Brevet FR2190930A1 — publié le 19740201

Xtinvention concerne un procédé pour éviter la formation de porosités lors du soudage ou du moulage d'une pièce d'aluminium ou d'alliage ordinaire d'aluminium. Le soudage de l'aluminilun ou des alliages d'aluminium a jusqu'à présent té effecté par soudage à l'E-rc, en atrnoshère inerte avec électrode de tungstène (soudage à l'-rc TIG) ou par soudage à l'arc en atmosphère inerte avec électrode fusible (sou dage à l'arc IG) en atmosphère de gaz inerte tel que l'argon ou l'hélium. Il est cependant connu oue l'aluminium et les alliages d'aluminium sont très sujets à la formation de porosités si on les compare aux autres métaux lorsqu'ils sont soudés par la technique précédente.Pour cette raison, afin d'empêcher la formation de porosités, on a proposé une méthode consistant à utiliser un gaz inerte contenant de l'azote, de l'oxygène ou du chlore mais il est très difficile d'empêcher totalement la formation de porosités par une telle méthode de mélange de gaz. fle plus, lors du moulage d'aluminium ou d'alliages d'aluminium, des porosités se forment facilement dans la pièce moulée. Afin de pouvoir l'empêcher, on a propose diverses méthodes de moulage, par exemple en mélangeant un gaz actif tel que l'oxygène à l'atmosphère de moulage ou en utilisant un moule perméable à l'air, mais on n'a pas pu obtenir jus qu'à présent une élimination complète des porosités. Comme on vient de le voir, pour éliminer les porosités se produisant lors du soudage ou du moulage d 'aluminium ou d'un alliage d'aluminium, on a insisté jusqu'à présent sur la composition de l'atmosphère gazeuse. La présente invention concerne un nouveau procédé permettant d'éliminer les porosités plus efficacement que par la technique anterieure grâce à une modification de la composition même de l'aluminium ou de l'alliage d'aluminium. k cet effet, selon le procédé de l'invention, on ajoute à l'aluminium ou à l'alliage d'aluminium entre 10 parties par million et 10 > en poids de lithium par rapport au poids total de métal. L'invention sera bien comprise à la lecture de la descrip- tion suivante faite en se roferant au dessin annexe dont les figures la, lb et ic sont des photographies de coupes transversales montrant par comparaison les conditions de porosité pour des pièceds en Al, Al-Zn et Al-Cu toutes additionnées de Le, comparées respectivement é des piéces en Al, Al-Zn et Al-Cu non additionées de Li. Les métaux auRtuels s'applique le procédé selon la présente invention sont l'aluminium seul ou les alliages d'aluminium habituellement utilisés. 'alliage d'aluminium est un alliage constitue essentiellement de 85 à 100 Xo en poids d'aluminium et de O à 15 ; en poids d'au moins un élément choisi dans le groupe constitué par le cuivre, le silicium, le fer, le manganèse, le magnésium, le zinc, le chrome, le titane, le zirconium, le niobium et le tantale. On connaît en soi, un alliage constitué d'aluminium et de lithium mais on ne savait pas qu'un tel alliage peut empêcher ef ficacement la formation de porosités lors du soudage ou du moulage. Les raisons de ce phénomène sont présumées être les suivantes. La formation de porosités dans une soudure ou dans un moulage d'aluminium ou d'alliage d'aluminium est généralement considérée comme due principalement à l'évolution de l'hydrogène. la cause de la porosité va titre décrite par un exemple de soudage à l'arc produisant une porosité importante. Lthumidité de l'atmosphère ou celle absorbée dans le métal est décomposée par un arc qui libère de lthydrogène. L'hydrogène est dissous dans le métal fondu pendant le soudage et se dégage sous forme de phase gazeuse pendant la solidification du métal et ses bulles restent dans le métal soudé et forment des porosités.On pense que, dans le procédé selon la présente invention, le lithium qui présente une grande affinité pour l'hydrogène, réagit dans le métal fondu avec l'hydrogène et forme un composé hydrogéné de lithiumpendant le soudage ou le moulage. l'évolution de l'hydrogène gazeux est de ce fait arrêtée et l'hydrogène est fixé dans le métal solidifié sous forme solide, ce qui empêche la formation de porosités. Cette explica- tion théorique est seulement une interprétation possible et l'invention n'y est nullement limitée. On peut s'attendre à ce que le procédé selon la présente invention soit d'autant plus efficace pour empêcher la formation de porosités que la quantité de lithium additionnée est plus grande, mais la caractéristiaue inattendue de l'invention réside en ce qu'une très petite quantité de lithium, telle que 10 à 1000 ppm, ajoutée à l'aluminium ou à l'alliage d'aluminium, empêche totalement et efficacement la formation de porosités. On peut bien entendu ajouter une plus grande quantité de lithium. Pour un alliage dXaluminium utilisable dans la construction ou en moulage, une te neur d'environ 2 % ou moins de lithium peut entre suffisante pour empêcher la formation de porosités.Lorsqu'on utilise un alliage d'aluminium contenant du lithium, comme fil de soudure, la teneur en lithium du métal est de préférence de 10 ,0 ou moins parce que, du fait aue le lithium est un métal réactif, qui est bien plus sujet à évaporation ou oxydation que d'autres métaux, il est réduit à environ 1/5 de la quantité ajoutée à cause de l'évaporation ou de ltoxydation lors du soudage à l'arc. L'aluminium ou l'alliage d'aluminium contenant du lithium utilisables dans le procédé selon la présente invention peuvent être utilisés comme matières soudables et comme fils d'électrode de soudage. Dans des procédés de soudage à l'arc tels que le procédé TIG ou le procédé lEG, de soudage par faisceau électronique et de soudage au gaz, on obtient des résultats favorables inattendus avec une soudure fixe exempte de porosités. Comme on l'a décrit précédemment, 11 aluminium ou l'alliage d'aluminium contenant du lithium utilisables pour le moulage peuvent Qtre exempts de porosités et de plus, la fluidité de l'aluminium ou de l'alliage d'aluminium est améliorée et la coulée est meilleure. EXEPE: On introduit dans un creuset de carbone de l'aluminium pur et un fondant, Ba - C2-NaF-ÂJF3, et on fond le mélange par haute fréquence sous atmosphère. Du lithium métallique enveloppé dans une feuille d'aluminium est ajouté dans le métal fondu et on prépare un alliage-mère. Le taux d'addition du lithium et les résultats d'analyse de l'alliage-mère sont indiqués au tableau 1 cidessous. TkBikU I Taux d'addition du Ranport arialvtioue lithium l'i l'i Alliage-mère 95 5 98,77 1,23 Comme indiqué au tableau 1, le lithium est réduit à environ 1/4 de la quantité ajoutée à cause de ltoxydation ou de ltévapora- tion pendant la préparation de l'alliage-mère. On prépare des alliages d'aluminium contenant diverses quantités de lithium avec addition éventuelle de l'alliage-mère précédent à de 11 aluminium pur ou à un alliage d'aluminium. Les valeurs analytiques des alliages d'aluminium contenant du lithium sont indiquées au tableau 2 ci-après TABLEAU 2 Alliage Li % Zn % Cu % Al % Al pur - - - 99,99 Al-Li 0,083 - - q.s.p. Al-Zn-Li 0,033 1,88 - n Al-Cu-Li 0,062 - 4,3 On fond les alliages d'aluminium additionnés de lithium pré- cédents (0,083 % de Li-Al , 0,033 % de Li 1,88 % de Zn-Al et 0,062 % de Li - 4,3 % de Cu-Al) dans un arc-bouton en atmosphère de 1 ,' de H2-Ar et on observe les résultats préventifs contre la porosité en fonction de l'addition de lithium. La photographie a est une vue en coupe transversale d1 aluminium pur fondu dans un arc-bouton dans les mêmes conditions que l'alliage d'aluminium à 0,083 ,' de Li-Al obtenu dans cet exemple à titre de comparaison. Comme on le voit clairement sur les photographies, la porosité dans l'aluminium est fortement réduite par l'addition de lithium. Les photographies b et o illustrent respectivement la comparaison entre un alliage d'bl à 1,88,' de Zn, additionné de 0,033 % de Li et l'alliage Al-Zn non additionné de Li et un alliage d'alu- minium à 4,3 % de Ou additionné de 0,062,' de lithium et l'alliage non additionné de Li, fondus dans un arc-bouton dans les mêmes conditions. On s'aperçoit que la porosité est fortement empêchée par l'addition de lithium. Ces résultats montrent que l'addition de lithium à l'aluminium ou un alliage d'aluminium est très efficace pour empocher la formation de porosités. REVENDICATIONS 1. - Procédé pour éviter la formation de porosités lors du soudage ou du moulage d'une pièce d'aluminium ou d'alliage d'aluminium contenant des additifs ordinaires, procédé caractérisé par le fait qu'on ajoute à l'aluminium ou à l'alliage d'aluminium entre 10 parties par million et 10 % en poids de lithium par rapport au poids total de métal. 2. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le métal est constitué essentiellement de 85 à 100 0 en poids d'aluminium et de O à 15 ffi en poids d'au moins un élément choisi dans le groupe constitué par le cuivre, le silicium, le fer, le manganèse, le magnésium, le zinc, le chrome, le titane, le zirconium, le niobium et le tantale.