Brevet FR2158244A1 — publié le 19730615

La présente invention est relative à un procédé permettant de réduire la production de pores lors du soudage de métaux par faisceau d'électrons avec une composition telle que des pores tendent à se créer dans la zone de la soudure en raison du dégagement d'oxyde de carbone et d'azote gazeux. L'invention est principalement caractérisée par le fait que l'aluminium est apporté dans la zone de la soudure avant ou pendant l'opération de soudage. Lors du soudage par faisceau d'électrons d'un acier à haut carbone, par exemple contenant environ 1% de carbone, environ 35 ppm d'oxygène et environ 90 ppm d'azote, il est difficile d'éviter la formation de pores dans la soudure. Les pores sont créés par l'oxyde de carbone, qui est dégagé par 1 la réaction du carbone sur l'oxygène, et par l'azote gazeux. L'application du vide renforce la production de gaz. Des essais ont démontré qu'une teneur accrue en aluminium dans l'acier peut provoquer une réduction coi- sidérable de la fréquence des pores dans la zone de la soudure obtenue par faisceau d'électrons, parce que l'aluminium fixe l'oxygène et l'azote et supprime ainsi la tendance à la libération de gaz. Quand on soumet un acier à roulements ordinaire ayant une teneur en carbone d'environ 1 * et une teneur en aluminium d'environ 0,01 96 à des essais, on obtient une soudure dans laquelle la fréquence des pores est d'environ 15%, mesurée à la surface d'une section longitudinale d'une soudure. Les pores ont une dimension d'environ 1,0 mm. Quand on augmente la teneur en aluminium jusqu'à environ 0,04%, dans des conditions par ailleurs identiques, on obtient un joint ne présentant que quelques pores d'environ 0,1 mm. Pour réduire encore la taille et le nombre des pores, une augmentation considérable de la teneur en aluminium est nécessaire. Toutefois, des teneurs élevées en aluminium dans l'acier sont très désavantageuses, d'une part en raison du prix et d'autre part en raison du grand risque de formation d'inclusions-de A1203 et AIN dans l'acier quand il est soumis au traitement. Ces inclusions diminuent les contraintes de fatigue et la durée de vie de l'acier. Pour éviter la nécessité d'utiliser de l'acier ou d'autres métaux à teneurs élevées en Al dans le soudage par faisceau d'électrons, l'aluminium, selon la présente invention, n'est alimentE que dans la zone de la soudure. On peut obtenir ce résultat de plusieurs manières conformément à la présente invention, qu'on va maintenant décrire en se rapportant à deux exemples concernant le soudage par faisceau d'électrons de l'acier. Dans les deux cas, on utilise un acier à roulements ordinaire dont la teneur en carbone est d'environ 1 %, la teneur en aluminium d'environ 0,01 %, la teneur en oxygène d'environ 35 à 40 ppm et la teneur en azote d'environ 90 ppm. Selon le premier exemple, l'aluminium est apporté par vaporisation sous vide, ce qui fait qu'une couche d'aluminium d'environ 2 Zm d'épaisseur est appliquée aux surfaces de la soudure. Selon un mode de réalisation, on exécute la vaporisation sur l'une des surfaces seulement de la soudure et, selon un autre mode de réalisation, en appliquant la moitié de la couche totale d'aluminium sur chaque surface de la soudure. On peut donc conclure que le résultat du soudage est le même dans les deux cas. Dans le soudage par faisceau d'électrons on obtient une soudure dont la largeur est d'environ 1,1 mm à la partie supérieure et d'environ 0,8 mm à la partie inférieure. La teneur calculée en aluminium du métal fondu est d'environ 0,07%. La soudure obtenue contient environ applique ensuite une couche d'aluminium d'environ 4 Fm d'épaisseur, sous vide, sur les surfaces de la soudure des m8mes éprouvettes que ci-dessus. Par soudage au faisceau d'électrons, on obtient une soudure dont la largeur est d'environ 1,2 mm à la partie supérieure et d'environ 0,8 mm à la partie inférieure. La teneur calculée en aluminium du métal fondu est d'environ O,lrC O# et la soudure contient environ 2 * de pores. Dans l'autre exemple, une t81e d'aluminium d'environ 9 Jlm d'épaisseur est fixée entre les surfaces jointives d'éprouvettes du m#me type que ci-dessus. Le soudage par faisceau d'électrons permet d'obtenir une soudure ayant une largeur d'environ 1,2 mm à la partie supérieure et d'environ 0,8 mm à la partie inférieure. La teneur calculée en aluminium du-métal fondu est d'environ 0,32%. La soudure ne contient pas de pores ou bien ne contient que quelques pores d'environ 0,01 mm. On peut donc dire que pour la qualité de l'acier essayé, l'aluminium doit autre apporté en une quantité telle que la teneur en aluminium calculée dans le métal qui est fondu au cours de l'opération de soudage soit d'au moins 0,3 %. Des essais à la microsonde ont permis de constater que, dans une soudure avec laquelle la teneur calculée en aluminium est d'environ 0,48% et l'aluminium est apporté sous forme d'une tôle, la teneur réelle en aluminium est environ 0,10 * après l'opération de soudage, ce qui fait que l'aluminium est réparti uniformément sur une section de la soudure. La teneur réelle en aluminium a donc diminué jusqu'à environ 20 % de la teneur calculée théorique. Ceci est dA au fait qu'il se produit en principe une certaine perte de mat*- riau pendant 11 opération de soudage et que l'aluminium s'échap- pe sous forme gazeuse. Aucune augmentation des inclusions de Al2O3 et de ÂlN n'a été constatée dans la zone de la soudure. REVENDICATIONS lo Procédé pour diminuer la production de pores au cours du soudage par faisceau d'électrons d'un métal ayant une teneur en oxygène, en azote et en carbone telle que de leoxyde de carbone et de l'azote gazeux tendent à se dégager dans la zone de la soudure, ce procédé étant caractérisé par le fait que de l'aluminium est apporté dans la zone de la soudure avant ou pendant l'opération de soudage. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'aluminium est apporté par vaporisation sur l'une des surfaces ou sur les deux surfaces de la soudure avant l'opération de soudage. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'aluminium est apporté sous forme d'une tole entre les surfaces de la soudure. 4o Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, appliqué au soudage d'un acier ayant une teneur en carbone d'environ 1%, une teneur en oxygène d'environ 17 ppm et une teneur en azote d'environ 90 ppm, ce procédé étant caractérisé par le fait que la quantité d'aluminium apportée dans la zone de la soudure est suffisante pour que la teneur calculée en aluminium dans la soudure terminée soit supérieure à 0,3 %o