Brevet FR2451951A1 — publié le 19801017

La présente invention concerne un procédé pour ajouter des éléments d'alliage a des electrodes consommables dont le point de fusion est nettement plus élevé que celui de l'élément d'alliage. Plus particulièrement, elle concerne l'addition d'éléments d'alliage tels que l'étain a des électrodes de zirconium, hafnium, colombium ou tantale. Dans l'art antérieur, on connaît différents procédés pour ajouter des éléments d'alliage à des métaux de base en vue de la fabrication d'électrodes consommables destinées a la production de lingots d'alliage. L'un de ces procédés consiste a transformer tout d'abord l'alliage à ajouter en une poudre ou en pastilles et a ajouter la poudre ou les pastilles a de l'éponge métallique ou des fragments métalliques avant de produire des comprimés d'où on forme ensuite les électrodes consommables. Un autre procédé qui a été appliqué a titre expérimental consiste a ajouter les éléments d'alliage sous forme d'un alliage mère. Ce procédé s'est avéré insatisfaisant dans son application a la production de lingots d'alliage de zirconium en raison de certains inconvénients, tels que des difficultés pour maintenir un arc stable pendant la fusion et des problèmes consécutifs de porosité des parois latérales. Dans ce procédé, l'addition d'étain à de l'éponge de zirconium en vue de la fabrication d'une- électrode consommable consistait a peser la quantité d'étain et d'autres ingrédients d'alliage a ajouter et a les emballer dans une feuille de zirconium d'une épaisseur d'environ 0,02 mm pour en faire un paquet, dont les extrémités formées par la feuille de zirconium étaient serties pour que l'alliage ne puisse pas s'échapper.Ce paquet était ensuite place au centre d'une masse spongieuse de zirconium avec laquelle il était comprimé sur une presse hydraulique ; un certain nombre de comprimés ainsi obtenus étaient enfin transformés en une électrode. L'un des inconvénients de cette manière de procéder est que le paquet enveloppé par la feuille de zirconium éclate pendant la compression de l'éponge, avec le résultat que l'étain s'écoule hors de l'électrode pendant le processus de fusion a l'arc. Le lingot produit n'est alors plus conforme aux prescriptions et doit entre repris pour etre remis en l'état voulu pour le récupérer. Ce résumé de l'art antérieur montre qu'il y a un besoin d'un procédé capable de maintenir les éléments d'alliage en place dans l'électrode, jusqu'à ce que le matériau d'électrode entourant l'alliage ait atteint son point de fusion ou une température proche de ce point. Il serait ainsi possible de produire un lingot ou les éléments d'alliage sont répartis plus régulièrement partout. L'invention apporte un tel procédé. La demanderesse a découvert, selon l'invention, que l'on peut ajouter des éléments d'alliage à des métaux de base, tels que zirconium,hafnium, colombium et tantale, en vue de la formation d'les trodes consommables, en plaçant les éléments d'alliage dans un récipient du métal de base ou d'un autre métal dont le point de fusion est suffisamment élevé pour empecher des fuites d'éléments d'alliage pendant un processus de fusion à l'arc à l'aide d'une électrode consommable comprenant un tel récipient. Selon l'invention, on place des éléments d'alliage dans un récipient, que l'on comprime ensuite avec le métal de base pour former un comprimé, lequel deviendra une partie d'une électrode consommable. Cette façon de procéder est utilisée lorsque l'élément a un point de fusion plus bas que le métal auquel il est ajouté.L'élément d'alliage doit dans ce cas etre maintenu dans la région où il avait été placé et etre empeché de s'écouler (fuir) prématurément par les côtés de l'électrode pour éviter que le lingot produit ne contienne de grandes quantités de l'élément d'alliage dans son pied, du fait que la majeure partie de l'élément d'alliage aurait été fondue et se serait écoulée dans la partie inférieure de la lingotière bien avant la consommation de la portion d'électrode qui contenait l'élé- ment d'alliage au départ. Les éléments d'alliage sont placés dans un récipient métallique formé du matériau de base ou d'un autre matériau présentant un point de fusion plus élevé que celui des éléments d'alliage à bas point de fusion.Le récipient doit avoir une paroi suffisamment épaisse pour pouvoir résister sans rupture à la compression. Lorsque le récipient n'est pas completement fermé, il doit etre maintenu en position verticale dans l'électrode, avec l'ouverture en haut. Ainsi, si l'élément d'alliage fond, il ne peut pas s'écouler du creuset formé par le récipient et s'écouler le long de l'électrode bien avant que la portion d'électrode qui le contenait ne soit consommée. Une application particulière du procédé de l'invention comprend la pesée des éléments d'alliage, tels que l'étain, et la disposition de la quantité prédéterminée d'étain ou d'un autre élément d'alliage dans un récipient à base de fer ou de zirconium. Ce récipient est placé près du centre d'une masse d'éponge de zirconium et est ensuite comprimé avec cette masse dans une presse hydraulique. Si le récipient n'est pas fermé en haut, il doit etre placé verticalement dans l'électrode consommable lorsque cette dernière est constituée par l'assemblage d'un certain nombre de comprimés, contenant donc chacun un tel récipient. Le récipient peut entre fabriqué d'un métal tel que le fer, d'un alliage de fer, de zirconium ou d'un alliage de zirconium, à condition qu'il soit suffisamment solide pour pouvoir résister à la compression et que son point de fusion soit plus élevé que celui des éléments d'alliage à bas point de fusion. Les essais suivants ont été effectués pour déterminer l'efficacité du procédé. Pour un premier essai, des paquets dalliage de zirconium étaient pesés et tranformés en comprimés d'un diamètre d'environ 7,6 cm et d'une épaisseur d'environ 3,8 cm. Ces comprimés étaient placés dans des creusets (récipients) de zirconium étirés,dont l'extrémité supérieure était fermée par sertissage pour éviter la perte de comprimés d'alliage de zirconium pendant les manipulations. Chaque creuset de zirconium rempli d'alliage était ensuite placé au centre d'une masse d'éponge de zirconium dans une matrice d'un diamètre d'environ 26,5 cm puis comprimé avec cette masse. Les comprimés d'éponge ainsi produits, contenant chacun un creuset de zirconium rempli d'alliage, étaient assemblés en electrodes par soudage par bombardement électronique. Les électrodes obtenues étaient fondues dans un four à arc à vide. Le premier processus de fusion à l'arc de chaque lingot était observé pendant toute la durée de la fusion pour déterminer si une fuite d'alliage se produisait. Le Lingot était refondu et une analyse chimique complète était effectuée sur le lingot refondu. Dans un deuxième essai, les premières opérations de l'essai décrit ci-dessus étaient rassemblées en une opération unique dans laquelle des matériaux d'alliage en vrac et une ébauche de zirconium étaient comprimés ensemble en une matrice de formage, ce qui donnait un creuset de zirconium entourant les éléments d'alliage comprimés. Les comprimés d'éponge produits étaient assemblés en une électrode par soudage par bombardement électronique et les électrodes étaient fondues dans un four à arc à vide. Le premier processus de fusion à l'arc de chaque lingot était observé pendant toute la durée de la fusion pour déterminer si des fuites d'alliage se produisaient. Le lingot était refondu et une analyse chimique complète était effectuée sur le lingot refondu. Les deux expérimentations ont démontré que la fuite d'alliage pendant le premier processus de fusion à l'arc est très faible. Les analyses chimiques finales montrent que l'étain est réparti de façon homogène dans tout le lingot. Des modifications sont possibles dans sortir du cadre de l'invention. KE VEND I C A T 10 N S 1. Procédé pour ajouter des éléments d'alliage à des électrodes consommables, les électrodes étant en métal et en particulier en zirconium, hafnium, colombium ou tantale, caractérisé en ce qu'il consiste à placer les éléments-d'alliage dans un récipient, à disposer le récipient dans un matériau formant électrode et à comprimer le récipient et ce matériau ensemble pour former des comprimés qui sont ensuite assemblés en une électrode consommable. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient est fait du meme matériau que le métal de l'électrode. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'alliage est l'étain et Le matériau métallique formant électrode est de l'éponge de zirconium. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1à 3, caractérisé en ce que le récipient est fait de zirconium, d'alliage de zirconium, de fer ou d'alliage de fer. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le récipient est complètement fermé. 6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le récipient n'est pas fermé et est maintenu en position debout, avec l'ouverture en haut, dans le matériau formant électrode. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le récipient est fait d'un métal ayant un point de fusion plus élevé que les éléments d'alliage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments d'alliage sont placés sur ou dans une feuille de zirconium et sont comprimés dans une matrice de formage pour produire un récipient ou creuset de zirconium entourant les éléments d'alliage comprimés.