Brevet FR2302170A1 — publié le 19760924

La présente invention concerne un procès permettant de réaliser des soudures hbtbrogénes cuivre-acier inoxydable. On sait qu'il est difficile de réaliser la soudure du cuivre et de l'acier inoxydable. En effet, les températures de points de fusion de ces deux nié taux sont très différentes, la différence 4tant de 3000 C environ, ainsi que leurs coefficients de dilatation. 'est pollrauoi les soudllres civre-acier inoxydable sont impossibles quand elles ne sont pas réalisées extremement rapidement, comme par exemple sous bombardement électronique. Toutefois ce procéda de soudure est relativement onéreux. Pourtant, la réalisation de cryostats à hélium liquide pose constamment le problème de la soude du cuivre et de l'acier inoxydable. On sait aucun tel cryostat est soumis à des chocs thermiques importants qui font que les brasures réalisées jusqu'ici entre le cuivre et l'acier ne sont pas fiables et sont détériorées rapidement en laissant apparaître des failles qlli entrassent en particulier des fuites d'hélium. C'est pourquoi, les brasures n'ayant pas donné satisfaction et les soudures sous bombardement électroniques étant trop chères, un objet de l'invention consiste à prévoir un procédé de soudure utilisant les techniques connues de la soudure à l'arc en atmosphère inerte. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un procédé de soudure dans lequel on utilise un sandwich acier inoxydable- cuivre-acier inoxydable formé d'une plaque de cuivre serrée entre deux plaques d'acier inoxydable, les chants des plaques de cuivre et d'acier inoxydable étant auumême niveau, l'électrode engendrant l'arc électrique entre le sandwich et elle-même étant orientée normalement aux chants sensiblement dans le plan de symétrie du sandwich. Suivant une autre caractéristique, l'épaisseur de la plaque de cuivre est double de celle de chacune des plaques d'acier inoxydable. Suivant une autre caractéristique, au cours de l'opération de soudure, les chants des plaques sont horizontaux et ladite électrode est verticale, le sandwich étant animé d'un mouvement linéaire par rapport à l'électrode. D'autres caractéristiques de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe schématique d'un montage permettant de mettre en oeuvre le procédé de soudure suivant l'invention, la Fig. 2 est une vue en coupe partielle des pièces à souder, et la Fig. 3 est une vle en-coupe des pièces de la Fig. 2, une fois l'opération de soudage terminée, correspondant à un cliché pris an microscope mêtallographiqe. La Fig. 1 est une vile en coupe schématique illustrant la mise en oeuvre au procad: de soudure permettant de de solder un tube en acier inoxydable 1 à un tube en cuivre 2. La bout du tube 1 est rabattu pour former iuie collerette 3, tandis que le bout adjacent du tube 2 est rabattu pour former me collerette 4. Une rondelle en acier inoxydable est enfilée sur le tube en cuivre 2 et appliquée contre la collerette 4. L'épaisseur de la collerette 4, est de préférence, sensiblement double de celle de la collerette 3. La collerette 3 et la rondelle 5 ont des épaisseurs égales. Le diamètre intérieur de la rondelle 5 est très voisin du diamètre extérieur du tube 2 polir assurer une bonne concentricité des deux pièces. Au cours de l'opration de soudage, le sandwich formé par 3, 4 et 5 est maintenu bien serran par deux simblots 6 et 7, respectivement enfilés sur-1 -et 2. Les simblots 6 et 7 entraînent l'ensemble en rotation au cours du soudage. Ils sont en cuivre pour former de bons puits de chaleur. Ils sont usinés de manière à assurer un excellent centrage. Ils sont légèrement biseeut-s au voisinage de 3 et 5 pour ne pas être soumis-à l'effet de l'arc électrique. L'arc électrique est crée par une électrode 8, dont la direction est perpendiculaire à l'axe commun m de 1 et de 2, dans le plan de symétrie du sandwich, c'est à dire le plan de sym-trie de 1-- collerette 4, dans l'exemple décrit, l'électrode 8 est verticale et l'axe de 1, et de 2 est horizontal. Le procède-de soudure à l'arc utilisé est le procédé T.I.G. (TqLngsten Inert Ga en fonctionnement automatique. On utilise une source de courant contint dont le pôle négatif est relit à l'électrode 8 et le p8le positif est relié à l'ensemble à souder, c'est à dire par exemple au simblot 7 an moyen d'un joint tournant. En plus de la source de courant continu, on utilise, d'une minière classique pour favoriser l'amorçage, une source de courant haute-fréquence. L'électrode est en tungstène thorié ce qui facilite l'amorçage de l'arc et permet de travailler ventuellement sols de fortes intensités. L'extrémité de l'électrode 8 où se crée l'arc R une forme tronconique avec, par exemple, un angle au sommet voisin de 300. L'extrémité 9 de 8 est placé à une distance courte -Ra bord du sandwich, par exemple à environ 3mm. En fonctionnement, le gaz inerte, l'argon (Argon-Nortal) est distribu sous une pression de 4 kg/cm2 sur le bain de fusion qu'il protège. Pour procéder à me opération de soudage, on commence par préparer convenablement les surfaces des bords des collerettes 3 et 4 et de la rondelle 5, en procédant à un dégraissage de celles-ci. On vérifie que ces surfaces sont cylindriques avec des diamètres égaux. Les arêtes 10, 11, 12, 13, 14 et 15 doivent être vives, sans chanfrein. Avant d'allumer, l'arc, on met ensemble en rotation autour de l'axe commun. On déclenche l'arc et l'on réalise la soudure à rotation constante de l'ensemble qui effectue un tour complet, plus quelques millimètres de manière à obtenir un léger recouvrement du cordon de soudure. Pendant toute l'opération, il faut absolument éviter des courants d'air qui pourraient perturber l'arc électrique et contaminer le gaz inerte assurant la protection. Il est également recommandé d'éviter toute humidité et de prévoir, à l'envers de la soudure, c'est à dire à l'intérieur des tubes 1 et 2 une alimentation en argon. Dans lm exemple particulier de soudure réalisée, suivant le procédé de l'invention, les collerettes 3 et 4, ainsi que la rondelle 5 avaient un diamètre de 26mm. La vitesse de rotation de l'ensemble était de 2,8 tours par minute. L'électrode 8 avait un diamètre d'environ 2 mm. Le débit d'argon à la torche comprenant l'électrode était de 12 litres par minute. Le courant avait une intensité de 225 A. Le débit de l'argon dans les tubes était de 3 litres par minute. Une fois la soudure réalisée, le tube 1 peut être soudé, à son autre extrémité à un autre tube en acier inoxydable, par une soudure classique. De même, le tube 2 est soudé à un tube en cuivre, par une soudure classique, afin d'obtenir un appareil complet. Les Figs. 2 et 3 montrent, en coupe partielle, les collerettes 3, 4 et la rondelle 5, d'une part, avant l'opération de soudage et, d'autre part, une fois cette opération effectuée, la Fig. 3 illustrant plus particulièrement la coupe du cordon. Il est bien entendu que les intervalles figurés entre les différentes pièces n'existent pratiquement pas car elles sont serrés latéralement les unes contre les autres. Il se crée entre 3 et 5 une sorte de pont 16 en acier inoxydable avec, d'une part, du coté du cuivre, une zone 17 formée par des composés intermédiaires et, d'autre part, vers l'extérieur des zones 18 et 19 de différents composés intermédiaires. Le résultat pratique est que les soudures ainsi réalisées sur des cryostats à hélium liquide donnent entière satisfaction. En particulier, certaines ont pu subir de nombreux cycles thermiques entre 40X et 6200, tout en assurant des vides de 10 9 Torr. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, il faut comprendre que ladite description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1) Procédé permettant de réaliser des soudures hetrogènes entre une pièce en cuivre et une pièce en acier inoxydable, en utilisant l7n arc électrique fonctionnant sous gaz inerte, caractérisé en ce qu'on utilise un sandwich acier inoxydable - cuivre - acier inoxydable, formé d'une plaque de cuivre serrée entre deux plaques d'acier ino*,ydable, les chants des plaques de cuivre et d'acier inoxydable étant au meme niveau, l'arc électrique étant orienté normalement auxdits chants sensiblement dans le plan de symétrie du sandwich. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l';-p?issellr de la plaque de cuivre est double de celle de chaclme des plaques d'acier inoxydable. 3) Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les arènes desdites plaques d'acier inoxydable ou de cuivre sont vives et forment des dièdres droits. 4) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour souder en bout un tube d'acier inoxydable et un tube de cuivre, on rabat respectivement les extrémités des tubes en regard de manière à former des collerettes s'appliquant l'une contre l'autre comme lesdites plaques, puis on ajoute une rondelle en acier inoxydable enfilée sur le tube de cuivre et serrée contre la collerette de cuivre, et on fait tourner l'ensemble devant ledit arc électrique.