Brevet FR2241375A1 — publié le 19750321

Cette invention concerne l'assemblage d'éléments en aluminium ou en alliage à base d'aluminium par des procédés de soudage par fusion, qui consistent normalement d ajouter continuellement du métal d'apport de soudure dans une zone fondue à l'emplacement du joint soudé. Dans de telles soudures, on rencontre souvent une quantité excessive de porosité qui abaisse la résistancemécanique et réduit par ailleurs l'intégrite du joint soudé. La porosité est facilement révélée par analyse aux rayons X ou par un contrôlé destructif.Cette porosité nécessite l'elimination de la soudure défectueuse qui doit ensuite être remplacée par du métal solide Uh nettoyage extremement soigneux et des conditions de soudage appropriées peuvent réduire cet état poreux mais imposent souvent des problèmes de contrQle de qualité indésirables et des dépenses supplementaire et ne sont pas réellement fiables. On pense que la porosité peut être provoquée par lthumidité, bien que le maintien de la propreté et de l'état sec ne puisse pas eAtre relié à la production de façon sûre de soudures sans porosité. Les procédés de soudage considérés dans la mise en oeuvre de 11 invention sont ceux dans lesquels des éléments en alliage à base d'aluminium, désignés en général comme éléments parents, sont assemblés par fusion où une zone de métal fondu est formée sur le joint puis solidifiée Le plus souvent, on utilise un métal d'apport différent pour former le métal du joint.Les procédés de soudage considérés de façon inhérente nécessitent une certaine participation des éléments parents a assembler, à l'emplacement du joint de sorte qu'une certaine quantité de métal des éléments est fondue et pénètre dans la zone de métal fondu Ceci s'oppose aux procédés de soudage par friction et pression qui demandent un certain écoulement du métal, et dans certains cas, peut-êtreun certain degré de fusion commençante.Les procédés considérés sont également très différents du brasage ou de la soudure douce de l'aluminium en ce que le métal d'apport d'un alliage d base d'aluminium (pour le brasage) ou un métal d'apport d'un quelconque autre alliage (pour la soudure douce) est appliqué A l'emplacement du joint et mouille les surfaces de l'emplacement du joint des éléments à assembler, généralement par capillarité, puis se solidifie. Les procédés considérés par l'invention comprennent l'application d'énergie thermique généralement sous forme d'un arc électrique. L'électrode de l'arc peut entre la baguette de métal d'apport de soudure ou elle peut être un autre métal.Par exemple le procédé au tungstène et au gaz inerte (T & ) est caractérisé par une électrode de tungstène et une sortie de gaz de protection dans un chalumeau de soudage. Le métal d'apport est introduit séparément dans l'arc et la zone de métal fondu. Dans le procédé a arc métallique (AM) la situation est très identi que à celle dans le procédé TGI sauf que le métal d'appoint sert d'électrode consommable. Evidemment, dans le soudage au gaz, la flamme du gaz combustible fond le métal d'apport et une certaine quantité du métal parent a l'emplacement du joint. Dans le soudage à l'arc avec un métal enrobé, on fond une baguette d'alliage d'apport enrobée de sorte que le métal d'appoint et ltenrobage,qui forme fondant, tombent dans la zone de métal fondu à l'emplacement du joint où le métal d'apport est recouvert et protégé par le fondant formant enrobage fondu et la scorie produite par le fondant. Ces procédés sont bien connus et ne sont donc décrits que brièvement. Les éléments parents en alliage à base d'aluminium peuvent être formés de l'un quelconque des divers alliage d'aluminium qui comprennent l'aluminium et un ou plusieurs des éléments suivants: cuivre, magnésium, zinc, silicium, chrome, manganèse, et d'autres éléments souvent inclus dans les alliages d'aluminium. L'amélioration s'applique à tous ces alliages bien qu'elle soit moins prononcée pour certains alliages, par exemple pour ceux contenant des quantités importantes, supérieures à 3 % , de cuivre, en particulier quand les éléments ont une section droite relativement fine. Les éléments parents peuvent être coulés ou forgés et peuvent avoir des compositions différentes. L'amélioration consiste d introduiredans la zone de métal fondu formée à l1empla- cement de la soudure, une quantité utile d'un additif métallique composé de l'un des métaux suivants : cobalt , fer et nickel. Ceci est accompli le plus aisément en comprenant l'additif dans la composition du métal d'apport de soudure qui est normalement sous forme d'une baguette ou d'un fil. En conséquence, l'invention fournit une baguette d'apport de soudure ou électrode améliorée, expression par laquelle on entend une baguette, un fil, etc, qui peut servir de source de métal d'apport de soudure, comprenant essentiellement de l'aluminium et au moins un additif métallique consistant en 0,2 à 2 % de Fe, 0,2 à 2,5 % de Ni ou 0,05 à 2 % de Co, les pourcentage étant des pourcentages pondéraux. Le total de tous ces additifs ne doit pas dépasser 3%. Ces additifs sont plus efficaces quand sont inclus plus d'un additif. Par exemple Fe et Co sont plus efficaces que l'un-ou l'autre seul. En conséquences, lesvaleurs minimales suivantes s appliquent quand il y a seulement un additif incorporé dans la baguette d'apport de soudure : 0,1 % de Co, 0,85 % de Fe et 0,65 % de Ni. Un mode de réalisation considére l'inclusion, comme additifs, de Fe et Ni présents en quantités telles que la somme de Fe et Ni est comprise entre 0,5 et 2,5 X, Un mode de réalisation préféré prévoit que la somme de Fe et Ni est comprise entre 1 et 2 % et que le rapport de Fe est compris entre 1,1 et 1,5.L'alliage à base d'aluminium qui sert de métal d'appoint de soudure, dans lequel les additifs sont inclus, peut être de l'aluminium plus ou moins pur ou ltun des nombreux divers alliages couramment uti-lisés comme métal d'appoint. Donc, une baguette-drapport de métal de soudure améliorée peut typiquement contenir, en plus des additifs métalliques décrits précédemment, 2 à 6 % de magnésium ou 3 à il % de silicium. En particulier quand la baguette contient 2 à 6 % de Mg, elle peut également contenir un ou plusieurs des déments suivants : ,05 à 1 Y de manganese, 0,05 à 0,4 % de chrome et 0,01 à 0,2 % de titane.Le métal d'appointade soudure amélioré ne contient pas de quantités importantes de cuivre, c' est-à-dire qu'il ne contient pas plus de 1% de Cu car les soudures contenant des quantités élevées de Cu ne sont pas très améliorées lorsqu'on met en oeuvre l'inventwon. En plus de l'addition dans la baguette de métal d'apport~de soudure des additifs que sont le cobalt, le fer-ou le nickel, l'invention, dans un sens plus large, prévoit l'incorporation des additifs dans la composition des éléments parents à assembler, en particulier quand ils ont une section droite assez fine. Les additifs pourraient également être placés à l'emplacement de la soudure ou inclus dans le revêtement d'une électrode enrobée. Ce qui en fait est nécessaire, est que la quantité utile soit apportée dans la zone fondue formée au cours du soudage. On désigne par quantité utile la quantité qui serait introduite en incorporant la quantité indiquée précédemment d'additifs dans la-baguette d'apport de soudure. Dans la formation de souduroeen mettant l'invention en oeuvre, des modes opératoires de nettoyage particuliers ou malcommodes né sont pas nécessaires et les éléments sont simplement mis en relation d'assemblage, c'est-à-dire à une distance et une configuration appropriées au soudage, pour fournir ltemplacement du joint, puis ils sont soudés en utilisant des techniques plus ou moins classiques. Il est important que les additifs prévus par 11 invention n1 introduisent pas d'effets - secondaires indésirables. Donc, dans la fabrication des fils ou baguettes d'apport de soudure par des opérations de laminage et d'étirage, dans la fabrication des soudures et dans l'utilisation des ensembles soudés pour les divers buts prOvus il n'y a pas de problèmesimportantscréés dans la mise en oeuvre de l'invention. Pour illustrer la pratique de l'invention et les améliorations qui en découlent, on donne les exemples suivants. Dans chaque exemple, on forme un profilé en T inversé en soudant un métal d'apport des deux contés de l1intersection qui définit l'emplacement du joint.Le-s éléments sont en alliage d'aluminium 6061, contenant nominalement 0,6 % de Si, 0,25 % de Cu, 1 % de Mg et 0,2 % de Cr, et ont une épaisseur dienviron 6 mmv Les éléments sont nettoyés en lavant simplement les surfaces à l'emplacement de la soudure ave un solvant comme le toluène ou la méthyléthylcétone. On les soude en utilisant le procédé AM;; à plat, en utilisant un fil de métal d'apport de 3,2 mm de diamètre. te tableau ci-dessous andi- que la composition du fil de soudure d'aluminium utilisé pour ormer les soudures ainsi que l'état de la soudure résultante. On brise en deux les soudures pour les examiner à l'oeil. Dans le tableau ci-dessous, les exemples-l, 2 et 3 sont des exemples types de la pratique de l'invention alors que les exemples 4 et 5 sont extérieurs à la-pratique de 1'invention. Les soudures obtenues selon la pratique de l'invention sont dépourvues d'une quelconque porosité importante, alors que les soudures des exemples 4 et 5 présentent un état de porosité importante et dispersée où la taille des pores varie de quelques dizaines de microns à presque 1,5 mm. TABLEAU Ex. Si Co Fo Etat de la soudure 1 5,06 0,49 0,47 Sans pores 2 4,96 0,09 0,47 Sans pores 3 5,14 ---- 0,85 Sans pores 4 5,12 ---- 0,03 Poreuse 5 5,03- ---- 0,46 Poreuse Pour mieux montrer les avantages de l'invention, on soude en utilisant un fi l de métal d'apport de soudure selon les exemples 1 et 2. On fabrique des soudures de type bout à-bout et des baguettes sur plaque en utilisant le procédé AM à plat. Dans le gaz de protection qui est de 12argon, on introduit volontairement 300 parties par million d'humidité qui serait normalement considérée comme désastreuse . Cependant, les soudures obtenues sont dépourvues de porosité. Dans un autre essai utilisant le même métal d'apport de soudure, on introduit 600 ppm d'humidité dans le gaz de protection et on obtient de nouveau des soudures pleines. De plus, on fabrique des soudures dans la position dite. au-dessus de la tête qui est la position la plus sujette à donner des porosités. Même Sci, les soudures selon-l'invention sont sans pores. D'après tout ce qui précéde, il est très apparent que les améliorations décrites ici offrent des avantages très importants dans le domaine du soudage, par fusion, d'éléments en aluminium de façon à donner des ensembles très améliorés comprenant des éléments parents en aluminium. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage, par fusion, d'éléments en aluminium ou en alliage d'aluminium, qui consiste à (1) mettre lesdits éléments en configuration d'assemblage à l'emplacement du joint, (2) former une zone de métal fondu audit emplacement, et (3) solidifier la zone fondue, caractérisé en ce qu'on forme la zone de métal fondu à partir d'un métal qui contient une quantité efficace d'additif métallique composé d'au moins l'un des métaux suivants : cobalt, fer et nickel, ce qui permet de former un joint soudé caractérisé par une porosité nettement plus réduite que s'il était formé sans ledit additif métallique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme la zone de métal fondu en déposant par fusion un métal d'apport à base d'aluminium. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit métal d'apport à base d'aluminium contient au moins 85 % d'aluminium et au moins un additif formé de 0,2 b 2 % de Fe, 0,2 à 2,5 % de Ni, ou 0,05 à 2- % de Co, les valeurs minimales suivantes s'appliquant quand un seul desdits additifs métalliques est présent: 0,1 % de Co, 0,85 % de Fe et 0,65 % de Ni, le total Fe + Ni + Co ne dépassant pas 3 %. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit métal d'apport à base d'aluminium contient également 2 à 6 %de Mg et au moins un élément consistant en 0,05 à 1 % de Mn, 0,05 à 0,4 % de Cr ou 0,01 à 0,2 % de Ti. 5. Procédé selon. la revendication 3, caractérisé en ce que ledit métal d'apport à base d'aluminium contient également 3 à ll % de Si. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que Fe et Ni sont tout deux présents dans ledit métal d'apport à base d'aluminium et le total de Fe et Ni est compris entre 0,5 et 2,5 k.. 7. Procédé selon la revendication C, caractérisé en ce que le total Fe + Ni est compris entre 1 et 2 % et le rapport Fe est compris entre 1,1 et 1,5. Ni 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que ledit métal d'apport à base d'aluminium contient soit du fer et du cobalt soit du nickel et du cobalt. 9. Baguette d'apport de soudure améliorée que l'on utilise pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisee en ce qu'elle est formée d'un alliage à base d'aluminium comprenant au moins 85 % d'aluminium et au moins un additif métallique formé de 0,2- à 2 % de Fe, 0,2 à 2, 5 % de Ni, ou 0,05 à à 2 % de Co, les valeurs minimales suivantes s'appliquant quand un seul desdits additifs est présent 0,1 % de Co, 0,85 % de Fe et 0,65 % de Ni, le total Fe + Ni + Co ne dépassant pas 3 %. 10. Baguette d'apport de soudure améliorée selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle contient soit 2 à 6 % de Mg soit 3 à 11 % de Si. 11. Baguette d'apport de soudure améliorée selon la revendication 9 ou 10, carsctérisée 10, caractérisée en ce quelle contient 2 à 6 % de Mg et au moins un des éléments suivants : 0,05 à I % de Mn, 0,05 à QS %de Cr ou 0,01 à 0,2 % de Ti. 12. Baguette d'apport de soudure améliorée selon l'une quelconque des revendications 9, lO et il, caractérisée en ce qu elle contient a la fois Fe et Ni en quantités belles que le total Fe + Ni est compris entre 0,5 et 2,5 %. 13. Baguette d'apport de soudure améliorée selon la revendication caractérisée en ce que le total Fe + Ni est compris entre1 et 2 % et en ce que le rapport Fe est compris entre 1,1 et 1,5 14. Baguette d'apport de soudure améliorée selon l'une quelconque des revendications 9, 10 et 11, caractérisée en ce que Fe et Co sont tous deux présents ou que nu et Co sont tous deux présents. 15. baguette a'apport de soudure améliorée que l'on utilise pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend- une filme formée d'un alliage d'apport de soudure à base d'aluminium et un revêtement contenant une quantité utile d'au moins 1'-un des métaux suivants : cobalt, fer et nickel. 16. Baguette d'apport de soudure améliorée selon la revendication 15 caractérisée en-ce que lesdits métaux sont présents dans lesdits revêtements dans les quantités suivantes par rapport à tout le métal constituant la baguette d'apport de soudure s 0,2 à 2 % de Fe, 0,2 à 2 ; M% de Ni ou 0.05 à 2 % de Co, les valeurs minimales suivantes stappliquant quand un seul desdits métaux est présent :0,1 % de Co, 0,85 % de Fe et 0,65 % de Ni, le total Fe + Ni ne dépassant pas 3 %.