Brevet FR2028040A1 — publié le 19701009

La présente invention est relative aux proed.és dç.-traite- ment des métaux, et plus précisément aux proc-édés de.traitement au plasma au cours desquels on utilise des mélanges de gaz pour .la formation du plasma L'invention peut être appliquée lors du soudage, du re- chargement, de l'élimination des défauts des pièces de coulée et de forgeage, de refusionsçsuperficielles et d'autres processus similaires de traitement ne nécessitant pas d'enlèvement du mé tal On connatt déjà un procédé de traitement des métaux au plasma avec utilisation de mélanges de gaz pour la formation du plas ma Cependant, le procédé connu est utilisé pour le traitement au plasma de métaux de faible épaisseur et à basse conductibilité thermique .Ce processus présente un faible rendement car, pour le traitement des métaux de faible épaisseur, présentant une conductibilité thermique élevée, il est nécessaire d'accroître considérablement l'intensité de l'arc de plasma, la consommation totale du mélange de gaz utilisé pour la formation du plasma, et la dépense en composant à conductibilité thermique élevée du mélange de gaz,et également de réduire le-#.diamètre du canal de la buse de formation du plasmatron .Dans le procédé connu, ceci ne peut Etre obtenu par suite de la pression excessive de l'arc sur le bain de métal en fusion-, d'éclabo-ussement du métal, du manque de protection de celui-ci contre l'action du milieu ambiant, en conséquence de quoi il est impossible d'obtenir un cordon de bonne qualité.C'est pourquoi , pendant le traitement au plasma suivant le procédé connu, il est impossible d'élever considérablement l'apport de chaleur total et spécifique du métal à traiter sur le secteur où le métal en question est au contact de l'arc de plasma Le but de la présente invention est dé remédier aux inconvé- nient s mentionnés ci-dessus Dans la présente invention on se propose de fournir un procédé permettant de réaliser le traitement au plasma de métaux de grande épaisseur indépendamment de leur conductibilité thermique, et assurant une productivité élevée du processus de traitement Ce but est atteint par le fait que, dans le procédé de traitement des métaux au plasma conforme à l'invention, avec utilisation d'un mélange de gaz pour la formation du plasma, le traitement est réalisé sous flux, et à titre de composant du mélange de gaz, on utilise soit de l'hydrogène, soit de l'hélium, soit de ltazote, les- autres composants du mélange Ftant alors constitués par des éléments gazeux choisis parmi les gaz inertes et ltazo- -te. Il est préférable de procéder au traitement des métaux au plasma sous une couche de flux en utilisant pour la formation du plasma un mélange de gaz qui peut être constitué par de lthélium et. de l'argon dont -le rapport volumétrique sera compris dans une gamme de 2:1 à 6:1 ; ou en utilisant, pour la formation du plasma,un mélange de gaz constitué par de l'hydrogène et de l'argon dont le rapport volumétrique sera compris dans une gamme de 1:20 à 1:10 ; ou encore en utilisant, pour la formation du plasma ,un nélange de gaz constitué par de l'azote et de l'argon dont le rapport volumétrique sera compris dans une gamme de 1:2 à 3:1. Le domaine d'application-du traitement des métaux au plasma peut-etre étendu, en utilisant le procédé de l'invention, grâce au fait que l'emploi du flux exclut l'éclaboussement du métal en fusion ainsi que l'action réciproque entre celui-ci et le milieu ambiant,qu#l#esque soient la consommation et + la composition du mélange de gaz utilisé pour la formation du plasma ,l'inten- sité de l'arc de plasma et les dimensions du bain de métal en fusion En outre, l'utilisation, en qualité de composant obligatoire du mélange de gaz, de l'un des éléments suivants: hydrogène, hélium ou azote, assure un apport efficace au métal à traiter de la chaleur issue de l'arc de plasma qui augmentera avec l'accroissement de la consommation de ces gaz, ce qui n'est possible qu'en présence du flux . L'utilisation d'autres. Composarits du mélange de gaz tels que ceux choisis parmi les gaz inertes et l'azote assure la protection des électrodes du plasmatron contre la destruction .La consommation de ces gaz doit croftre lors del'augmentation de l'intensité de l'arc de plasma et de la eonsommation soit de l'hydrogène, soit dé l'hélium ou de l'azotè, ex qui éga lement n'est possible qu'en présence du flux De cette façon, seule la combinaison des caractéristiques de la présente invention assure la possibilité d'élever l'apport de chaleur totale et spécifique au métal traité sans d4graaation du cordon et destruction des électrodes du plasmatron Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la-limiter Exemple 1- Soudage au plasma d'alliages à base de cuivre On soude bout à bout des pièces en alliage-à-base de cuivre d'une épaisseur de 40 mm. Le soudage se fait en une passe, d'un seul cavé, sans chanfreinage préliminaire des tranches La surface du métal le long de la ligne de jonction est recouverte d'une couche de flux d'une épaisseur de 30 à 40 mm avec une largeur de 100 à 120 mm.A titre de flux, on utilise un produit employé pour le soudage automatique des alliages de cuivre par une électrode consommable sous flux . Les pièces à souder et à l'électrode du plasmatron sont connectées à la source d 'a- limentation Dans la buse de formation du plasmatron est débité un mélange de gaz constitué par de l'hélium et de l'argon dans le rapport volumétrique de 5::1 .On amorce l'arc de plasma entre l'électrode du plasmatron et la pièce à souder L'intensité du courant de l'arc est amenée Jusqutà une valeur comprise dans une plage de 1200 à 1500 A et concrètement déterminée en fonction des dimensions des pièces à souder .Après la formation du bain de soudage, le plasmatron est déplacé suivant la ligne de jonction des pièces à smrder-à une vitesse qui dépend des dimensions des éléments à souder et qui est comprise et varie entre 3 et 6 m/h. Le flux utilisé au cours du soudage sera ou bien, pr#alable- ment placé sur la surface des pièces, ou bien constamment amené à cette surface par le plasmatron au fur et à mesure de son dé placement Pendant le soudage il se forme un cordon de soudure recouvert par une croûte de flux Exemple 2- Soudage au plasma d'aciers inoxydables au chrome-nickel. On soude bout à bout des piècés#d'une épaisseur-de 20 mm. Le soudage est bilatéral, en une passe,sans chanfreinage préalable des tranches JLe soudage S'opère de la mEme façon qu'à Exemple l.Le mé lange de gaz prévu pour la formation du plasma est constitué par de l'hydrogène et de l'argon dans le rapport volumétrique de 1:15. L'intensité du courant de l'arc de plasma est de 400-500 A. Comme flux on prend un produit exempt d'oxygène, utilisé à l'ordinaire pour le soudage automatique des aeiers inoxydables par électrode consommable sous flux Exemple 3- Soudage au plasma du cuivre On soude bout à bout des pièces d'une épaisseur te soudage est bilatéral, en une passe, sans destranches.Le soudage est réalisé de la même façon qu'à l'Exemple 1. Le mélange de gaz utilisé pour la formation du plasma est constitué par de l'azote et de l'argon dans le rapport volumétrique de 2:1. Le soudage est réalisé à une intenstté du cpurant-de l'arc de 800-900 A. Comme flux on utilise un produit employé pour le soudage automatique du cui-vre par électrode consommable sous flux Le procédé de l'invention permet également de procéder au traitement au plasma des corps de révolution de petit diamètre, d'exclure ou de réduire au minimum le traitement mécanique préliminaire et consécutif au soudage, et de régler les processus chimiques et métallurgiques dans le métal du cordon REVENDICATIONS I-Un procédé-de traitement des métaux au plasma, aaractérisé en ce que l'opération est' réalisée sous flux, et, pour la formation du plasma, on utilise un mélange de gaz comportant, au titre d'un composant , soit de lthydrogène, soit de l'hélium, soit de l'azote et les 'autres composants de ce-mélange étant choisis parmi les éléments gazeux du groupe des gaz inertes et l'azote 2-Un procédé suivant la revendication 1 , dans lequel,pour la formation du plasma, on utilise un mélange de gaz constitué par de l'hélium et de l'argon dans un rapport volumétrique compris dans une gamme de 2:1 à 6: :1 3-Un procédé suivant laJrevendicationl, dans lequel pour la formation du plasma, on utilise un mélange de gaz constitué par de l'hydrogène et de l'argon dans un rapport volumétrique#com- pris dans une gamme de 1:20 à 1:10 4-Un procédé suivant la revendication 1, dans lequel pour la formation du plasma, on utilise un mélange de gaz constitué par de l'azote et de l'argon dans un rapport volumétrique compris dans une gamme de 1:2 à 3:1.