Brevet FR2263065A1 — publié le 19751003

Dans la fabrication des bottes de conserve, des feuilles de métal convenablement rainurées sont fournies à une station de moulage où elles sont mises en forme et où les bords qui constituent en dernier ressort la ligne de soudure latérale de la botte sont incurvés en sens inverse dans des crochets dirigés en sens contraire. Après engagement des crochets, ces derniers sont aplatis pour former une soudure entrelacée. Cette opération de mise en forme terminée, les bottes sont dirigées, tout en maintenant entre elles un espace, sur un cylindre rotatif de soudure qui s'engage contre la ligne de soudure des bottes au fur et à mesure du dépla#ement de celle-ci. Le cylindre de soudure} partiellement submergé dans un bain de soudure fondu, projette ce dernier sous forme de film qui s'applique dans la ligne de soudure. Généralement, la soudure fondue est maintenue à une température très supérieure à son point de fusion de façon à rester fluide jusqu'à ce qu'une quantité suffisante de liquide obtenue par capillarité soit introduite dans la ligne de soudure pour la noyer. De façon à maintenir propre et 11étamée11 le cylindre de soudure, on utilise généralement un flux sur la paroi du bain où le cylindre pénètre le bain de soudure. Dans ce buta ce flux doit etre capable de supprimer efficacement tout dépôt d'oxydes et autres films indésirables sur le cylindre de façon h créer des conditions de surface permettant au bain fondu de soudure de couler librement et de s'étaler sur la totalité de la surface opérationnelle dudit cylindre. Le flux doit avoir également une durée de vie suffisamment longoe, c'est-h-dire que les propriétés mouillantes et la capacité de nettoyage du flux doivent durer plusieurs heures dans les conditions opératoires utilisées. En raison de la faible teneur en étain des bains de soudure utilisés actuellement dans l'industrie des bottes de conserve, ces derniers doivent etre maintenus à des températures relativement élevées; par exemple, les alliages etain-plomb, couramment employés, contiennent une quantité environ égale ou inférieure à 5% d'étain et leur point de fusion est supérieur à 3160C. Ainsi, les bains de soudure doivent etre maintenus à une température comprise entre environ 3540C et plus de 4270C et, généralement, entre 3850C et 404 C, de façon que le bain fondu de soudure soit assez fluide pour qu'use quantité suffisante de produit pénètre dans la ligne de soudure et fournisse l'étanchéité nécessaire. Parmi les nombreux flux utilisés dans les alliages étain-plomb, les plus utilisés sont ceux h base de zinc-chlorure d'ammonium et, parmi ceux-ci, l'un des plus satisfaisants a les propriétés suivantes : faible densité (poids léger), inerte, particules granulaires siliceuses capables d'absorber les sels fondus de zinc-ammonium. Ce flux, comparé à une composition identique sans absorbeur granulaire siliceux, a une activité plus durable dans les mêmes conditions opératoires. En raison de sa longue durée de vie active dans différentes conditions opératoires, ce flux a été largement utilisé dans la fabrication des bottes de conserve et autres applications dans lesquelles les articles à souder sont passés sur le cylindre de soudure à un débit relativement rapide.Cependant, de façon à réaliser et maintenir des vitesses maximales de production, l'industrie des bottes de conserve préférerait actuellement disposer d'un flux capable d'une vie active meme plus longue notamment à une température égale ou supérieure à 4270C de façon h diminuer le temps de remplacement du flux usé. De meme, des considérations écologiques et hygiéniques indiquent la nécessité d'une diminution importante des émissions de fumées corrosives produites généralement par les opérations d'étamage. On a découvert que la durée de service de plusieurs flux classiques contenant des particules siliceuses de faible densité peut etre prolongée de façon importante en substituant du silicate de magnésium finement divisé à cesdites particules siliceuses incorporées usuellement dans les compositions de flux de zinc-chlorure d'ammonium. On a découvert que les flux selon l'invention contenant du silicate de magnésium avaient une durée de service, à toutes températures utilisables - et notamment à des températures comprises entre 399 et 4410C - nettement supérieure celle des flux classiques. En outre, l'émission de fumée produite par les opérations de soudure des bottes est réduite lorsque l'on substitue du silicate de magnésium au produit siliceux classique, la perlite. Les compositions de flux selon l'invention contiennent au total au moins 60% en poids, basé sur le poids de la composition, d'un mélange de chlorure de zinc et de chlorure d'ammonium - mélange dans lequel le sel d'ammonium représente entre environ 44 et 54% du poids dudit mélange, et d'environ 1,5 à 10% en poids de silicate de magnésium finement divise, basé sur le poids total de la composition. D'autres constituants, tels que oxyde de zinc, carbonate de zinc, sels de métal alcalin, particules siliceuses de faible densité, charbon finement divisé, et certaines résines organiques (définies ci-après), sont avantageusement incorporés dans des proportions classiques. L'invention comprend aussi un procédé permettant de relier des surfaces métalliques, notamment celles de conteneurs, qui-consiste à appliquer à ces surfaces une composition de flux de l'invention et de souder h chaud le métal portant le flux. La composition de flux de l'invention peut contenir du chlorure de zinc et du chlorure d'ammonium dans les différentes proportions connues par l'art antérieur. Cependant, en raison de sa fonction régénératrice, le chlorure d'ammonium représente de préférence au moins environ 44% en poids de la quantité totale de ces deux sels, les meilleurs résultats étant obtenus dans la fourchette comprise entre 44 et 547 en poids; des quantités supérieures à 54% ont tendance à augmenter la température de fusion à un point tel que le flux ne fond pas facilement aux températures de soudure. Les proportions désirées peuvent etre obtenues en ajoutant le sel simple (ZnC12,NH4CI), le sel double (ZnC12J2NH4Cl), le sel triple (ZnCl2,3NH4CI), ou des mélanges de ces sels La quantité totale de mélange de chlorure de zinc et de chlorure d'ammonium dans le flux peut varier dans une grande fourchette en fonction des autres constituants employés. Cependant, elle doit représenter au moins environ 60% en poids de façon h éliminer efficacement et rapidement le film d'oxyde métallique présent sur la surface du cylindre de soudure. Outre le mélange de chlorure de zinc et de chlorure d'ammonium ci-dessus décrit le flux de l'invention doit contenir, sur une base pondérale, d'environ 1,5 à 10% de silicate de magnésium finement divisé (de préférence en particules), la fourchette préférentielle étant comprise entre 3 et 5,5%. Ce constituant a, de préférence, une dimension de particules telle que pas plus d'environ 2,57 sont retenus sur un tamis de 44 d'ouverture de mailles; cependant, des particules plus grandes peuvent etre utilisées Normalement, des particules assez grosses pour etre retenues sur un tamis d'environ 149 r d'ouverture de mailles ne doivent pas store employées. Le flux de l'invention peut également contenir le produit parti culaire siliceux de faible densité généralement utilisé dans ce type de composition. Un tel produit peut représenter jusqu'à environ 12t en poids de la composition. On préfère utiliser ia perlite, bien que d'autres produits inertes de faible densité puissent etre employés, par exemple la vermiculite exfoliée, la pierre ponce, les diatomées. Des chlorures de métal alcalin, tels que par exemple le chlorure de sodium, le chlorure de potassium et des mélanges de ceux-ci, peuvent etre incorporés pour ajuster la température du mélange fondu et maximiser la durée de vie du flux, ainsi que décrit dans le brevet américain n0 3 380 862, en quantités s'élevant jusqu'h environ 20% du poids total de la composition du flux, par exemple 1,5 å 22,5%. De l'oxyde de zinc ou du carbonate de zinc peuvent également etre ajoutés pour empocher une agglutination lors du stockage et minimiser l'émission de fumée de chlorure d'-ammonium lors de la soudure. La quantité du composant de zinc, dans ce but, est généralement d'environ 5% en poids de la composition, de préférence de 5 à 25% en poids. Il est également avantageux d'inclure une faible quantité de résine dans la composition pour augmenter la durée de service. La résine employée doit etre fondue avant décomposition de façon à etre parfaitement distribuée dans le flux. Aux températures de soudure, la résine forme une mousse sur la surface du flux qui rend celui-ci moins perméable#h l'air et restreint quelque peu les émissions de vapeur de chlorure d'ammonium. Les résines employées dans ce but ont généralement un point de fusion compris entre 121 et 1820C et sont utilisées en quantité comprise entre environ 0,1 et 1% en po#ids de la composition du flux. Parmi les résines utilisables, se trouve la résine insoluble dans l'essence obtenue de l'extraction de l'écorce de pin dans des solvants aromatiques; la fraction dure, de couleur sombre, partiellement soluble dans l'essence, obtenue comme sous-produit dans la fabrication de résine de pin - qualité FF - et les résols "modifiés" du type phénol-formaldéhyde.Les résines de phénol-formaldéhyde particulièrement utilisables sont les résols modifiés par des esters de résines, tels que les résines "Beckacite", par exemple la "Beckacite n0 1100", qui est un résol modifié par l'ester de glycérine résineux, et les résines "Pentacite", par exemple la "Pentacite n0 1405" qui est un résol modifié par l'ester de pentaérythritol résineux. Les exemples suivants illustrent les modes de réalisation de l'invention, ainsi que certains des avantages qu'ils présentent par rapport à l'art antérieur. EXEMPLE 1 On prépare plusieurs compositions de flux à partir du sel double de chlorure de zinc-ammonium, d'oxyde de zinc, d'une résine et d'un ou plusieurs constituants tels que silicate de magnésium, silicate d'ammonium, perlite et silice. On mélange les ingrédients pendant 2 à 24 h dans un broyeur b boulets convenable ou autre dispositif de mixage approprié pour obtenir un mélange uniforme.Le type et les proportions des ingrédients mélangés sont référencés dans le tableau ci-après ainsi que la durée de service observée pour chaque formulation à une température opérationnelle de 3990C sur un bain de soudure classique Les ingrédients utilisés en dehors du chlorure d'ammoniumzinc et de l'oxyde de zinc, sont les suivants Le silicate de magnésium utilisé dans les essais A h D est un talc hydraté lavé A l'eau1 d'une dimension de particules telle que 97,5% du produit traversent le tamis de 44 d'ouverture de mailles ci-dessus décrit. Le produit a une perte en poids de 7,54. å l'inflammation. Le silicate d'aluminium (essai E) est un pigment hydraté lavé à l'eau laissant un résidu maximal de 1Z en poids après passage sur un tamis de 44 d'ouverture de mailles. Il contient plus de 80% en poids de silice et d'alumine et a une perte en poids, l'ignition, d'environ 14% La silice est préparée å partir de granulés de gel de silice activés commercialisés, dont la dimension est comprise entre 1190 et 3360,' d'ouverture de mailles, des cristaux de ZnCl21 -3NH4GI dans le rapport 3/1, de chlorure d'ammonium et d'eau selon la façon décrite dans l'exemple 2 du brevet américain n0 3.350.244.Elle est ensuite mélangée avec les autres ingrédients référencés dans le tableau (essai F) ci-après. La perlite expansée utilisée dans les essais D, G et H est un produit plutôt fin ayant une distribution de dimensions de particules telle que la masse des particules est retenue sur les tamis de l190, 590 et 297,' d'ouverture de mailles. La résine utilisée est un produit phénolique modifié par de l'ester de glycérine résineux; Dans chaque composition, on incorpore, en tant que dernier ingrédient, 0,1% en poids d'huile minérale blanche. TABLEAU Essais (% en poids) A B C D E F G Zinc-chlorure d'ammonium 895 87,7 88,6 88,5 89,5 73,0 86,1 89,4 Oxyde de zinc 7,2 7,2 7,2 7,2 7,2 3,9 11,0 7,2 Résine 0,1 0,2 0,15 0,1 0 1 - 0,1 0,1 Silicate de magnésium 3,1 4,8 3,95 3,1 - - - - Perlite - - - 1,0 - 2,8 3,2 Silicate d'aluminium - - - - 3,I - - Silice - - - - - 23,1 1 - Durée de service * non à 399 C, minutes 255 270 240 250 60 90 mesurée 135 t La durée de service est le temps mesuré Jusqu'S observation de zones non humidifiées par le bain de soudure à la surface cylindre. La tableau ci-dessus montre que les compositions de flux contenant du silicate de magnésium (essai A, B, C et D) ont une durée de service plus longue que les compositions classiques à base de zinc-chlorure d'ammonium ne contenant pas d'additifs siliceux en particules (essai H) et que celles contenant du silicate d'aluminium ou certains additifs siliceux particulaires, et pas de silicate de magnésium (essais E, F et G). Ainsi, la durée de service dans essais B est 100% supérieure à celle observée dans l'essai H et celle des essais A, C et D est nettement plus grande que celle de l'essai H, mtme si la proportion de silicate de magnésium est inférieure à la quantité optimale.Il est très surprenant que l'inclusion de silicate de magnésium dans la composition confère une durée de service beaucoup plus longue que le silicate d'aluminium ou les produits siliceux décrits. Outre la prolongation de durée de service, les flux de l1inven- tion possèdent plusieurs autres avantages, savoir : conditionnement unique des compositions, faible capacité de récupération d'eau, résistance élevée à l'agglomérat, et,comme décrit ci-après, faible émission de fumées. Le conditionnement unique simplifie l'utilisation des flux dans l'industrie en ce que le remplissage de la couche de flux sur le bain de soudure fondu est réalisé avec la meme composition que celle de départ. Avec certains flux classiques, le remplissage implique l'addition d'une composition différente de celle d'origine, ce qui peut entraîner des erreurs dans le procédé de remplissage. La capacité de rétention d'eau fut mesurée en exposant différents flux à l'air pendant plusieurs périodes et en déterminant le gain de poids obtenu par l'humidité captée dans l'atmosphère. On découvrit ainsi que le flux de l'invention, dans l'essai B, gagna 4,4% en poids après 1 h d'exposition, alors que, dans l'essai H, ce gain de poids fut de 5,4% pour le produit classique. Ceci constitue une amélioration d'au moins 25%. Après 6 h d'exposition, le flux de l'invention contenait encore 10% de moins d'humidité que les flux classiques; cette caractéristique est probablement responsable des propriétés souhaitables de non-agglutination des flux de l'invention. EXEMPLE 2 Les caractéristiques d'émission de fumées des flux contenant du silicate de magnésium selon l'invention furent déterminées sur une unité de soudure de bottes de conserve industrielle et comparées au flux classique de l'essai H et au flux contenant de la perlite de l'essai G. Les conditions opérationnelle de l'unité pour l'essai furent les suivantes dimensions de la botte 300 x 407 température opératoire 4100C - avance 399 OC - entratnement type de soudure 2/98 vitesse de l'unité 495 bottes/minute vitesse du cylindre 72 tr/mn Un appareil de prélèvement (modèle SH 810-TFIH) de produit particulaire "Staplex" fut fixé à la machine fabriquant les bottes de façon à mesurer la fumée et autres produits émis durant l'opération de soudure. L'instrument détermine le poids des solides filtrés hors d'une partie d'un courant d'air d'expulsion et permet ainsi de comparer les différentes activités génératrices de fumées. En testant le flux de l'essai B de cette façon, on découvrit que 0,4221-g de particules solides fut émis lors de la première demi-heure, alors que l'on constatait 0,624 g pour le produit de l'essai G et 1,53 g pour celui de l'essai H. Des lectures de demi-heure en demi-heure pendant les 2,5 h suivantes révélerent pour le flux de l'essai B des émissions comprises entre 0,4414 et 0,3437 g. L'on peut donc constater qu'il y a une réduction de 30 å 70X dans la quantité de particules solides émises par un bain chaud de soudure comportant une couche de silicate de magnésium dans les proportions décrites. Dans une unité typique, la lecture de 1,53 g du flux classique testé correspond à un nombre Ringelmann de 2 h 2,5, quantité de fumée qui est couramment considérée comme inacceptable. il est évident, de ce fait, qu'une réduction d'environ 70% dans les valeurs Staplex, qui replace les émissions de fumée å un niveau acceptable, est hautement souhaitable. REVENDICATIONS 1 - Composition convenable pour etre utilisée comme flux de soudure comportant 1) un total d'au moins 60% en poids d'un mélange de chlorure de zinc et de chlorure d'ammonium contenant entre environ 44 et 54% en poids de chlorure d'ammonium, basé sur le poids total de chlorure de zinc et de chlorure d'ammonium, et 2) environ 1,5 à 1070 en poids, basé sur le poids de la composition, d'un produit siliceux inerte finement divisé, caractérisée en ce que ce produit siliceux est du silicate de magnésium. 2 - Composition selon là revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient également d'environ 0,1 à 1% en poids d'une résine capable de fondre avant de se décomposer. 3 - Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la proportion de silicate de magnésium est comprise entre environ 3 et 5,5%. 4 - Composition selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le silicate de magnésium finement divisé est constitué de particules dont la presque totalité traverse un tamis de 44,' d'ouverture de mailles. 5 - Procédé de liaison de surfaces métalliques par application à ces derniares d1une composition de flux et de soudure à chaud du métal contenant le flux, caractérisé en ce qu'il utilise une composition de flux selon l'une quelconque des revendications précédentes. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les surfaces métalliques sont des surfaces de récipients en métal. 7 - Procédé selon la revendication 6, çaractérisé en ce que les surfaces métalliques Font les surfaces de ligne de soudure latérales de bottes de conserve. 8 - Procédé selon l'une quelconque des rèvendications 5,6 et 7, caractérisé en ce que le film de soudure à base d'étain-plomb est appliqué a une température d'au moins 3540C.