zone de la liaison. C'est en examinant la Figure 1 que l'on peut se 35 rendre compte de la façon dont varie la liaison en fonction de la vitesse de collision dans le cas particulier des stratifiés acier/aluminium préparés par explosion. Le graphique de la Figure 1 est représentatif des résultats que l'on obtient avec une couche d'aluminium ayant 40 12,7 mm d'épaisseur (aluminium du type 1100-F) dont 00a 69 00022 7 2000014 revêt'par explosion une couche d'acier AISI-SAE-1008 ayant 38,1 mm d'épaisseur, les couches métalliques ayant été initialêment disposées à peu près parallèlement l'une à l'autre avec un écarteiaent entre elles et la charge ex-5 plosive calculé de manière à établir un angle d'impact régulier de 18 à 20° entre les couches pendant la liaison. La courbe représentée à la Figure 1 passe par des points obtenus lorsqu'on porte la vitesse de la collision (c'est-à-dire la vitesse de la détonation de l'explosif 10 étant donné que les couches métalliques sont initialement à peu près parallèles) en abcisseset le pourcentage de liaison directe métal-à-métal ainsi obtenu. , en ordonnées. A une vitesse qui est tout juste de 2j?00 m/seconde environ, en observe une élévation abrupte de la valeur du 15 pourcentage de liaison métal-à-métal, ce qui correspond à la transition à partir d'une liaison sensiblement rec-tiligne ou irrégulière • une liaison nettement sinueuse. Une zone de liaison que l'on obtient de façon caractéristique à cette vitesse environ est représentée à la 20 Figure 2 qui est uns coupe transversale (grossissement 6,6 fois) perpendiculaire à la surface du produit composite et parallèle à la direction de la propagation de la détonation, de la droite vers la gauche, la Figure 2A est un grossissement de la zone entourée d'un rectangle 25 sur la Figure 2. (grossissement de 50 fois). L'interface est la ligne sinueuse continue entre la couche d'aluminium (dans le haut) et la couche d'acier (dans le bas). Gomme on le voit plus clairement sur la Figure 2à, une perpendiculaire tirée à travers la plupart des points de 30 l'interface ne traverse que l'aluminium et l'acier, c'est-à-dire que la liaison est de métal-à-métal. En quelques points, ces lignes perpendiculaires traversent successivement l'aluminium, la masse fondue solidifiée et l'acier. A la Figure 2A la référence 1 indique la zone 35 de liaison entre l'aluminium et l'acier alors que la référence 2 indique la zone de liaison entre l'aluminium et la masse fondue. Une zone de masse fondue solidifiée, aux endroits où la liaison se fait par l'entremise d'une telle masse fondue, est entièrement enrobée par la cou-40 che d'acier et n'apparaît pas à l'interface. On obtient 2UUU014 69 00022 ® la valeur du pourcentage de liaison métal-à-métal» dont il est question dans le présent contexte, en mesurant la longueur totale de l'interface sinueuse continue ainsi que les longueurs des petites sections de l1interface 3 où la liaison est entre l'aluminium et la masse métallique fondue. Le pourcentage de la liaison métal-à-métal est le quotient de la différence entre la longueur totale de l'interface sinueuse et la somme des longueurs desdites sections par la longueur totale de l'interface. 10 La vitesse de collision minimum pour former la zone sinueuse augmente légèrement avec la diminution de l'angle d'impact ; cela revient à dire que la ligne de transition (en tirets sur la Figure 1) se déplace vers la droite lorsque l'on réduit l'angle d'impact au-dessous 15 d'une valeur d'environ 18 à 20°. En règle générale, la vitesse minimum pour la formation de la zone sinueuse augmente sur un mode pratiquement linéaire entre environ 2500 et 2900 m/seconde pendant que l'angle d'impact diminue d'environ 20 à environ 14°. Quel que soit l'angle 20 d'impact choisi, la vitesse de collision utilisée doit être suffisante pour provoquer la formation de la liaison sinueuse. Aux vitesses de collision voisines de la valeur minimum qui permet la formation de la zone sinueuse, la 25 proportion de la masse fondue à l'interface est minimum et le pourcentage de liaison métal-à-métal est maximum. A ces vitesses, les zones de masse fondue sont à peu près entièrement enrobées dans la couche d'acier par les ondes sinusoïdales superposées. Dans certains cas, l'enrobage 30 est total et en ne détecte aucune masse fondue à l'interface (par exemple la présence de la masse fondue n'est pas visible avec un grossissement de 1000 fois). Lorsque l'on augmente là vitesse de collision, la proportion L de la masse fondue à l'interface s'accroît jusqu'au moment 35 où l'on atteint une vitesse (par exemple une vitesse de 3400 m/seconde) à laquelle le pourcentage de la liaison métal-à-métal ne dépasse plus environ 70, comme il est indiqué sur la Figure 1. Cette vitesse maximum reste à peu près la même bien que la vitesse minimum pour la 40 formation des ondes puisse être supérieure à environ BAD ORIGINAL 69 00022 2000014 i 2500 m/seconde, car à mesure de l'augmentation de cette vitesse minimum, on observe également Une élévation du taux de formation de la masse fondue en fonction de l'accroissement de la vitesse de collision. 5 Avec les stratifiés acier/aluminium selon l1inven tion, on a choisi des vitesses de collision dans l'intervalle d'environ 2^00 à 3^00 m/seconde car on obtient ainsi un pourcentage élevé de liaison directe aluminium-acier. Dans ces conditions, on bénéficie de la ductilité la plus 10 avantageuse à la liaison. De plus, étant donné qu'une liaison directe aluminium-acier ne possède pratiquement pas de résistance électrique mesurable, des liaisons sont avantageuses et même nécessaires quqnd les stratifiés doivent être utilisés dans des installations électriques 15 par exemple pour former des joints de transition» Que ce soit la résistance mécanique ou que ce soit la conducti-vité que l'on considère comme le paramètre fondamental, des liaisons qui contiennent au moins 90 % environ de jonction directe aluminium-acier sont les plus avanta-20 geuses et, pour cette raison, la vitesse de collision ne sera pas de préférence très supérieure à la vitesse de transition pour la formation des jonctions sinueuses. Par exemple quand cette vitesse de transition est d'environ 2500 m/seconde, la vitesse de collision ne dépasse pas 25 de préférence environ 2900 m/seconde. Pour assurer la formation des zones ondulées, on choisit de préférence l'explosif de manière que la vitesse de collision calculée soit supérieure d'au moins 100 m/seconde à la vitesse de transition, si bien que la vitesse minimum préfé-30 rée est d'environ 2600 m/seconde au moins. Dans l'intervalle des vitesses de collision indiqué si-dessus, les couches d'aluminium et d'acier doivent entrer en collision suivant un angle d'impact suffisant pour provoquer la formation des ondes mais pas au-35 dessous d'environ 14-°. En effot, au-dessous de cette valeur il est difficile de former des ondes malgré la vitesse de collision utilisée. Pour une épaisseur donnée de la couche d'aluminium, l'angle d'impact produit augmente avec l'accroissement de la charge explosive et 40 augmente également avec l'accroissement de l'écartement 69 00022 2000014 . ou de l'angle d'écartement initial-jusquFà une valeur maximum. En d'autres termes, l'angle d'impact augmente avec la vitesse de déplacement de l'aluminium et atteint sa valeur à&ximum avec 1'écarternent. L'angle d'impact maximum 5 que l'on utilisera est partiellement déterminé par la dimension des ondes désirées, et ces ondes augmentent en amplitude avec Ikccroissement de l'angle d'impact» En conséquence, l'angle d'impact maximum que l'on doit utiliser est l'angle au-dessus duquel l'amplitude des ondes obte-10 nues devient plus importante qu'on ne le désire. Gomme d'autre part, les dimensions des ondes augmentent également avec un accroissement de la vitesse de collision, en dedans de l'intervalle indiqué de ces vitesses, pour obtenir une amplitude maximum désirée d'une valeur fixe, 15 l'angle d'impact maximum que l'on doit utiliser diminue avec l'augmentation de la vitesse de collision. Dans tous les cas, l'angle d'impact ne doit pas dépasser environ 25° car avec un angle plus élevé, on observe des effets marginaux prononcés et des schémas irréguliers de 20 liaison, sans parler de la tendance à la formati#n de zone de masse fondue d'un volume suffisant pour av«lr une répercussion fâcheuàe notable sur la résistance de la liaison, fréquemment du fait de la solidification (vides) provoquée par le retrait de la masse fondue lors de son 25 refroidissement. On obtient les meilleurs résultats quand l'angle d'impact en fonctionnement régulier est compris entre environ 14"et 20°. On peut mesurer les angles d*impact à l'aide de séquences obtenues par une caméra de cadrage qui utilise une technique de déplacement de la 30 grille réfléchie» Une telle technique est décrite par W.Â. Allen et C.L. McCrary dans Beview of Scientific Instruments, Vol.24, pages 165-171 (1953). Ed. général, pour obtenir les angles d'impact qui conviennent pour la mise en oeuvre du présent procédé 35 suivant l'agencement parallèle préféré, on utilise Une charge explosive dont le poids représente environ 0,2 à 3 fois celui de la ou des couches à appliquer,et l'on utilise un écartement compris entre environ 1 et 6 fois l'épaisseur de la ou des couches.à appliquer. Le poids 40 de la charge explosive est le poids par unité de surface 69 00022 " 2000014 I . de la matière explosive à l'exclusion des ingrédients non-explosifs qui peuvent être présents dans une composition explosive quelconque. On peut appliquer le revêtement d'aluminium sur 5 Une face ou sur les deux faces d'un substrat d'acier. Si l'on désire appliquer deux couches d'aluminium sur le substrat d'acier, on peut effectuer cette opération en deux étapes ou bien oç. peut exécuter l'application simultanée par la propulsion des deux couches d'aluminium con-10 tre les faces respectives de l'acier. Chaque couche d'aluminium que l'on doit lier directement à une couche d'acier peut être de l'aluminium pur ou un alliage à "base d'aluminium qui contient au moins 85 % en poids d'aluminium; la limite élastique de l'aluminium ou de l'alliage 15 mesurée avant la liaison, c'est-à-dire au moment où la couche d'aluminium est prête pour la liaison, ne dépasse p pas environ 1195 kg/cm . Quand on utilise un alliage à base d'aluminium, lç. nature des éléments d'alliage n'est pas critique mais on préfère cependant des alliages qui 20 contiennent moins de 2,1 % en poids de magnésium et de silicium (cette proportion étant la valeur globale de ces deux ingrédients. D'autre part, la ou les couches d'aluminium que l'on désire lier à l'acier par le présent pro» cédé peuvent être à l'état entièrement recuit, partielle-25 ment recuit ou durci, la considération importante étant la limite élastique immédiatement avant la liaison. Parmi les aluminiums qui conviennent, on mentionnera les produits 1100-F, 300>-0, 5005-0, 54-57-0 et 6061-0 (numérotation et indications de revenu établies par Aluminum 30 Association). Après liaison, c'est-à-dire à l'état brut de liaison, la limite élastique de l'aluminium sera notablement plus élevée qu'avant la liaison, principalement en raison du durcissement notable "partravail" qui se produit dans la zone de liaison et à proximité 35 immédiate de cette dernière. Fréquemment( surtout larxf que l'aluminium présente une épaisseur d'au moins 6,35mm, au moins la surface externe de la couche d'aluminium possède Une limite élastique d'environ 1195 kg/cm? ou moins. On calcule commodément la limite élastique à par-40 tir des mesures de dureté Brinell sur la surface exté- 69 00022 12 2000014 rieure de la couche d1 aluminium. La limite élastique de la couche d'acier,mesUrée dans des conditions normalisées et avant la liaison, ne p dépasse pas environ 4218 kg/cm . Cette couche est formée 5 d'un acier au carbone ou d'un acier faiblement allié contenant moins de 5 % en poids environ d'éléments d'alliage. La nature de ces éléments d'alliage est sans importance et la seule exigence est que leur prsportion ainsi que la limite élastique de l'acier soient dans les 10 intervalles indiqués. La couche d'acier peut être à l'état normalisé ou recuit au moment de l'application du revêtement, mais de préférence l'acier est à l'état normalisé. Les aciers qui conviennent sont ceux ayant les désignations de l'ASTM: A-212-B (A-516-GR55 à 70) et 15 A-204 et ceux portant les désignations 1008 et 4620 de SAE. A l'état brut après liaison, la limite élastique de la couche d'acier sera sensiblement la même qu'avant la liaison car le durcissement par "travail" est faible et se limite à une très mince couche de l'acier, par exem-20 pie une couche d'environ 1,27 à 1,78 mm, à la zone de liaison. A l'état normalisé, la couche d'acier dans le produit final aura une limite élastique pouvant atteindre environ 4218 kg/cm . lans le cas de produits à deux couches, les coU-25 ches d'aluminium et d'acier ont en général une épaisseur d'au moins 3,2 mm environ, la liaison de couches plus minces étant possible mais rarement demandée. Pour la plupart des applications, l'épaisseur de la couche d'acier sera d'au moins 12,7 mm environ. Pratiquement, l'é-30 . paisseur de la-couche d'aluminium, c'est-à-dire de la couche appliquée par propulsion, ne dépassera pas normalement environ 50 mm. Quand les matières premières, c'est-à-dire les couches d'aluminium et d'acier, ne remplissent pas les 35 exigences précitées concernant les limites élastiques et les compositions, une liaison sinueuse est difficile à obtenir et, mSmo si on l'obtient, elle contiendra une proportion trop élevée de masse fondue solidifiée. La raison exacte de ce phénomène n'est pas connue mais on 40 pense que la résistance des métaux à la formation d'ondes 69 00022 13 2000014 provoque un dégagement de chaleur et , par voie de conséquence, une proportion accrue de masse fondue, lorsqu'on dépasse les limites indiquées concernant la proportion des éléments d'alliage et la limite élastique. H 5 convient de faire remarquer que ces limitations s'appliquent uniquement aux couches d'acier et d'aluminium que l'on se propose d'unir directement et non pas à des couches d'autres métaux que l'on peut avoir à lier à la surface extérieure de la couche d'aluminium et/ou à la sur» 10 face extérieure de la couche d'acier. Par exemple, une face de la couche d'acier peut être liée à une couche d'à luminium répondant aux exigences ci-dessus, alors que l'autre face de la couche d'acier pourra être liée à une couche d'un acier fortement allié, par exemple une cou-15 che d'acier inoxydable ; ou bien une face de l'aluminium peut être liée à une couche d'acier au carbone ou faiblement allié, comme il a été défini plus haut, alors que l'autre face de la couche d'aluminium sera liée à une couche d'un alliage à base d'aluminium dont la limite 2 20 élastique dépasse la valeur approximative de 1195 kg/*m • Dans un tel cas, »n peut unir simultanément les trois couches métalliques, ou bien commencer par lier deux d'entre elles et appliquer ensuite la troisième couche à la surface appropriée du stratifié à deux couches. 25 Une exigence supplémentaire pour permettre la for mation de liaisons sinueuses selon l'invention est que la couche d'aluminium qui doit être liée directement à la couche d'acier soit amenée en collision progressive avec cette dernière. En d'autres termes, chaque couche d'alu-30 minium est entraînée par voie explosive, soit directement par l'explosif lui-même, soit indirectement par l'entremise d'une couche métallique propulsée par l'explosif. Cette technique n'assure pas seulement la faible teneur déjà indiquée en masse de fusion dans les liaisons si-35 nueuses quand l'on utilise les vitesses de collision prescrites par l'invention, mais exige également la proportion minimum d'explosif pour établir les conditions appropriées de liaison car la masse de la couche d'aluminium par unité de surface est normalement bien inférieure 40 à celle de la couche d'acier. Bien que l'entraînement par ,4 2000014 69 00022 explosif puisse être appliqué éventuellement à la couche d'acier, il est plus avantageux de supporter en position la couche d'acier et de propulser, à l'aide de l'explosif contre elle la ou les couches d'aluminium. 5 Les couches métalliques peuvent être disposées de façon initialement parallèle et à distance l'une de l'autre, avec un angle d'inclinaison qui ne dépasse pas 5°. Des angles plus grands sont également possibles mais se traduisent normalement par l'obtention de liaisons 10 non-uniformes lorsqu'il s'agit de revêtir des tôles métalliques ayant des dimensions industrielles normales. On préfère que l'agencement soit pratiquement parallèle eaÉ la mise en oeuvre est ainsi plus facile et la zone liée présente une meilleure uniformité. On installe une 15 couche d'un explosif détonant à côté de la ou des couches métalliques à appliquer sur le substx-at et on amorce cet explosif de sorte que la détonation se propage à peu près parallèlement à la surface de la couche métallique adja» cente. Si les couches métalliques sont initialement parai-20 lèles, la vitesse de collision est égale à la vitesse de propagation de l'explosif et on utilise donc un explosif dont la vitesse de détonation et de propagation se situe entre 2500 et 3400 m/seconde. Quand on utilise toe techr.fc.3ue de revêtement comportant un angle d'inclinaison, 25 on peut faire appel à des explosifs dont les vitesses de détonation sont plus élevées car on peut alors établir la vitesse nécessaire de collision avec de tels explosifs (ayant une plus grande vitesse de détonation) par une augmentation de l'angle initial et/ou de la charge explo-30 sive. Des compositions explosives typiques qui conviennent pour la mise en oeuvre du présent procédé sont décrites dans la demande de brevet précitée dont les enseignements sont incorporés à titre de référence dans la 35 présente demande (demande de brevet E.U.A. N°503.261). On préfère que la couche d'explosif surplombe chaque bord de la couche métallique adjacente avec un porte-à-faux s'étendant sur une distance égale au moins au double et en général inférieure à environ 4,5 fois l'épaisseur de 40 ladite couche. Ce procédé élimine pratiquement les absen 69 00022 15 2000014 ces de liaison sur les bords du stratifié et par conséquent, on est assuré d'un degré maximum de liaison. Il est spécialement recommandé d'installer en supplément des pièces marginales de prolongement sur tous les bords 5 de la couche d'aluminium afin de réduire au minimum un amincissement éventuel des bords. Ces éléments de prolongement doivent avoir la même densité et la même épaisseur que la couche d'aluminium et avoir une largeur égale à peu près à la distance du porte—à—faux que l'explosif 10 établit par rapport à la couche entraînée. les techniques utilisées pour amorcer la ou les couches explosives , soutenir l'ensemble en cours d'assemblage, apprêter les surfaces métalliques et effectuer les autres opérations indispensables pour le procédé de 15 liaison sont décrites dans les deux brevets précités dont les enseignements sont incorporés dans la présente demande à titre de référence. Des moyens efficaces pour maintenir l'écartement sont décrits dans le brevet E.TJ.A. N° 3.205»574 et dans la demande de brevet E.TJ.A, H® 20 587.299.- De plus, de façon analogue aux procédés spécifiés dans les brevets et les demandes de brevets précités, on peut utiliser le procédé qui fait l'objet de la présente invention pour unir des couches d'aluminium 25 et d'acier ayant toute forme désirée, par exemple une forme plane ou tubulaire et on peut ainsi obtenir des stratifiés aluminium/acier sous forme de produits tels que des plaques, des feuilles, des bandes, des tiges, des barres, des tubes, etc. Sur le plan industriel, on 30 préfère des stratifiés dont les couches présentent une 2 surface interfaciale d'au moins 0,095 m et tout particulièrement des produits de forme plane. Les stratifiés aluminium/acier selon l'invention sont utiles pour la formation de joints de transi-55 tion dans des ensembles structuraux et dans des systèmes électriques dans lesquels des éléments d'aluminium doivent être unis à des éléments d'acier. L'utilisation de tels joints permet de surmonter le problème de la forma-, tion d'un composé intermétallique fragile, problème que 40 l'on rencontrait toujours lors du soudage par fusion de i6 2000014 69 00022 1'aluminium à l'acier ;en effet, quand on utilise des joints de transition, les composants en aluminium sont soudés à la partie aluminium du joint de transition alors que les composants en acier sont soudés à la par-5 tie acier de ce joint» Des stratifiés à deux couch.es dans lesquels une couche d'aluminium dont la limite élastique (avant liaison) est inférieure à 1195 kg/cm^ est liée à un acier au carbone ou faiblement allié (par exemple lorsqu'un aluminium 1100 ou 5005 est lié à un acier 10 1008 ou A-516-GR55) conviennent pour former les joints de transition dans certaines applications électriques ou de construction. Dans les installations où la partie en aluminium du joint de transition doit être soudée à un composant formé en un alliage d'aluminium dont la limite 15 élastique est supérieure à 1195 kg/cm^, il peut être sou-haitable pour assurer le maximum de résistance à la soudure d'utiliser un joint de transition en trois couches dans lequel un alliage d'aluminium à forte résistance (par exemple un alliage de la série des 5000, tel qu'un 20 aluminium 54-56 éu 5083) est lié à la couche d'aluminium du stratifié en deux couches. Dans un tel cas on peut également utiliser un aluminium ayant une limite élastique élevée selon l'invention, par exemple l'aluminium 54-54 ou 5086 en qualité de couche extérieure et un alu-25 minium préféré, par exemple 1100-0 ou -J? à titre de couche intercalaire. Des joints de transition dans lesquels une couche d'un autre métal, par exemple d'acier inoxydable 5doit être liée à la partie acier du composite en deux couches, avec ou sans couche d'un autre métal liée 30 à la couche d'aluniniua, sont également réalisables. On peut former un stratifié en trois couches par une technique de liaison explosive des trois couches simultanément dans les conditions définies plus haut, par exemple en installant les couches avec un écart ini-35 tial déterminé les unes des autres et en amorçant un explosif sur la surface externe de la couche extérieure d'aluminium. En variante, on peut lier deux couches au cours d'une première étape et ensuite lier la troisième 40 couche au produit composite, au cours d'une seconde étape. Par exemple, pour préparer un composite dans lequel BAD ORIGINAL 69 00022 17 2000014 une couche en aluminium est prise en sandwich entre une couche d'acier et une couche d'un aluminium plus résistant, on commence par unir la couche d'aluminium le moins résistant à l'acier dans les conditions précédemment ex-5 pliquées et ensuite on unit l1aluminium plus résistant à la face d'aluminium du composite résultant en utilisant des conditions moins limitées que celles qui ont été décrites à propos de la liaison acier/aluminium, par exemple les conditions décrites dans le brevet E.U.4 N° 10 3.137.937. Pour ce second stade, la vitesse de collision est avantageusement comprise entre 1800 et 3200 m/seconde mais pour éviter la formation de défauts de solidification qui sont associés avec l'apparition d'une quantité importante de la nasse fondue dans la zone de liaison. 15 Suivant une variante de réalisation, on lie ensemble d'abord les deux couches d'aluminium par un procédé convenable, par exemple par explosion ou par laminage, et ensuite on lie la surface d'aluminium le moins résistant à la surface de la couche d'acier* Les épaisseurs des 20 couches peuvent Ôtre de toute valeur appropriée à la condition que la couche d'aluminium qui est liée à l'acier soit d'une épaisseur d'au moins 0,76 mm pour assurer l'apparition d'ondes bien définies. L'utilisation des stratifiés selon l'invention 25 pour former des joints de transition peut se faire de n'importe quelle façon appropriée. Par exemple, oon^e joints de transition électriques on peut les utiliser dons des cellules de réduction d'aluminium, par exemple entre des barres omnibus en aluminium et des tiges cathodiques en 30 acier. En ce qui concerne l'utilisation de ces joints de transition dans le domaine de la'construction (par exemple de la construction navale), on peut notamment réunir Une superstructure en aluminium à un pont en acier, en s«udant la face acier du joint à une hiloire en acier 35 que l'on soude au pont en acier et on peut souder le côté aluminium du joint à la superstructure en aluminium. On peut utiliser des joints de transition pour réunir des accessoires d'un pont en acier, par exemple des bifces d'amarrage, à un pont en aluminium. Dans la cons-40 truction de wagons-citernes, on peut utiliser les joints 69 00022 18 de transition pour unir une citerne en aluminium à un châssis d'acier. Les- exemples suivants, dans lesquels la vitesse de collision est exprimée par la vitesse mesurée de la 5 détonation de l'explosif et dans lesquels le pourcentage de liaison métal-à-métal est déterminé comme il a été expliqué à propos des Figures 2 et 2A, servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée. Exemples 1 à 7 10 On applique une tôle d'aluminium dont les dimen sions sont 4-5 x 60 cm à une tôle d'acier supportée ayant les Tînmes dimensions et pour cela on installe la tôle d'aluminium sur la tôle du soutien de façon que les surfaces en regard soient parallèles, mais avec un certain 15 écartement, on dispose une couche d'explosif sur la surface extérieure de 1'aluminium et en effectue Un amorçage ponctuel de l'explosif au centre du "bord court. Dans chaque cas, on soude par points des pièces marginales de prolongement ayant la môme composition et la môme épais-20 seur que la couche d'aluminium et présentant une largeur égale à quatre fois son épaisseur, sur les quatre "bords de la couche d'aluminium, la couche d'explosif recouvrant aussi bien la tôle d'aluminium que les pièces de prolongement. La composition explosive est un mélange 25 granulaire d'amatol 80/20 (c'est-à-dire 80 % de nitrate d'ammonium et 20 °/o de trinitrotoluène) et de 35 à 55 % de chlorure de sodium, par rapport au poids total de la composition, le pourcentage exact du chlorure de sodium étant réglé dans l'intervalle indiqué de manière à réali-30 ser les vitesses de collision prévues. Dans le Tableau ci-après on donne les détails nécessaires concernant les métaux, 1'écartement, la charge explosive, la vitesse de collision, Vangle d'impact et la nature des liaisons obtenues, Les limites élastiques indiquées pour les couches 35 d'aluminium indiquées sont les.limites élastiques réelles avant la liaison. Les couches d'acier sont dans un état normalisé et les couches d'aluminium présentent un revenu qui est indiqué par la désignation de Aluminum Association. Tous les produits sont liés sur plus de 90 % 40 de l'interface aluminium/acier, ne peuvent être déstratiBAD ORIGINAL 69 00022 19 2000014 fiée à l'aide d'un ciseau et présentent des ruptures du type ductile, les liaisons possèdent des résistances au cisaillement et à la traction plus élevées que selles du plus faible des deux métaux de base avant l'opération. 5 les mesures de résistance électrique effectuées sur des barres découpées dans les produits revêtus indiquent que pratiquement aucune résistance supplémentaire n'est introduite par la zone de liaison. Quand on répète le procédé de chacun des exemples 10 1 à 7 en utilisant les conditions indiquées dans le tableau mais en donnant à la couche d'aluminium une inclinaison d'environ 2° par rapport à la couche d'acier et en assurant entre les deux couches une séparation qui, à l'endroit le plus rapproché, est égale à l'espace indiqué 15 dans la première partie de l'exemple, on obtient le même type et le même degré de liaison. On peut également réaliser des stratifiés à trois couches (aluminium/acier/ aluminium) d»nt la liaison est du même type et du Sifme degré si l'on installe verticalement la couche d'acier 20 et les deux couches d'aluminium (la couche d'acier étant dans le milieu) et si l'on utilise une couche supplémentaire du même explosif, c'est-à-dire qu'on installe cette couche contre la surface externe de la seconde couche d'aluminium; dans ce cas on procède à l'amorçage simulta-25 né des deux couches explosives en des points correspondants, les autres conditions étant les mêmes que dans les exemples précités. Tableau Aluminium, métallique Acier de soutien. de base Ex, l'ype Epaisseur Limite Type Épaisseur (an) Limite XTQ (mm) élastique élastique (kg/cm2] (kg/cm2) 1 1100-H12 1^,5 844 C 1 08 38,1 2250 2 1100-H12 25,4 844 0 1008 38,1 2250 3 6061-0 12,7 562 0 1008 38,1 2250 4 1100-HI4 12,7 1195 G 1008 * 38,1 2250 5 1100-H14 4,77 1195 A-212-E 152 3445 6 3003-0 12,7 422 C 1008 38,1 2250 7, 1100-H12 ..2?,4 . 844 G 1008 38,1 2250 *A-516-Qualité 70 BAD ORIGNAL 69 00022 2000014 Tableau (suite) Ex 1T° Ecartement (mi-) Charge explosive* p (kg/duo Vitesse de collision (m/sec) Angle d ' impact (°) Type de zone de liaison % liaison directe aluminium/ acier 1 38,1 1,61 2520 18 sinueuse 98 2 57,15 2,58 2650 16 sinueuse 98 3 38,1 1,72 2710 16 sinueuse SA. 4 50,8 1,29 2850 17,5 sinueuse 92 5 25,4 .9,69 3020 17,5 sinueuse 85 6 38,1 1,61 3160 16 sinueuse 77 7 63,5 2,26 3300 16,2 sinueuse 75 15 compris le poids du chlorure de sodium. Exemple 8 (a) Sur une tôle d'acier ASTM A-516-GR55 (limite O élastique 2672 kg/cm ) dont les dimensions sont 40 x 80cm et dont l'épaisseur est de 12,7 nu, en applique sous 20 forme d'un revôtenent une tôle d'aluminium 1100-H14 ayant les mêmes dimensions et 6,35 mm d'épaisseur, par le môme procédé que dans leh exemples 1 à 7. La vitesse de collision est de 3060 m/seconde et l'àngle d'impact est de 19°* Dans le stratifié ainsi obtenu, la liaison couvre plus 25 de 90 % de l'interface et cette liaison est sinueuse, la liaison directe entre l'aluminium et l'acier étant d'environ 85 %» Il est impossible de déstratifier le produit à l'aide d'un ciseau et sa rupture est du type ductile. Les résistancea au cisaillement et à la traction des li-30 aisons sont plus élevées que celles de l'aluminium avafc la liaison. (b) Sur la couche d'aluminium du stratifié obtenu selon le paragraphe (a) ci-dessus, on applique une tôle d'aluminium 54-56-H321 ayant toujours les mômes di- 35 mensions et 6,35 ma d'épaisseur (limite élastique 2601 p kg/cm ), la technique d'application étant la même. La vitesse de collision est do 2230 m/seconde et l'angle d'impact est de 12°. Les couches d'aluminium sont liées sur plus de 90 % de l'interface par une liaison sinueu-40 se ductile. BAD ORtQINAL 69 00022 21 2000014 On utilise 1^- stratifié à trois couches du stade (b) ainsi que le stratifié à deux couches (aluminium de 12,7 mm d'épaisseur lié à l'acier le ''2,7 ma d'épaisseur) du stade (a) comme joints do transition dans une struc-5 ture qui simule une construction devant être effectuée à bord d'un ïiavirv, l'acier étant soudé à l'a.cier et l'aluminium étant: soudé à l'aluminium, sans aucune répercussion fâcheuse dans la zone de liaison. Il va de soi que l'on peut apporter diverses 10 modifications aux modes de mise en oeuvre qui ont été décrits sans sortir pour cela du cadre de cette invention tel que défini par les revendications annexées. ? BAD ORIGINAL 69.00022 22 REVENDICATIONS 1. Un stratifié lié par explosion, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche d'aluminium dont la limite élastique avant liaison peut atteindre environ O 5 1195 kg/cm et une couche d'acier dont la limite élasti- 2 que à l'état normalisé peut atteindre environ 4218kg/cm , liées par voie métallurgique sur au moins 90 % de leur interface par une liaison sinueuse sensiblement exempte de diffusion comprenant, par unité de surface, au moins 10 70 % environ de liaison dir-jet^ de l'aluminium à l'acier, le complément étant constitué de zones espacées de façon périodique, formées d'une massa fondue solidifiée et séparées les unus des autres par ladite liaison directe. 2. Stratifié selon la revendication 1 caractérisé 15 en co que la limite élastique de la couche d'aluminium, directement après liaison, peut atteindre environ 1195 kg/cm2. 3. Stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche d'aluminium contient, en poids, 20 une quantité totale de magnésium et de silicium ne dépassant pas 2,1 °/o. 4. Stratifié selon la revendication 3, caractérisé en ce que la liaison sinueusa contient,par unité do surface fau moins 90 % de liaison directe de 1'aluminium à 25 l'acier. 5. Stratifié selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux couches qui pré- p sentent une surface Interfaciale d'au moins 0,093 f la couche d'aluminium ayant, par unité de surface, un poids . 30 notablement plus faible que celui de l'acier, 6. Stratifié selon 1? revendication 3» caractérisé en ce qu'il comprend trois couches, ladite couche d'aluminium étant liée entre- la couche d'acier précitée et une couche d'aluminium dont la limite élastique 2 35 est supérieure à 1195 kg/cm . 7. Stratifié selon la revendication 6, caractéri-la surface sé en ce que/interfe.0 iale entre lesdites couches représente au moins 0,093 e"t la couche d'aluminium liée directement à l'acier appartient à la série d'aluminiums No 40 1100. BAD ORIGfNAL 69 00022 23 2000014 8. Un procédé de liaison métallurgique de couches métalliques par propulsion de ces couches l'une contre l'autre à l'aide d'un explosif, caractérisé en ce qu'on effectue une collision progressive d'au moins une 5 couche d'alutiiniun dont la limite élastique peut attein- O dre environ 1195 kg/cm avec une couche d'acier dont la limite- élastique à l'état normalisé peut atteindre envi-ron 4218 kg/cm , à une vitesse de collision comprise entre environ 2500 et 3400 mètres/seconde et qui est suffi-10 santé pour provoquer la formation d'une liaison sinueuse, avec un angle d'impact compris entre 14 et 25*, les sur- . faces en regard dos deux couches étant disposées, avant la détonation de 1'explosif, suivant un angle d'inclinaison inférieur à 5°. 15 9* Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche d'aluminium contient,en poids, une quantité totale de magnésium et de silicium ne dépassant pas 2,1 %. 10. Procédé selon la revendication caractérisé 20 en ce qu'il comporte le stade supplémentaire consistant à lier à une face de ladite couche d'aluminium une autre couche d'aluminium dont la limite élastique est supérieure à 1195 kg/cm^« 11. Procédé selon la revendication S, caractérisé 25 en ce que la vitesse de collision est d'au moins 2600 m/seconde environ, 12. Procédé selon la revendication 9,caractérisé en ce que l'angle d'impact ne dépasse pas environ 20°. 13. Procédé selon la revendication» 9, 30 caractérisé en ce que l'on dispose initialement la couche d'aluminium à peu près parallèlement à la couche d'acier, en espaçant ces deux couches d'une distance égale à environ 1 à 6 fois l'épaisseur de la couche d'aluminium, et on plc.06 une couche d'explosif sur la sur-35 face externe de la couche d'aluminium, le poids de cette couche explosive, par unité de surface, étant compris entre environ 0,2 et 3 fois celui do la couche d'aluminium et les dimensions de la couche d'explosif étant telle que cette couche dépasse au-delà de chaque bord 40 de la couche d'aluminium d'une distance égale au moins 69 00022 24 2000014 au double de l'épaisseur de la coucho d1aluminium. 14-. Procédé selon la revendication 13 j caractérisé en ce que l'angle d'irapact est compris entre environ 14- et 20° . 15. Procédé selon 1" revendication 13 > caractérisé en Ce que la vitesse de détonation de l'explosif est d'au noins 2600 nètres/seconde. BAD QRIGfNAL