Brevet FR2187494A1 — publié le 19740118

La présente invention concerne un métal d'apport pour la soudure des aciers qui permet de simplifier notablement l'opération de soudure et qui est particulirement adapté à la sou3ure de tubes et tuyaux dans des conditions de montage. Une exigence à laquelle doivent satisfaire les métaux d'apport pour la soudure des acier est que les joints de soudure réalisés avec eux doivent avoir des qualités de solidité et de resistance à la corrosion au moins égales à celles des aciers qu'ils assemblent. Avec les métaux d'apport de soudage connus, ce résultat est obtenu grâce au fait que la composition chimique de la soudure utilisée est identique ou analogue à celle des aciers à assembler. Des éléments d'alliage additionnis améliorent le comportement lors du soudage et/ou agissent sur la structure du cordon de soudure. D'une façon générale, ils n'ont aucune action sur l'opération de soudage elle-même.Le métal d'apport peut être constitué d'un seul composant ou de plusieurs composants. C'est ainsi q*par oxemplo,on connatt des baguettes ou fils métalliques lui contiennent tous les éléments nécessaires sous forme d'alliage. De même, des baguettes ou fils creux ou profilés peuvent contenir, par exemple sous forme de poudre, des éléments d'alliage et des éléments de protection, ou bien une poudre est introduite en supplément dans le joint, avant ou pendant le soudage. Le mélange s'effectue alors dans le bain de soudage liquide.On connatt de plus des létaux d'apport qai, outre les éléments nécessaires à l'assemblage, contiennent également des éléments qui, par suite de réactions chimiques, produisent en totalité ou en partie la chaleur de soudage. Un autre genre de métaux d'apport qui donnent naissance à des assemblages dont la composition diffère sensiblement de celle des aciers à assembler est représenté par les brasures connues en soi. On sait également, pour souder entre eux des aciers différents, utiliser des métaux d'apport qui forment un matériau de soudure analogue à l'un des types d'acier et différent de l'autre. Lorsqu'on effectue des soudages avec des métaux d'apport qui produisent une soudure analogue à au moins un des genres d'acier à assembler, il faut que la température de soudage soit supérieure à la température de fusion de l'acier en question. Pour 'réaliser un assemblage, le matériau de base intéressé est appliqué par fusion grâce au métal d'apport porté à une température supérieure à la température de fusion du matériau de base et/ou grâce à d'autres éléments caloporteurs de température de soudage. les températures élevées entranent une demande d'énergie élevée, des tensions de soudage élevées et une dilatation correspondante de la pièce. Si, pour diminuer la dilatation, on veut réaliser des joints de soudure étroits, il faut diriger la chaleur-diune façon très concentrée dans les zones voisines du joint dq soudure. Ceci nécessite une dépense élevée pour préparer les surfaces de soudage et pour diriger avec précision les têtes de-soudage sur le joint de soudure. L'inconvénient des brasures connues est, qu'en matière de solidité et de résistance à la corrosion, elles ne-correspon- dent pas aux qualités des aciers à assembler. La présente invention a pour but de permettre de souder des tubes d'acier, de préférence dans des conditions de montage, rapidement, sûrement et sans dépense importante en dispositifs et en préparation du cordon de soudure. Le problème à résoudre consiste à proposer un métal d'apport qui permette d'effectuer un soudage en dessous de la température de solidification d'au moins un des aciers à assembler et qui donne naissance à une soudure qui ait au moins la même solidité et la même résistance à la corrosion que l'acier des éléments de joint assemblés. On a constaté que le manganèse et ses alliages, notamment avec le fer, le nickel et le cobalt, sont capables, à l'état liquide, de fondre très rapidement le fer solide et l'acier sollCb et que, après refroidissement, ces fusions présentent une solidité et une résistance à la corrosion qui dépassent celles d'un grand nombre d'aciers. Il est donc proposé par l'invention d'utiliser pour le soudage des aciers un métal d'apport qui se compose de mélanges contenant jusqu'à 98 % de manganèse ou d'alliages de manganèse avec le nickel et/ou le cobalt et/ou le cuivre. Eventuellement on peut encore ajouter jusqu'à 30 ffi d'autres métaux d'apport, par exemple de l'étain ou l'antimoine, qui abaissent la température de fusion. Les mélanges peuvent de plus contenir jusqu 20 % de bore et/ou de phosphore, jusqu'à 95 % de fer ou d'acier ainsi que jusqu'à 50 % de composés non métalliques, réducteurs et/ou diesolva@t les oxydes, de préférence de bore et/ou de fluor. De plus, le matériau d'apport peut encore contenir, en même temps que le composén constitutifs susdits, des alliages de mangan@- se vec le nickel et/ou le cobalt et,'ou le cuivre, et/ou le fer, ces alliages contenant éventuellement jusqu'à 20 @ de métaux abaissait le@ points de fusion tels que par exemple l'étain ou l'antimoine, et éventuellement jusqu'à 10% de bore, et étant éventuellement melangés à des composés non métalliques, réducteurs ou dissolvant Aes oxydes, ou bien étant recouverts d'une couche de ces composés. Il est prévu suivant un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux de donner au métal d'apport des formes qui correspondent à celles des surfaces d'assemblage des pièces à joindre. Il est possible de fabriquer de telles pièces façonnées, particulièrement en recourant à des procédés de la métallurgie des poudres. Lorsqu'on fabrique les piéces foçonnées par un procédé de la métallurgie des poudres, il est possible, en faisant varier @ a pression, d'obtenir une densité diffrente de pièces façonnées. Par conséquent, tout en conservant les mêmes dimensions des pièces façonnées, on peut faire varier la quantité de soudure produite et la régler de cette façon. Le métal d'apport qui se présente sous forme de pièces façonnées peut également être utilisé à l'état fritte'. cet effet, après pressage, il est porté au roue sous une atmos- phere d'un gaz protecteur normal à des températures qui sont inférieures aux températures de frittage des constituants de métaux en poudre et supérieures à la température de fusion des composés non métalliques ajoutés ou des mélanges de ces combi n@isons entre @@x et/ou des mélanges avec les métaux susdits et/ou avec les oxydes des métaux ousdits. Lorsqu'on utilise des additions de mutières protectrices dont l@ température de @usion est inférieure à 1000 degrés, il faut f@ire en @@rte que, à la suite du pressage, l'opération de frittage des pièces façonnée@@ @e dure que peu de temps et s'effectue à basse température car la mati@re protectrice liquide provoque la formation de combin@isons supplémentaires. Etant onné ue 1: vitesse du processus de dissolution est fonction de la gresseur de grain du métal d'apport, il faut @ue cette grosseur de grain de tous les composés constitutifs du métal d'apport ou de certains d'entre e ne dépasse pas ,6 mm. De sleme, il faut que le poids spécifique du métal d'apport soit inférieur ou égal à 7,2 g/cm . Grâce à l'invention, il est possible d'effectuer des soudages à des températures iui sont inférieures à la température de fusion des aciers usuels, tout en obtenant des joints de soudure ayant au moins la même solidité et la même résistance à la corrosion que ces aciers. En assemblant par dissolution les bords de joint de la matière de base, le processus de dissolution réalise l'opération d'assemblage qui, avec les metaux apport connus jusqu'à maintenant, s1 effectue par fusion en élevant la température au dessus de la température de fusion de a matiere de base.En ajoutant au mélange des létaux abaissant le point de fusion tels que le cuivre, l'antimoine ou l'étain, on peut abaisser encore d'avantage la température de dissolution qui est inférieure au point de fusion du fer. les matières protectrices introduites ou appliquées en couche tels ue le phosphore, le bore, les composés a base de bore et de fluor, purifient le bain de fusion et protègent de l'action ce l'atmosphère. entant donné que les bords de joint de soudure ne subissent pas de usion, il devient inutile de prevoir les protection de bain, nécessaires jusqu'à maintenant dans de nombreux cas et il est également inutile que le soudeur lasse preuve d'une ha bileté professionnelle particulière. De ce ait, le soudage par exemple de tubes d'acier de faibles di@mètres norminales est rendu notablement plus facile, plus rapide et plus écono mique. En outre, en raison du fait que l'apport de chaleur est plus faible, la dilatation des parties de soudage est réduite. Les caractéristiques et avanta-s de la prés nue invention ressortiront d' ailleurs la description suivante J un xemple de réalisation. et exemple concerne un étl d'apport pour le soudage de tubes das des conaitiuns de montage. il prés nte avantage@se- ment une furie annuliuire adapte au diametre et å 'épaisseur des proies des tubes à souder. Ce métal d' pport se compose d'environ 18 % d'un alliage de 60 parties en asse de sang--nese pour 40- parties en masse de nickel d'environ 73 # de fer et d' d'environ 9 W d'un verre au borosilicate de type commercial. 3a fabrication s'effectue de lu façon suivante. L'alliage man- ganèse-nicèl iui fond a environ 1020 C est fabrique' de façon habituelle et est pulvérisé sous Atmosphère d'un gaz inerte par atomisation cous Pression, Cette poudre d'alliage dont la grosseur de grain est au @aximum de 0,16 mni est mélangée avec la poudre de fer tonisie et avec la poudre de bJrosilicate de mêms granulométrie, dans les proportions indiquées et, par exemple, dans des appareils automatiques tels que ceux qui sont connus pour la fabrication de paliers à glissement suivant la métallurgie des poudres, est pressée en couronnes de dimensions voulues. Ensuite ces couronnes sont portées au rouge pendant 20 minutes à 750 C sous une atmosphere de gaz ammoniac de dis sociation. RLV-tDICAgIONS 1 - .étal d'apport pour le soudage d'aciers, caractérisé en ce qu'il se compose de mélanges qui contiennent jusqu'à 98 % de manganèse ou de ses alliagetavec le nickel, et/ou le cobalt, et/ou le cuivre, auxquels on ajoute éventuellement jusqu'à 30 ; de-métaux abaissant la température de usion, tels que par exemple, l'étain ou l'antimoine, en ajoutant aussi éventuellement jusqu'à 20 fde sore et/ou de phosphore, jusqu'à 95 ,- de fer ou d'acier, ainsi que jusqu'à 50 % de composés non métalliques, réducteurs ou dissolvant les oxydes, de préférence de bore et/ou de fluor ; et/ou en ce qu'il se compose d'alliages du manganèse avec le nickel etjou le cobalt et/ou le cuivre, et/culefer, qui contiennent éventuellement jusqu'à 20 ds de me- taux abaissant le point de fusion tels que par exemple l'antimoine ou l'étain, et éventuellement jusqu' à 10 0 de bore, et sont éventuellement mélangés avec des composés non métalliques, de préférence réducteurs et/ou dissolvant les oxydes, ou bien sont recouverts d'une couche de tels composés. 2 - Métal d'apport selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on lui donne des formes correspondant aux surfaces de joint des pièces à assembler. 3 - Métal d'apport selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est de préférence fabriqué par des procédés de la métallurgie des poudres. 4 - Métal d'apport selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé sous forme frittée, en ce que, après pressage, il est porté au rouge sous atmosphère d'un gaz protecteur normal à des températures qui sont inférieures aux températures de frittage des parties de métal en poudre, et supérieures à la température de fusion des composés non métalliques citées à la revendication 1 ou de leurs mélanges entre elles et/ou de leurs mélanges avec lesdits métaux et/ou de leurs mélanges avec les oxydes desdits métaux. 5 - Létal d'apport selon l'une des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que tous les composés ou certains d'entre eux ont une grosseur de grain inférieure à 0,6 mm. 6 - Métal d'apport selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le poids spécifique est inférieur ou égal à 7,2 g/cm3.