Brevet FR2299940A1 — publié le 19760903

La présente invention concerne un procédé pour unir des pièces métalliques. Jusqu#ici, dans l'union sous pression à état super-plastique, ou union par diffusion, de pièces métalliques, il est apparu différents problèmes relativement au traitement des surfaces à unir et, pour unir les pièces métalliques sans leur faire subir un traitement préIi#iaire, elles ont été unies ou soudées en exerçant des forces de compression importantes.La présente invention a été mise au point en tenant compte de ces problèmes La présente invention a par suite pour but de fournir un procédé pour unir ou souder des pièces métalliques en utilisant une force de compression réduite au moment du soudage tout en permettant une union solide des pièces, Selon une caractéristique de 1' invention, le procédé pour unir ou souder des pièces métalliques est caractérisé en ce que les pièces métalliques à unir sont unies sous pression en utilisant le phénomène de passage à l~état super-plastique obtenu en soumettant les parties à unir des pièces métalliques à un cycle de température de chauffage et de refroidissement et en plaçant, entre.les surfaces devant être unies des pièces métalliques, une matière de liaison rapportée pouvant établir une atmosphère réductrice. Par exemple, dans le cas de soudage sous pression d'un acier de la série Be-C, pour supprimer la couche de oxyde existant sur les surfaces à unir et pour empêcher la production d'un oxyde au moment de Isopération de soudage, les pièces en acier au carbone sont liées en utilisant le phénomène de passage à l'état super-plastique avec une petite quantité de poudre de carbone servant comme matière rapportée de liaison entre les surfaces à unir.Une atmosphère réductrice peut ainsi être établie entre les surfaces à unir, ce qui évite la formation d'une soudure défectueuse, due à l'existence d'oxyde et en même temps favorise la diffusion de carbone à l'état d'élément dans les matrices ou structuresmétallurgiquessur les surfaces opposées à unir, ce qui se traduit par une union forte et l'abais sement de la force de compression nécessaire au moment du soudage. Il doit aussi être noté que pendant le soudage sous presion des métaux à base d'aluminium, il suffit de placer une matière rapportée de liaison pouvant former une atmosphère réductrice pour les oxydes #####jfl#'fl(L entre les surfaces à unir, et que le procédé selon l'invention peut bien entendu être utilisé pour d'autres matières devant être soudées sans changer les caractéristiques essentielles de 1'invention. L'invention concerne ainsi un procédé utile industriellement pour unir ou souder des pièces métalliques et pouvant être utilisé pour souder des tubes moletés, des tubes en acier pour chaudières, des pièces en fonte et autres, Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en référence au dessin annexé dont la figure unique est une vue schématique en élévation d'un appareil utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure unique représente un appareil comportant un banc I sur lequel est monté un mandrin 2 et à l'autre extrémité duquel un autre mandrin 3 est monté par l'intermédiaire d'un pied 4 pouvant coulisser dans la direction axiale en face du mandrin 20 le mandrin 3 est accouplé à un appareil hydraulique 5 et la force de compression axiale exercée par l'appareil hydraulique 5 est indiquée par un manomètre 6o Un dispositif de chauffage 8 et un dispositif de refroidissement 9 sont placés autour des parties à unir des pièces métalliques 7a et 7b De plus, un thermomètre du type à thermocouple 10 est appliqué sur les parties à unir pour indiquer la température de ces parties.Une matière rapportée de liaison Il est placée entre les pièces métalliques 7a et 7b dans la zone de soudage. Cette matière rapportée Il peut être du carbone quand les pièces métalliques 7a et 7b sont en acier au carbone, ou bien peut être un mélange de fer et de carbone ayant la même composition que les pièces métalliques 7a et 7b Cette matière rapportée peut être facilement placée entre les surfaces à unir en étant mélangée à une pâte à souder pour former un produit pâteux. Pendant l'opération de soudage, l'une des pièces métalliques 7a est tenue par le mandrin 3 et l'autre pièce métallique 7b est tenue par le mandrin 2. Pendant qu'une force de compression est exercée sur les surfaces à unir par l'appareil hydraulique 5, les parties à unir des pièces métalliques 7a et 7b sont soumises à un cycle de température de chauffage et de refroidissement en faisant fonctionner alternativement et de façon répétée le dispositif de chauffage 8 et le dispositif de refroidissement 9 pour provoquer le soudage des pièces sé- talliques 7a et 7b l'une à l'autre. Pendant l'opération décrite ci-dessus, au moment du soudage sous pression, même s'il existe une partie non liée à la surface de soudage et même si cette partie est soumise à une température élevée, des oxydes indésirables pour le soudage ne seront pas formés parce que cette partie est entourée d'une matière réductrice. Par suite, la force de compression nécessaire au moment du soudage peut être réduite et, de plus, colle la matière rapportée de liaison 11 diffuse dans les ma- trices de la structure métallique sur les côtés opposés de la surface de liaison, la soudure établie sera une soudure résistante. L'invention est illustrée plus particulièrement par l'exemple suivant. EXEMPLE Cet exemple concerne l'utili6ation d'acier doux SS4l (Fe-0,3%C) coue matière pour les pièces à souder selon l'invention. Des échantillons ont été préparés par soudage sous pression en utilisant, selon l'inventions du carbone conne matière rapportée, et en utilisant de l'acier doux 5541 comme matière rapportée, et en appliquant une pression par un procédé similaire à celui de la présente invention en utilisant de l'acier doux 5841 non soudé pour les comparaisons. Le cycle de température de chauffage et de refroidissement utilisé pour le soudage a été un cycle de température d'allure triangulaire contenant des points de transformation (72300 et 85000) et ayant une limite supérieure de 950 C et une limite inférieure de 600 C. Le chauffage et le refroidis serment ont été efIctués avec cinq cycles par minute et une contrainte à la compression de 2 kg/mm a été établie. Les résultats des essais de résistance à la traction des échantillons d'essai ci-dessus sont donnés par le tableau ci-après TABIEbU Echantillons i Résistance à la trac tion (kg/mn2) acier 8841 soudé avec du carbone 46,82 (pression : 2 kg/xs2) 8841 Âcier/soudé avec (Fe-003%C) 45,17 (pression : 2 kg/n2) Acier SS41 soudé sans matière d'apport 43,02 (pression : 2 kg/me2) scier 8841 non soudé 42,32 Suivant le mode de mise en oeuvre décrit ci-dessus, la limite supérieure et la limite inférieure de la plage des températures du cycle de température ont été choisies à environ 12000 par rapport aux points de transformation et la fréquence de répétition du cycle a été choisie à cinq cycles par minute. La raison du choix de ces valeurs est que il a été tenu compte des variations du point de transformation résultant d'une variation de vitesse de chauffage et de refroidissement et du temps nécessaire entre le commencement et la fin de la transformation. En utilisant la présente invention, les conditions pour le cycle de température passant par le point de transformation dans le sens croissant et le sens décroissant pour provoquer le passage à l'état super-plastique, par exemple la plage des températures la fréquence et des conditions similaires, peuvent être choisies avec des valeurs appropriées selon la nature et la forme des pièces métalliques à souder. La force de compression peut être d'environ 1/10 à 1/30 de la limite élastique (contrainte durable maximale) de la matière métallique. Le tableau ci-dessus montre de façon évidente qu'avec le procédé de soudage selon l'invention, la liaison est renforcée bien que la force de compression nécessaire au moment du soudage soit réduite. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre, REVENDICATIONS 1.- Procédé pour unir ou souder des pièces métalliques, cgractérisé en ce que les pièces mêtalliques sont soudées sous pression leune à l'autre en utilisant le phénomène de passage à l'état super-plastique établi en soumettant les parties à souder des pièces métalliques à un cycle de température de chauffage et de refroidissement et en plaçant une matière rapportée de liaison pouvant former une atmosphère réductrice pendant le soudage entre les surfaces à souder et les pièces métalliques. 2o- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est de 1/10 à 1/30 de la limite élastique de la matière métallique. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le cycle de température s1 étend sur environ 1200C de part et d'autre d'un point de transformation.