Brevet FR2128114A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne un procédé de s#oudage de matériaux divers par bombardement électronique. On sait que le soudage par bombardement électronique consiste à provoquer la fusion des bords à assembler à l'aide d' un faisceau électrnniue Hp faible secti^r prodni+ par lin rotnnn à électrons. La pénétration des électrons dans la matière est très faible, de sorte que le soudage ne se fait pas par une fusion due à l'échauffement pnr conductibilité mais par perçage, le métal fondu étant rejeté de part et d'autre de la zone d'impact du faisceau d'électrons,ce ce qui permet une fusion presque instanta- née sur toute l'épaisseur à souder, tandis que la largeur de la zone fondue et la laryeur de la zone thermiquement affectée sont très faibles. Le soudage par bombardement électronique est l'ondes procédés de soudage qui altèrent le moins, chimiquement, thermiquement et surtout du point de vue dimensionnel, les matériaux à souder. Les repérages de température avant et près le passage du faisceau révèlent de forts gradients de température et des refrodissements toujours très rapides aux cnnsenuenees parfois fâcheuses : c'est ainsi que l'on constate, par exemple, pour les aciers au carbone, des effets de trempe et de fragilisation et, pour les aciers au nickel-chrome, des modifications du taux de ferrite. On peut procéder à un pré-chauffage ou à un postchauffage, mais cela ne supprime pas complètement les inconvénients énoncés ci-dessus car certains défauts se produisent à haute température pendant la solidification du métal fondu ou parce que, par exemple, ces traitements thermiques sont souvent inefficaces sur les aciers au nickel-chrome. L'invention a pour objet un procédé de soudage par bombardement électronique exempt des inconvénients de la technique antérieure. De façon précise, l'invention concerne un procédé de soudage de matériaux divers par bc:.bardement électronique, ce procédé etant essentiellement caractérisé par le fait que l'on dispose, au voisinage des pièces à souder et suivant l'axe du faisceau d'électrons incidents, au moins un matériau d'apport en quantité préalablement déterminé qui s'incorpore au bain de fusion produit par le bombardement et, sous l'effet du brassage de ce bains se répartit de façon homogène dans ce dernier en modifiant et ajustant les caractéristiques chimiques, métallurgiques et mécaniques de la zone soudée. Le procédé selon l'inVention permet une incupordtiun aisée et réglable du ou des matériaux d'apport sans diminuer la vitesse de soudage qui est l'un des principaux avantages du soudage par bombardement électronique. Ce procédé est applicable à toutes sortes de soudures: soudures à plat, soudures circulaires même fortement bridées, soudures linéaires avec jeu, soudures de tubes bout à bout, soudures en corniches etc. Il permet de souder des pièces en matériaux très divers et, en particulier, en aciers industriels de compositions différentes difficiles à souder par les procédés connus. Enfin, le procédé selon l'invention permet de modifier dans des proportions satisfaisantes les carac#téristiques mécaniques des liaisons obtenues, par exemple la résistance à la traction, la résilience et le fluage. D'autres caractéristiques et avanta-ges de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif et nullement limitatif, diverses formes de réalisation de l'invention. Sur cas dessins, chacune des figures représente schématiquement la pqsition relative, avant soudage, de deux pièces à souder selon le procédé de l'invention et des matériaux d'apport, - la figure 1 correspond au cas d'une soudure linéaire; - la figure 2 correspond au cas du soudage de deux tubes bout à bout; - la figure 3 correspond au cas d'une soudure circulaire avec les matériaux d'apport disposés, par rapport aux pièces à souder, du côté de l'arrivée du faisceau d'électrons; - la figure 4 correspond au cas où les pièces à souder présentant un jeu avant soudage; - la figure 5 correspond au cas où les pièces à souder présentent un jeu très important et où le matériau d'apport est une poudre;; - la figure 6 correspond au cas où les matériaux d'apport se présentent sous la forme de fils - la figure 7 correspond au cas où le matériau d'apport est logé dans une encoche ménagée dans l'une des faces juxtaposées des pièces à souder - la figure 8 correspond au cas où les matériaux d'apport sont disposés sur l'une des faces à souder, - la figure 9 correspond au cas où l'une des deux pièces a été préalableent usinée, le matériau d'apport étant un feuillard, et la figure 10 correspond au cas où les deux pièces ont été usinées le matériau d'apport étant une poud#-#. Sur la figure 1, les pièces à assembler 1 et 2 sont juxtaposées en vue du soudage par bombardement électronique à l'aide d'un faisceau d'électrons F. Sur la face opposée à ce faisceau sont disposés, conformément à l'invention, différents matériaux d'apport 3, 4, 5 et 6 en nombre et qualité soigneusement dosés, compte-tenu de la largeur prévisible de la zone fondue. La pièce 7 est facultative et peut être utilisée soit comme matériau d'apport soit comme support de bain et, dans ce cas, elle est de même nature que les pièces 1 et 2 à souder, La figure 2 représente deux tubes 1 et 2 à assembler par un faisceau F extérieur à ces tubes. Comme dans le cas de la figure 1, les matériaux d'apport, par exemple 4, 5, sont disposés sous la zone à souder, et ils sont logés à l'intérieur des tubes on utilise la bague 7 comme matériau d'apport, mais aussi, et plus avantageusement, comme support de bain afin de pouvoir faire varier la vitesse de soudage sur une gamme de réglages plus étendue, conformément à l'invention qui permet d'agir sur les caractéristiques finales de l'assemblage réalisé. Dans le cas où le soudage se fait depuis l'intérieur des tubes, les matériaux 4 et 5, dosés en nombre et qualité, ainsi que la bague 7, sont placés à l'extérieur des tubes et il est plus facile que dans le cas de la figure 2 de retirer cette bague après soudage. Les dispositions des figures 1 et 2 peuvent être utilisées dans le cas de soudures circulaires. Dans certains ces, il est avantageux de disposer les matériaux d'apport sur la face recevant le faisceau d'électrons F. Dans ce cas, (figure 3) la pièce 7 peut être utilisée soit comme matériau d'apport, soit comme protection de la surface des pièces à souder qui reçoit le faisceau F d'électrons La figure 4 représente une disposition utilisée, principalement en soudage linéaire, lorsque les pièces à souder présentent un jeu avant soudage. Les matériaux d'apport 3, 4, 5, 6 sont dosés en nombre et quali-'é, soit sur toute l'épaisseur des pièces 1 et 2, soit sur des hauteurs variables. Dans le cas de jeux très importants (figure 5), le dosage s'effectue, par exemple, sous forme de poudre 8 contenant un dosage précis des constituants. La figure 6 montre un exemple de disposition de matériaux d'apport dosés donnant également de bons résultats. Ces matériaux, sur la figure 6, sont des fils 9, mais on peut utiliser également des grilles. Comme représenté sur la figure 7, le ou les matériaux d'apport 11 peuvent également être introduits dans une ou plusieurs encoches 10 ménagées dans au moins l'une des faces juxtaposées des pièces 1 et 2. La figure 8 montre une disposition des matériaux d'apport suivant laquelle ces matériaux (12, 13, 14) sont placés sur au moins une des faces mêmes à souder, sur lesquelles ils peuvent être déposés par tout procédé, par exemple métallisations successives sous vide (évaporation), dépôts chimiques, dépôts électrolytiques, métallisation par projection, plaquage, dépôts par fusion. On peut aussi envisager que les matériaux d'apport sont logés dans un évidement 1 5 préalablement usiné sur au moins l'une des deux pièces à assembler et comportant des décrochements 16. Le cas de la figure 9, est valable en particulier pour les soudures circulaires, le matériau d'apport étant sous forme de feuillard. Dans le cas de la figure 10, le matériau d'apport est une poudre. On peut également utilisez, comme matériaux d'apport, une combinaison de feuillards, de poudres, de fils ou de dépôts chimiques ou physiques. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif et nullement limitatif, et qu'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans sortir de son cadre. REVENPICATIONS 1 ) Procédé de soudage de matériaux divers par bombardement électronique, ce procédé étant essentiellement caractérisé par le fait que l'on dispose, au voisinage des pièces à souder et suivant l'axe du faiseau d'électrons incidents,au moins un matériau d'apport en quantité préala blement déterminée qui s'incorpore au bain de fusion produit par le bombardement, et, sous l'effet du brassage de ce bain, se répartit de façon homogène dans ce dernier en modifiant et ajustant les caractéristiques chimiques, métallurgiques et mécaniques de la zone soudée. 20) Procédé de soudage selon la revendication 1 caractérisé par le fait que lesdits matériaux d'apport sont dispos sés sur la face des pièces à souder qui est opposée au faisceau incident d'électrons. 30) Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits matériaux d'apport sont disw posés sur la face des pièces à souder qui est tournée vers le faisceau d'électrons. 40) Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les divers matériaux d'apport sont plecésentre les faces juxtaposées des pièces à souder. 50) Procédé de soudage selon la revendication t, caractérisé par le fait que les matériaux d'apport sont intro, duits dans un logement ménagé dans au moins l'une des faces juxtaposées des pièces à souder, -présentant un ou plusieurs décrochements. 60) Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les matériaux d'apport sont déposés et fixés sur au moins lune des faces juxtaposées des pièces à souder. 70) Procédé de soudage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ce dépôt et cette fixation sont obtenus par une méthode physique. 80) Procédé de soudage selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ce dépôt et cette fixation sont obtenus par une méthode chimique. 9a) Procédé de soudage selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une pièce de support du bain de fusion est disposée sous les matériaux d'apport. 100) Procédé de soudage selon la revendication J, caractérisé par le fait qu'il est prévu une pièce recouvrant les matériaux d'apport et servant à protéger la surface des pièces à souder qui reçoit le faisceau d'électrons 11 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les matériaux d'apport sont sous forme de feuillards, 120) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les matériaux d'apport sont sous forme de poudre, t39) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les matériaux d'apport sont sous > forme de fils, ~40) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les matériaux d'apport sont sous la forme dune combinaison de feuillait de poudres, de fils ou de dépota chimiques ou physiques.