Brevet FR2238559A1 — publié le 19750221

La présente invention, due aux travaux de MM. Yves ROIZEAU et Yves LE PENVEN de l'institut de Soudure,et Yves de BONY de la Société de Vente de l'Aluminium Pechiney, se rapporte au domaine de soudage de pieces épaisses en aluminium ou ses alliages. Les alliages d'aluminium sont utilisés de plus en plus fréquemment dans la grosse chaudronnerie sous forme de produits laminés de 20 à 80 mm d'épaisseur, notamment dans le génie chimique, la cryogenie et ltindustrie nucléaire, pour la fabrication de récipients de taille et forme diverses, ainsi que dans ltelectrometallurgie et lrelectrochimie, où il s'agit de raccorder entre elles des barres d'amenée de courant de forte section. Jusqu a ces dernieres années, le seul procédé envisageable était, dans tous les cas, le procédé de soudage "MIG", dans lequel on utilise un arc électrique jaillissant entre un fil électrode qui sert à la fois pour amener le courant et pour apporter le métal dans une veine de gaz inerte. Pour les fortes épaisseurs, on utilise deux torches à arc, disposées symétriquement par rapport aux pieces à souder. Ce procédé exige un chanfreinage préalable des pièces à souder ou , dans le cas de barres électriques, l'utilisation de plaquettes d'aluminium qu'on dispose dans l'espace entre les barres et qu'on soude sur celles-ci. Les frais de main-d'oeuvre, de métal d'apport, de gaz, d'énergie, etc. augmentent très rapidement avec l'épaisseur des pièces jusqu'à devenir prohibitifs. Un autre procédé est apparu récemment. Il s'agit du soudage par bombardement d'électrons. Quoique ce procédé ne subisse pas les mêmes limitations que le soudage "G" en ce qui concerne l'épaisseur des tôles, car il n'exige pas de chanfrein, il exige un matériel délicat et couteux. Vers la même époque est apparu le procédé de soudage vertical sous flux électro conducteur. Dans ce procédé, la chaleur nécessaire à la fusion est obtenue par effet ohmique au passage du courant à travers une couche de flux électroconducteur fondu, entre le métal et un fil electrode qui, comme dans le soudage "mi", sert à la fois à amener le courant et à apporter le métal. Des "patins" latéraux prenant appui sur les deux pièces à souder ensemble, empêchent le flux et le métal fondus de s'écouler hors de la zone de soudure. Ce procédé, toutefois, s'est peu répandu dans le monde pour le soudage de l'aluminium, car il exige, pour obtenir des résultats convenables, une mise au point délicate. On a constaté, en particulier, que la composition du flux pose des problemes difficiles. Un bon flux doit avoir les caractéristiques suivantes - une temperature de fusion voisine de celle de l'aluminium - une densité, à l'état liquide, faible et en tous cas inférieure à celle de l'aluminium liquide -des propriétés physico-chimiques entraînant une action de décapage - une résistivité faible variant peu avec la température - une faible volatilité - une viscosité suffisante à la température d'emploi pour ne pas fuir le long du patin. Les flux habituellement utilisés pour le soudage de l'acier, suivant la même technique, ne conviennent pas car leur température de fusion est généralement trop élevée par rapport à celle de l'aluminium et ils ne possèdent pas de propriétés décapantes vis à vis de la couche d'oxyde d'aluminium. On a proposé (brevet russe 186 843) un flux dont la composition est la suivante : LiCl : 10-40%, KCl : 30-60%, LIF : 2-10%, ALF3 : 1,3-6%, BaC12 0-30%. Ce flux présente l'inconvénient de contenir LiCl et LiF qui sont des sels très volatils et se décomposent facilement, ce qui fait que la composition et les caractéristiques du flux varient au cours d'une opération. BaC12 est lui aussi très volatil. De plus, les halogénures de lithium sont très hygroscopiques, ce qui rend l'emploi de ce flux peu pratique. Le- flux proposé dans le certificat d'auteur russe 69/45274 de composition NaF 30-60%, LiF 20-50%, CaF2 10-40%, présente les mêmes inconvénients. On peut en outre reprocher à ce flux son prix élevé, dû à la forte proportion de LiF. On a proposé aussi (brevet américain n0 3585343) un flux contenant NaCl 15-35%, KC1 35-60%, NaA13F6 15-30%, LiF 0-10%. Les essais ont montré que ce flux nécessite une mise en oeuvre délicate et un choix rigoureux des paramètres pour obtenir un résultat satisfaisant. De plus, les formules de flux proposées jusqu ici comprennent toutes une proportion importante de matières premières relativement coûteuses,et qu'il est parfois difficile de se procurer. Le flux selon l'invention a pour constituants essentiels deux éléments peu coûteux et qu'on trouve en abondance : NaCl et KC1, dans un rapport en poids compris entre 7 et 25, et de préférence entre 9 et 12. Le NaCl pur possède, parmi les principaux composants utilisables, la plus haute conductibilité électrique, mais on a observé que l'utilisation de NaCl. pur conduisait à des régimes de soudage très instables avec notamment production d'arcs électriques. En ajoutant une quantité de KC1 dans les préparations indiquées ci-dessus, on pallie cet inconvénient sans que la modification de la conductibilité soit trop importante comme le montrent les courbes de résistivité en fonction de la température de NaCl (courbe 1), KC1 (courbe 2), et des mélanges NaCl/KCl - 10 (courbe 3), et NaCl/ECl - 20 (courbe 4). Une amélioration de ce flux est obtenue en ajoutant 5 P 9% de fluorure de baryum ou, de prêférence,de calcium, et 2 à 6% de silice. Le rôle de la silice est de diminuer la tendance à la formation d'arcs électriques, facteurs d'irrégularité. Les raisons théoriques de cet effet n'ont pas encore été mises clairement en évidence. On peut supposer qu'il est en relation avec le haut potentiel d'ionisation de ce corps. On a cependant constaté que effet bénéfique de l'addition de silice est appréciable dès une teneur de 2%. Au-delà de 6%, apparaît- un relèvement du point de solidification du laitier qui rend son utilisation plus difficile. L'effet de l'addition de fluorures de la ou Ca est de diminuer la volatilité et la tendance à l'ébullition du sel fondu. Le fluorure de calcium s'est révélé, dans cet usage, plus avantageux que le fluorure de baryum, comme le montre le tableau cidessous qui donne le résultat d'essais de distillation sous vide d'un flux contenant 4% de SiO2, le reste étant forme de NaCl et KC1 dans un rapport 10/1, les conditions opératoires étant poids de flux : 80 g, température 900 C, pression 2 m Rg, temps : 30 minutes, creuset en graphite. ESSAI N Ca F2 la F2 HAUSSE DU Na Cîlul DISTILUT dans le distillat 1 2,2 - 31,8 5,4 2 7 - 8,0 7,7 3 9,6 - 14,1 7,7 4 3,3 3,7 21,1 7,2 5 3 6,6 20,8 7,2 Le Ca F2 contribue: également à diminuer les risques d'apparition d'arcs. A titre d'exemple, on a soude entre elles des tôles en alumininium à 99,5% de pureté A5, d'épaisseur 40 mm, en utilisant un flux obtenu en mélangeant: NaCl : 100 parties poids, KC1 :10 parties, SiO2 : 5 parties, CaB2 : 2,5 parties avec une intensité de 1800 ampères sous une tension de 24 volts et avec deux fils d'apport de 5 mm de diamètre. On a obtenu une soudure d'excellente qualité, sans soufflure ni défaut, avec une résistance moyenne de 7 hb. REVENDICATIONS I) Flux pour le soudage sous flux électroconducteur de l'aluminium et ses alliages, contenant des chlorures de sodium et de potassium, caractérisé en ce que le rapport pondéralNaCl/KCl est compris entre 7 et 25 2) Flux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 5 à 9% en poids de fluorure de calcium. 3) Flux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 2 à 6% en poids de silice. 4) Flux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport pondéral NaCl/KCl est compris entre 9 et 12.