Brevet FR2190567A1 — publié le 19740201

La présente invention concerne les procédés de soudage de métaux sous laitier électroconducteur, notamment les procédés de soudage sous laitier électroconducteur de demi-produits en cuivre ayant une section droite à souder importante, de l'ordre de 150x200 mm. On connaît largement des procédés de soudage sous laitier électroconducteur de demi-produits métalliques, de préférence en acier, assurant l'obtention d t une soudure résistante. Les tentatives faites pour souder des demi-produits en cuivre par la méthode appliquée aux demi-produits en acier n'ont pas donné de bons résultats. Le cuivre est doué d'une haute conductibilité thermique et d'une grande affinité pour l'oxygéne, aussi les flux à haut point de fusion employés pour le soudage des aciers sous laitier électroconducteur ne conviennent-ils pas au soudage du cuivre. En outre, on n'est pas arrivé à créer les conditions nécessaires à une liaison robuste du métal de la soudure à la surface à souder des demi-produits, par suite de leur échauffement insuffisant au commencement du processus. L'électrode de cuivre fond vite et la vitesse de déplacement de la surface du bain de métal est supérieure à la vitesse de fusion des surface à souder. Par suite de ces complications, on n'utilise jusqu'à présent pour le soudage de demi-produits en cuivre que les procédés aux gaz, les procédés à l'arc, les procédés électriques aux gaz, etc..... le soudage du cuivre aux gaz est,en#règle générale, exécuté avec une flamme oxyacétylénique. le soudage doit alors être exécuté en une seule passe, car les passes suivantes provoqueraient inévitablement la formation de pores et de fissures dans la cordon déjà exécuté. Une assez grande extention a été sonnée au procédé de soudage à l'arc de demi-produits en cuivre, avec emploi d'électrodes fusibles enrobées. Les demi-produits d'une épaisseur allant jusqu a 4 mm sont soudés sans chauffage supplémentaire. Pour le soudage de demi-produits en cuivre dont l'épaisseur atteint 10 à 12 mm, il est nécessaire de chauffer ces produits additionnellement jusqu a une température se situant entre 200 et 7500C. Le soudage électrique aux gaz des demi-produits en cuivre s'effectue aussi bien avec des électrodes réfractaires, qu'avec des électrodes fusibles. Sans chauffage, on soude sous argon, avec une électrode réfractaire en tungstène, des demi-produits en cuivre dont l'épaisseur peut aller jusqu a 4 mm, et sous hélium ou azote ceux dont l'épaisseur peut atteindre 8 mm. Avec une électrode fusible on soude sous argon, sans chauffage,des demi-produits d'épaisseur allant jusqu a 6 mm sous argon, et jusqu'à 10 mm sous hélium ou azote. On connaît le soudage de demi-produits sous flux avecemploi d'une électrode réfractaire en charbon ou d'une électrode métallique fusible. Par soudage sous flux on obtient en une seule passe des joints soudés, y compris des joints soudés étanches au vide, dont l'épaisseur peut aller jusqu'à 40 ou 60 mm sans chauffage supplémentaire des bords à souder. On connaît un procédé dé soudage au plasma de demi-produits en alliages de cuivre, par exemple en bronze au chrome. Toutefois, on ne soude par ce procédé que des demi-produits plats d'épaisseur allant jusqu'à 60 mm. Lorsque les épaisseurs à souder sont supérieures à 60 mm, on n'arrive pas jusqu a présent à réaliser par les procédés indiqués des soudures résistantes. On avait proposé un procédé de soudage sous laitier électroconducteur de métaux et alliages à bas point de fusion et haute conductibilité thermique, qui prévoyait la création et la surchauffe du bain de laitier au moyen d'une électrode réfractaire (certificat d'auteur URSS NO 186 586 de 1966). Toutefois, ce procédé n'a pas trouvé d'applications pratiques par suite de l'absence de flux pour le soudage du cuivre sous laitier électroconducteur, ainsi que de la dissipation de la chaleur qui, dans ce cas, ne s'accumule pas dans la poche du dispositif; or cette chaleur est nécessaire à la fusion des surfaces (bords) à souder des demi-produits en cuivre, dont la conductibilité thermique est élevée. En outre, on ne peut pratiquement pas,par un tel procédé, obtenir l'énergie lin-.qe (quantité de chaleur apportée principalement par les gouttes surchauffées de métal d'apport) nécessaire à la formation de la soudure pendant toute la durée du processus. Ces dernières années, il est devenu nécessaire de souder des demi-prMuitsereulvre ayant de sectIons droites à souder importantes, atteignant 150x200 ma. Pour cela il a fallu résoudre un ensemble de problèmes liés à la création d'un flux et d'un procédé de soudage de demi-produits en cuivre sous laitier électroconducteur, ainsi que de modes opératoires permettant la réalisation pratique de ce procédé. On a proposé à cet effet un flux pour le soudage de métaux sous laitier électroconducteur, de préférence d f uivre et de ses alliages, contenant en poids 50 à 67% de fluorure de sodium, 18 à 20% de fluorure de lithium, 7 à 14 de fluorure de calcium, 6 à 10% de silice et jusqu'à 8% de marbre (certificat d'auteur URSS N0272 027 de 1968). Le flux de cette composition est doué d'une coulabilité assurant une transmission intensive de la chaleur aux surfaces à souder des demi-produits. Le but de l'invention est de supprimer les difficultés indiquées plus haut. Il s'agissait donc de créer un procédé de soudage de demi-produits en cuivre sous laitier électroconducteur, qui permettrait d'exercer sur le bain de métal et le bain de laitier des actions thermiques et chimiques assurant l'obtention d'une soudure résistante sur des demi-produits en cuivre dont les sections droit~ à souder ont des valeurs importantes, de l'ordre de 150x200 mm. La solution consiste en un procédé de soudage de demiproduits en cuivre sous laitier électroconducteur, réalisé dans un dispositif comportant une poche pour retenir le bain de laitier, et des contre-plaques (patins) pour le moulage de la soudure, avec utilisation d'électrodes et de flux aux fluorures à bas point de fusion, procédé dans lequel, d'après l'invention, le soudage est exécuté dans un dispositif en isolant thermique accumulant la chaleur du bain de laitier et doué de propriétés désoxydantes par rapport au métal de la soudure; au commencement on chauffe le bain de laitier avec une électrode réfractaire dans la poche calorifugée du dispositif jusqu a ce que les bords à souder des demiproduits commencent à fondre, puis on emploie une plaqueélectrode fusible et, au fur et à mesure que le bain de métal progresse dans l'écartement entre les surfaces à souder des demi-produits, on refroidit la soudure au-dessous de son front de solidification. Ce procédé permet de souder sous laitier électroconducteur des demi-produits ayant une section droite de 150x200 mm en obtenant des soudures résistantes. Il est souhaitable que le dispositif mentionné soit en graphite. Cela assure l'accumulation de la chaleur du bain de laitier et, eh même temps, la désoxydation du métal de la soudure. Il est avantageux d'utiliser pour la réalisation du procédé une plaque-électrode fusible, contenant un désoxydant choisi dans le groupe des métaux réfractaires, par exemple du titane. Cela permet d'activer la désoxydation du métal de la soudure et d'obtenir des soudures étanches au vide et ayant de hautes propriétés de résistance. On peut utiliser une électrode fusible dans laquelle est incorporé au moins un fil de titane. Etant plus réfractaire que le cuivre, les fils fondent avec un certain retard et, lors de leur contact avec la surface du bain de métal,il se produit des courts-circuits qui provoquent des explosions. Ces explosions contribuent à l'affinage de la structure du métal constituant la soudure. Pour expliquer l'invention, un exemple non limitatif de mise en oeuvre du procédé proposé est décrit ci-après. Pour le soudage de demi-produits en cuivre sous laitier électroconducteur, de même que pour le soudage de demi-produits en acier, on prépare un dispositif dont le but est de retenir le bain de laitier et de mouler la soudure. Sur une plaque de cuivre à laquelle est connecté un conducteur d'amenée de courant on pose la-plaque de fond de la poche et deux blocs avec un jeu d'assemblage obligatoire déterminé par le caractère des déformations lors du soudage, d'après l'expérience du soudage de structures analogues ou de modèles grandeur nature. la largeur des blocs correspond à la largeur des demi-produits à souder. Ensuite, on pose les demi-produits sur les blocs de la poche, et sur les demi-produits on pose les blocs pour la sortie du bain de laitier et l'obtention de la retassure en dehors des limites des demi-produits à souder. On ferme latéralement la cavité formée (écartement de soudage) avec des contre-plaques (patins) servant à mouler la soudure. On serre étroitement ces contre-plaques avec des systèmes à vis classiques. Comme le cuivre a une conductibilité thermique élevée, on réalise les pièces constituant la poche avec un matériau dont la conductibilité thermique est plus basse que celle du cuivre, par exemple en graphite. Cela permet d'accumuler au comm cement du processus une quantité de chaleur suffisante pour la fusion des bords à souder des demi-produits et la liaison complète du métal de la soudure avec le métal de base. le soudage des demi-produits en cuivre sous laitier électroconducteur est exécuté sans recours à une atmosphère protectrice. Toutefois, compte tenu du fait que le cuivre est fortement sujet à l'oxydation, on en assure la désoxydation intensive en utilisant pour la réalisation du dispositif de retenue du bain de laitier et de moulage de la soudure un matériau absorbant l'oxygène plus activement que le cuivre, ce matériau pouvant être par exemple le graphite. Pour réaliser le bain de laitier on utilise un flux contenant, en poids,50 à 67% de fluorure de sodium, 18 à 20% de fluorure de lithium, 7 à 14% de fluorure de calcium, 6 à 10% de silice, jusqu a 8% de marbre. On peut aussi employer des flux d'autres compositions, contenant des combinaisons de fluorures de métaux alcalins et alcalino-terreux. De tels flux sont caractérisés par une viscosité faible, une coulabilité élevée et une haute conductibilité électrique, ce qui assure la transmission intensive de la chaleur, par convection, auçsurfaces à souder des demi-produits. On remplit la poche du dispositif avec lesdits flux à l'état de fusion, puis on met sous tension l'électrode réfractaire plongée dans le bain de laitier. On chauffe le bain de laitier avec l'électrode réfractaire jusqu'à ce que les bords à souder des demi-produits commencent à fondre. Ensuite on remplace l'électrode réfractaire par une électrode fusible On peut employer une plaque-électrode fusible avec des découpures longitudinales ou une électrode composée d'éléments séparés. le métal de l'électrode peut être additior > ré de métal désoxydant choisi dans le groupe des métaux réfractaires, tels que le titane, le niobium, le -zirconium.Cela permet une activation supplémentaire de la désoxydation de la soudure et assure l'obten tion d'une soudure étanche au vide et ayant de hautes propriétés de résistance. On peut utiliser une électrode fusible dans laquelle sont incorporés un ou plusieur fils de titane. Quand ces fils viennent eicontact avec la surface du bain de métal, il se produit des courts-circuits contribuant à l'affinage de la structure du métal de la soudure. Au fur et à mesure que le bain de métal progresse dans l'écartement des surfaces à souder des demi-produits, on refroidit la soudure au-dessous du front de solidification du métal, en amenant une veine d'agent de refroidissement. les essais de soudage de demi-produits en cuivre sous laitier électroconducteur par le procédé proposé(#ection des demi-produits: 150x200 mm) ont donné les résultats suivants: a) métal de base: Charge de rupture 18,5 à 19,1 kg/mm2, limite élastique 9,2 à 9,8 kg/mm2, allongement 46,5 à 47,1%, striction 82,9 à 83,1 (à la température de 200G); b) métal de la soudure: Charge de rupture 17,1 à 17,9 kg/mm2, limite élastique 2 8,2 à 8,9 kg/mm , allongement 42,3 à 45,4%, striction 81,9 à 82,1fiv à à la température de 2! OC). Bien entendu, l'invention n'est nullement limite au mode de réalisations dé rit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sonS exécutées selon l'esprit de l'invention REVENDICATIONS 1. Un procédé de soudage de demi-produits en cuivre sous laitier élecroconducteur, du type mis en oeuvre dans un dispositif comportant une poche de retenue du bain de laitier et des contre-plaques ou patins pour le moulage de la soudure, avec utilisation d'électrodes et de flux à base de fluorures à bas point de fusion, caractérisé en ce que le soudage est exécuté dans un dispositif constitué par un isolant thermique susceptible d'accumuler la chaleur du bain de laitier et doué de propriétés désoxydantes vis-à-vis du métal de la soudure, et en ce qu on chauffe d'abord le bain de laitier avec une électrode réfractaire dans la poche calorifugée du dispositif jusqu'à ce que les bords à souder des demi-produits commencent à fondre, puis on emploie une plaque-électrode fusible et, au fur et à mesure que le bain de métal progresse dans l'écartement entre les surfaces à souder des demi-produits, on refroidit la soudure au-dessous de son front de solidification. 2. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un dispositif en graphite. 3. Un procédé suivant l'une des revendications 1, et 2, caractérisé en ce qu'on utilise une électrode fusible contenant un désoxydant choisi dans le groupe des métaux réfractaires, par exemple le titane. 4.Un procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise une électrode fusible dans laquelle est incorporé au moins un fil de titane. 5. Les produits ou pièces métalliques caractérisé en ce qu'ils sont soudés par le procédé suivant l'une des revendications 1 à 4