Brevet FR2363401A1 — publié le 19780331

La présente invention concerne les matériaux de soudage auxiliaires et a plus précisément pour objet un support de la racine d'un cordon de soudure, destinS à la formation de ltenvers dudit cordon de soudure. L'invention peut être utilisée avec le maximum de succès dans le soudage de feuillards de métaux non ferreux et de leurs alliages. On connaît déjà un support de la racine d'un cordon de soudure, destiné à la formation de ltenvers dudit cordon de soudure, fabriqué à partir d'une charge contenant 80% d'une matière de remplissage carbonnée et 20% d'un liant carboné. Ledit support, à cause du bas rendement (45) en résidu de coke de son liant, est caractérisé par une faible résistance mécanique (300 à 350 kgf/cm2), une haute porosité (24 à 27%), une eonductibilité calorifique modérée (60 kcal/m.h.0C) et une haute réactivité. Un tel ensemble de caractéristiques physiques et mécaniques confère au support connu une tenue en service insuffisante. Ce support ne permet pas de réaliser plus de 200 cordons de soudure sur des feuillards de métal.Etant donné sa haute réactivité, il y a combustion rapide du support, ce qui confère une convexité excessive à la racine du cordon de soudure; Bu cours du laminage subséquent des feuillards# soudés, notamment au cours de leur laminage en rubans ou en feuilles minces, cela provoque des défectuositds originaires (perturbations) de la racine du cordon de soudure, qui conduisent à la rupture du mdtal au droit du joint soudé. Be bas potentiel d'utilisation du support connu entrasse des arrêts fréquents des appareils automatiques de soudage, ce qui compromet les caractéristiques technico-économiques de leur fonctionnement. Le but de la présente invention consiste à éliminer les inconvénients précités. On s'est donc proposé d'utiliser, pour constituer le support de la racine de cordon de soudure, destiné à la formation de l'envers dudit cordon, une matière permettant d'améliorer ses caractéristiques en service (lui conférant une haute résistance mécanique, une faible porosité, une conductibilité calorifique modérée, une basse réactivité) -et un plus long potentiel d'utilisation par comparaison avec les support connus analogues. La solution consiste en un support destiné à la formation de l'envers d1un cordon de sodure et fabriqué en une charge contenant une matière de remplissage carbonée et un liant carboné, caractérisé, suivant l'invention, en ce que ladite charge, outre la matibre de remplissage carbonée prise à raison de 70 à 85% en poids et le liant carboné pris à raison de 7 à 15% en poids, contient des constituants carburigenes, c'est-à-dire générateurs de carbure, à raison de 7 à 15% en poids. le support suivant l'invention présente, par comparaison avec le support connu du mEme type, une tenue en service plus élevée et un plus long potentiel d'utilisation Ta teneur minimale en matière de remplissage a été choisie égale à 70% en poids, car en présence d'une plus faible proportion de matière de remplissage le support présente une densité inférieure, une plus basse résistance mécanique et une conductibilité calorifique plus faible. la teneur maximale en matière de remplissage de 85% en poids a été choisie compte tenu d'une introduction minimale de liant et de constituants carburigenes. Lorsque la teneur en liant est inférieure à 7% en poids on n'obtient pas la densité, la résistance mécanique et d'autres caractéristiques de construction nécessaires du support. En présence de liantdansdes proportions supérieures à 15% en poids, la fabrication du support devient plus compliquée et on observe une porosité excessive dudit support. Lorsque la teneur en constituants carburighness est inférieure à 7% en poids, l'efficacité de leur action sur la formation de la structure et les caractéristiques du support baisse. Lorsque la teneur en constituants carburigbnes est supérieure à 150 en poids, le matériau du support se rapproche d'une céramique à tenue à la chaleur réduite et à haute tenue à l'abrasion, ce qui entrave son usinage mécanique. Il est recommandé d'utiliser, à titre de l'un des constituants carburigènes, le zirconium dans une proportion de 7 à 10% en poids. Lorsque la teneur en zirconium est inférieure à 7% en poids, la conductibilité calorifique et la conductibilité électrique du support baissent . Lorsque la teneur en zirconium est supérieure à 10% en poids, la réactivité du support augmente et sa tenue en service est compromise. A titre de constituant carburigène on peut utiliser le titane à raison de 13 à 15% en poids. les raisons du choix de ces limites supérieure et inférieure de la teneur en titane sont les mimes que dans le cas de l'utilisation du zirconium. On peut aussi utiliser, cOmme constituants carburigènes, du zirconium à raison de 7 à 10% en poids, associé à du silicium à raison de 2 à 3% en poids. Ces limites de teneurs en zirconium ont été justifiées dans ce qui précède. La teneur minimale en silicium de 2% en poids est justifiée par l'acquisition des caractéristiques plastiques nécessaires de la composition. Lorsque la teneur en silicium est supérieure à 3% en poids, on observe une plasticité accrue de la composition, ce qui entrave l'obtention de la densité et de la résistance mécanique requises du support. A titre de matière de remplissage carbonée on peut utiliser le graphite à raison de 5 à 10% en poids, associé à du coke de pétrole à raison de 60 à 80% en poids. L'association desdites matières de remplissage permet d'obtenir une bonne conductibilité électrique de la charge et de réaliser un support monolithe robuste. Un tel rapport graphite/coke de pétrole est déterminé par la nécessité d'obtenir la conductibilité électrique requise de la charge. En cas d'une teneur en graphite inférieure à 5% en poids et d'une teneur en coke de pétrole inférieure à 60%, cette caractéristique de la charge est insuffisante. En cas d'introduction du graphite dans des proportions supérieures à 10% en poids, et de coke de pétrole dans des proportions supérieures à 80%, la conductibilité de la charge n'augmente pratiquement pas. A titre de liant carboné il est recommandé d'utiliser du brai de haute température à point de ramollissement d'environ 1500C, à raison de 7 à 15, en poids. De telles teneurs en liant permettent de réaliser le support monolithe requis, ainsi que les caractéristiques de service imposées -dudit support. Eh présence d'une teneur en liant inférieure à 7% en poids, on n'obtient pas la tendue en service requise du support. Des teneurs en liant supérieures à 15g en poids conduisent à une porosité augmentée du support, qui en compromet les caractéristiques en service. Un autre exemple de liant carboné pouvant titre utilisé dans le support conforme à l'invention est un semi-coke introduit à raison de 7 à 15% en poids. les raisons du choix de ces limites inférieure et supérieure de la teneur en semicoke sont les m8mes que dans le cas de l'utilisation de brai de haute température, On peut obtenir l'effet maximal au point de vue de la tenue en service des supports en utilisant une charge de composition suivante (% en poids) coke de pétrole 60 à 70 graphite 7 à 8 brai de haute température 10 à 15 titane 13 à 15. Suivant un autre exemple deréalisatioeiet d'obtention des caractéristiques effectives du support, la charge peut avoir la composition suivante (% en poids) : coke de pétrole 65 à 80 graphite 5 à 10 brai de haute température 7 à 15 zirconium 7 à & 10 Suivant encore un autre exemple de charge pour la préparation d'un support doué d'une haute tenue en service et d'un long potentiel d'utilisation, la charge peut avoir la composition suivante (% en poids) coke de pétrole 70 à 75 graphite 5 à 10 brai de haute température 7 à 10 zirconium 7 à 10 silicium 2à3 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'un mode non limitatif de réalisation de l'invention et d'exemples concrets d'obtention du support proposé. Le support suivant l'invention pour la formation de l'envers d'un cordon de soudure peut entre fabriqué à partir d'une charge de#plusieurs compositions différentes. La préparation du support à tartir de ladite charge ne diffère pas technologiquement de celles des supports déjà connus et consiste en ce qui suit. On soumet le mélange de constituants de départ de la charge à un moulage et une cuisson simultanés à une température de 500-d 700 C et sous une pression de -200 à qu0 kgf/cm2. Ensuite On soumet l'ébauche obtenue à un traitement à haute température supérieure à 20000 C sous une pression de 200 à 300 kgf/cm2. On fabrique à partir des ébauches obtenues des supports de dimensions requises. La charge contient une matière de remplissage carbonée, un liant carboné, et, suivant l'invention, des constituants carburigènes. les proportions desdits constituants de la charge sont les suivants (% en poids) : matière de remplissage carbonée 70 à 85 liant carboné 7 à 15 constituants carburigènes 7 à 15. La dimension granulométrique de la matière de remplissage carbonée ne dépasse pas 300 microns. Celle des éléments-carburigènes et du liant carbond ne dépasse pas 100 micrOns. le support fabriqué à partir de cette charge et destiné à la formation de l'envers d'un cordon de soudure est caractérisé par une haute tenue en service et un potentiel d'utilisation prolongé. Sa charge de rupture atteint notamment 850 à 1200 kgf/cm2, sa conductibilité calorifique varie de 290 à 600 kcal/m.h, sa réactivité à 3QUU C est de 1.104 à 3.104 g/cm2.s, sa tenue en service correspond à au moins 1500 cordons de soudure de haute qualité. A titre de constituants carburigènes on utilise le zirconium à raison de 7 à 100 en poids, le titane à raison de 13 à 15% en poids, ou bien le zirconium à raison de 7 à 10% en poids associe au silicium à raison de 2 à 3% en poids. lesdits constituants carburigènes pris dans les limites de teneurs indiquées permettent d'augmenter le rendement en résidu de coke du liant jusqu'à 85 à 90%, d'augmenter sensiblement les conductibilités thermique et électrique du support et d'en élever la réactivité. A titre de matière de remplissage carbonée on introduit du graphite à raison de S à 100 en poids, ledit graphite pouvant être aussi bien naturel qu'artificiel, en association avec du coke de pétrole à raison de 60 à 80% en poids. Une telle association permet de réaliser un support compact et résistant. A titre de liant carboné on introduit du brai de haute température à raison de 7 à 15 en poids, ou une quantité identique de semi-coke, ce qui permet d'obtenir la résistance mécanique nécessaire ainsi que la conductibilité calorifique et laconductibilité électrique requises du support. On trouvera ci-après des exemples concrets mais non limitatifs de réalisation de la présente invention. EXEMPLE: 1. On utilise une charge cOmposée de 70% en poids de coke de pétrole, 7% en poids de graphite, 10% en poids de brai de haute température et 13% en poids de titane. On mélange les constituants à la température ambiante. On moule et on cuit le mélange obtenu dans une matrice sous une pression de 300 kgf/cm2 et à une température de 600 C, et On le soumet à un traitement à haute température (2500oC) sous une pression de 250 kgf/cm#. les auteurs de l'invention ont établi que le support ainsi obtenu a une résistance mécanique de 1200 kgf/cm2, une conductibilité thermique de 600 kcal/m.h.#C et une réactivité de 1,1Q-4 g/cm2.s à la température de 3000 C Qn effectue sur ledit support le soudage à l'arc sous argon de feuillards (de 5 x 640 mm) de cuivre avec deux électrodes consécutives de tungstène. la vitesse de soudage est de 0,55 cm/s, l'intensité de courant, de 380 A. la distance entre l'électrode et le métal à souder est d'environ 2 mm. DanS ces conditions, le support-a permis de réaliser 2980 cOrdons de soudure de haute qualité. EXEMPLE 2. On emploie une charge# composée de 80% en pOids de coke de pétrole, 5% en poids de graphite, 8% en poids de brai de haute température, 7% en poids de zirconium. On traite le mélange de constituants conformément aux conditions de l'exemple 1. le support a une charge de rupture de 850 kgf/cm2, une cOnductibilité calorifique de 320 kcal/m.h.0C, une réactivité de 3.10- 4 g/cm2#s. Un effectue sur ledit suppOrt le soudage à l'arc sou; argon de feuillards de 6x640 mm en laitOn à l'aide d'une électrode de tungstène unique.La vitesse de soudage est de 0,50 m/s, l'intensité du courant, de 390 A, la distance entre 11 électrode et le métal à souder est d'environ 2 mm. le support a permis de former 1950 cordons de soudure de haute qualité. EXEMPLE 3. On utilise une charge composée de 75% en poids de coke de pétrole, 6% en poids de graphite, 10% en poids de semi-coke, 7% en poids de zirconium et 2% en poids de silicium. On traite le mélange de constituants en conformité avec l'exemple 1 Le support a une charge de rupture de 1100 kgf/cm2, une conductibilité calorifique de 300 kcal/m.h.oC et une réactivité de 1.10-4 g/cm2.s. Le support a permis de réaliser, dans le soudage de feuillards de 5 x 600 mm en laitOn (régimes de soudage conformes à ceux de l'exemple 1), 2450 cOrdons de soudure de qualité. EXEMPTE 4. On utilise une charge composée de 62% en poids de coke de pétrole, 8% en poids de graphite, 15% en poids de brai de haute température et 15% en poids de titane. On traite le mélange de constituants en conformité avec exemple 1. le support est caractérisé par une charge de rupture de 1050 kgf/cm2, une cOnductibilité calorifique de 560 kcal/m.h.eC. On réalise sur ledit suppOrt le soudage de feuillards (de 5 x 640 mm) en cuivre au mOyen de deux électrodes consécutives de tungstène. Les régimes de soudage sont conformes à ceux de l'exemple 1. On a réalisé sur ledit support 2800 cordons de soudure de haute qualité. EXEMPLE 5. On utilise une charge composée de 68% en poids de coke de pétrole, 7% en poids de graphite, 15% en poids de brai et 10% en poids de zirconium. On traite le mélange de constituants conformé;;ent à l'exemple 1. Le support a une charge de rutpure de 980 kgf/cm2, une conductibilité calorifique de 350 kcal/ m.h. C, une réactivité de 3.10-4 g/cm2.s. On réalise en Redit support, pour le soudage de feuillards en laiton de 6 x 640 mm à l'aide d'une seule électrode de tungstène (régimes de soudage conformes a' l'exemple 2), 1963 cordons de soudure. EXEMPLE 6. On utilise une charge COmposée de 70% en poids de coke de pétrole, 10% en poids de graphite, 7% en poids de semicoke, lOfo en poids de zirconium et 3% en poids de silicium. On traite le mélange de constituants suivant l'exemple 1, Le support a une charge de rupture de lOvu kgf/cm2, une conductibilité calorifique de 290 kcal/m.#.0C et une réactivité de 1,5.10 g/cm2.s. Un réalise sur ledit support, pour le soudage de feuillards de 5 x 600 mm en laiton (régimes de soudage conformes à ceux de l'exemple 1), 2320 cordons de soudure de qualité. les vérifications générales du support suivant l'invention dans le soudage de feuillards en métaux non ferreux variés ont montré que le nombre de cordons de soudure formés par comparaison avec le support connu est passé de 200 à 3VUU, leur qualité étant parallèlement améliorée. le support suivant invention permet de réaliser le soudage avec une faible convexité de la racine du cordon de soudure, ce qui exclut les ruptures au droit du joiht soudé au cours du laminage subséquent des feuillards soudés. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICAXIONS 1. Support pour la formation de l'envers d'un cordon de soudure, du type fabriqué à partir d'une charge comprenant une matière de remplissage carbonée et un liant carboné, caractérisé en ce que ladite charge, outre ladite matière de remplissage carbonée, introduite à raison de 70 à 85% en poids, et ledit liant carboné, introduit à raison de 7 à 15fiv en poids, contient un constituant carburigène à raison de 7 à 15% en poids. 2. Support suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, à titre de constituant carburigène, il contient du zirconium à raison de 7 à 10% en poids. 3. Support suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, à titre de constituant carburigène, il contient du titane à raison de 13 à 15% en poids. 4.Support suivant la revendication 1, caractérisé en ce o#e, à titre de constituant carburigène, il contient du zirconium à raison de 7 à 10% en poids, associé à du silicium à raison de 2 à 3% en poids, 5. Support suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, à titre de matière de remplissage carbonée, il contient du graphite à raison de 5 à 10% en poids, associé à du coke de pétrole à raison de 60 à 80% en poids. 6. Support suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisd en ce qu'il contient, à titre de liant carboné, du brai de haute température à raison de 7 à 15% en poids. 7. Support suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il contient, à titre de liant carboné, du semi-coke à raison de 7 à 15% en poids. 8. Support suivant l'une des revendications 1, 3, 5 et 6, caractérisé en ce que sa charge contient (% en poids) : coke de pétrole 60 à 70 graphite 7 à 8 brai de haute température 10 à 15 titane 13 à 15. 9. Support suivant l'une des revendications 1, 2, 5 et 6, caractérisé en ce que sa charge contient (% en poids) coke de pétrole 65 à 80 graphite 5 à 10 brai de haute température 7 à 15 zircOnium 7 à 10 10. Support suivant l'une des revendications 1 4, 5 et 6, caractérisé en ce que sa charge contient ( en poids) coke de pétrole 70 à 75 graphite 5 à 10 semi-coke 7 à 10 zirconium 7 à 10 silicium 2 à 3.