Brevet FR2562827A1 — publié le 19851018

- 1 - La présente invention concerne la technique de soudage et plus précisément les techniques de soudage o on utilise l'énergie des faisceaux d'électrons. L'utilisation de l'énergie des faisceaux d'élec- trons pour usiner ou traiter autrement à la fois des pièces métalliques et non métalliques est un développement relativement récent. Voir par exemple les brevets US Nos. 4 156 807 et 4 239 954. Cependant on a rencontré une certaine difficulté en utilisant l'énergie des faisceaux d'électrons pour le soudage afin d'éviterque les projections dues au soudage n'adhèrent aux zones non soudées de la pièce. Ceci peut présenter un problème à la fois d'un point de vue estitique et d'un point de vue structurel (par exemple aérodynamique) selon l'utilité de l'article fini. En outre, du fait de la configuration compliquée de certaines des structures soudées, qui est particulièrement adaptée pour le soudage à l'énergie du faisceau d'électrons, dans certains cas il est extrêmement difficilepour ne pas dire impossible,d'enlever de telles projections dues au soudage. En conséquence, ce qui est nécessaire dans la technique est un procédé pour empêcher de telles projections dues au soudage d'adhérer à la surface de la pièce à travailler en utilisant l'énergie du faisceau d'électrons pour souder. Selon la présente invention,on décrit un procédé pour empêcher l'adhérence des projections provoquées par le soudage à la surface d'une pièce à travailler lors du soudage en utilisant l'énergie des faisceaux d'électrons. La ou les surfaces des pièces à travailler à souder sont enduites d'une couche uniforme de polyimide contenant suffisamment d'agent tensio-actif pour produire une couche uniforme adhérenterésistante aux acidesde polyimide sur la surface. Ce procédé a une utilité particulière pour des structures complexes -2 - ou des zones difficiles à atteindre o l'enlèvement des projections est peu pratique ou impossible. Les caractéristiques et avantages précédents et autres de la présente invention seront plus évi- dents à la lecture de la description suivante. Ce procédé est particulièrement adapté aux surfaces de pièces à travailler métalliques et,en particulier, en alliage de titane et à base de nickel utie:es dans les composants desmoteurs de turbine à gaz, par exemple, les parties rotativesd'unmoteur à réaction,te/sque les disques. Ici les projections dues au soudage constituent un problème particulièrement sérieux étant donnéqul'leslo w*tprovoquer un état de déséquilibre dans les composants en rotation, qui sont alors soumis à de fortes contraintes. En outre, les projections dues au soudage peuvent se détacher et provoquer de sérieux dégats au moteur. Bien que ce procédé soit décrit plus particulié- rement pour le soudage au faisceau d'électrons, il peut être utilisé dans tout procédé de soudage oi des projections se produisent, par exemple le soudage au faisceau laser. Tout appareil de soudage habituel au faisceau d'électrons (ou au laser) peut être utilisé pour réaliser le soudage. Bien que toute résine de polyimide ayant la stabilité thermique et la résistance aux acides requises puisse être utilisée avec la présente inven- tion, la résine de polyimide Skybond 703 (Monsanto Co.) (désignation commerciale) convient particulièrement. Bien que tout agent tensio-actif formant un revête- ment uniforme sans piqtresou sans "yeux de poisson" puisse être utilisé, on préfère un agent tensio-actif 1' de silicone, et plus particulièrement/agent tensio- actif Dow Corning 196 (désignation commerciale) Ceci est un copolymère de silicone-glycol ayant une faible viscosité. L'agent tensio-actif doit être choisi en fonction de la matière de la pièce métallique à -3- travailler. Par exemple, bien que des agents tensio- actifs de fluorocarbone teb que 3M FC 430 puissent également être utilisés, lorsqu'on utilise des alliages à base de nickel, des agents tensio-actifs contenant du fluorocarbone ont la potentialité de réagir avec la pièce à travailler et par conséquent seraentinacceptables.Cependant, les agents tensio- actifs de silicone ne sodffrent pas de ce problème. L'agent tensio-actif doit être utilisé en quantité inférieure a environ 0, 5 % en volume (5,33 mm/litre de solvant comprenant la composition de revêtement) et il est typiquement utilisé en quantitésd'environ 0,79 à 0, 26% (0,79 ml/litre à 2,63 ml/litre) et de préférence 0,11% à 0,16% (1,05 ml/litre à 1,58 ml/litre). Qui que soit l'agent tensio-actif utilisé, il doit être ajouté en quantité suffisante pour obtenir un recouvrement uniforme du polymère sans nuire à l'adhérence du polymère à la pièce à travailler. Et, bien que des agents supplé- mentaires teb que des agents colorants puissent être ajoutés au polymère, ces agents ne peuvent nuire ou réagir avec la matière de la pièce à travailler. Il est essentiel que la matière du film soit appliquée Xe façon uniforme. Ceci est particulièrement ainsi depuis que la matière des pièces à travailler typiquement est nettoyée par décapage habituel aux acides (par exemple (HNO3.HF)avant le soudage. Si le revêtement de polymère n'est pas présent sur la pièce à travailler en une couche uniforme ou si l'adhérence est faible, ce décapage tendra à éliminer ou à aller en- dessous de la surface de polyimide en à la fois n détruisait le revêtement e endommagint potentiellement la pièce à travailler. Pour obtenir ce revêtement unifor- me, en plus d'utiliser l'agent tensio-actif de la façon indiquée cidessus, le polymère est appliqué à partir d'une solution de solvant organique. Bien que tout solvant qui dissoudra le polymère et créera un bon écoulement du polymère et de l'agent tensio-actif sur -4 - le substrat puisse être utilisé, une solution de solvant organique de toluène et de pyrrolidone est particulièrement préférée. Ceci est un mélange à 50% de chacun bien qu'on puisse utiliser des solutions s'écartant de ces proportions. Et bien que la concen- tration de polyimide et d'agent tensio-actif dans ce solvant puisse varier, typiquement environ 25% à 75% en volume de polyimide plus agent tensio-actif sont utilisés dans le solvant, 50% en volume de polyimide plus agent tensio-actif étant préférés.En outrelbien quetout procédé d'application tel que par brossage, essuyage,etc,puisse être utilisé pour appliquer la couche sur la pièce à travailler, on a trouvé qu'une application par pulvérisation résulte en un revêtement particulièrement uniforme. Et bien que toute épaisseur de revêtement qui résistera durant tout le procédé de décapage puisse être utilisée,typiquement on applique des épaisseursde revêtement de 5,0 à 20,3 micromètres en une application à plusieurs passes. Après l'applicationle revêtement est typiquement chauf- fé pour éliminer le solvant et durcir la résine. Un cycle de cuisson typique serait d'environ une demi- heure à 93 C, environ une demi- heure à environ 204 C et environ 5 minutes à environ 316 C. Le revêtement appliqué doit être constitué de telle façon qu'il puisse être enlevé par lavage chimique. Typiquement une solution chaude de soude caustiqueavec ou sans agent de mouillage,habituelle peut être utiliséePar exemple, on a trouvé qu'une solution d'hydroxyde de sodium à 28 à 30% en poids chaufféeà environ 66 C avec un agent de mouillage d'ester de phosphate (Wyandotte Klearfac AA 040) (désignation commerciale) convenait particulièrement bien. Exemple On a testé un procédé de soudage au faisceau d'électrons simulé pour souder des rotors à tambour à -5- base d'alliage de titane pour déterminer l'efficacité des revêtements de polyimide protecteurs contre les projections. Des examens visuels, binoculaireset macrophotographiquesont été mis en oeuvre pour observer l'adhérence des projections. La composition de revêtement a été constituée comme suit: Matière Composition Limites suggérées Toluène (ou xylène) 50% (volume) 40- 60% (volume) N-méthyl-2-pyrrolidone 50%(volume) 40-60% (volume) Agent tensio-actif 1,32 ml/l 1,05-1,58 ml/l combiné avec du polyimide 50% (volume) 40-60% (volume) On a enduit trois panneaux séparés. Tous les panneaux ont été enduits de façon à obtenir des bandes de zones enduites et non-enduites. Le premier panneau a été enduit pour obtenir une épaisseur de revêtement en deux pulvérisations de 5,08 à 7,62 micromètres; le second panneau avec une épaisseur de revêtement en quatre pulvérisations de 7,62 à 12,7 micromètres; et le troisième panneau enduit avec une épaisseur de revête- ment en six pulvérisations de 12,7 à 15,24 micromètres. Les revêtements ont été cuits à 93 C durant une demi- heure, 204 C durant une demi- heure, et 316 0C durant 5 minutes. Les panneaux ont été nettoyés aux alcalis et décapés aux solutions d'acides nitrique - fluor- hydrique. Les panneaux ont été soudés sous vide de 133.10-4 Pa à 150 kilovolts, 60 milliampères, et avec une vitesse du faisceau de 305 cm/minute. Le soudage a été mis en oeuvre pour produire des projections dues au soudage sur les panneaux enduits. Le revête- ment a été éliminé par décapage au moyen d'une solution de soude caustique. L'examen a révélé une adhérence des projections à un endroit adjacent à la soudure sur les parties non-enduites des panneaux et aucune adhérence sur les parties enduites du panneau après élimination du revêtement protecteur. On a observé en- viron 15 projections par cm2 sur les zones non enduites. La cuisson doit être contrôlée de façon à durcir le revêtement jusqu'à un point lui permettant d'être stable a température élevée (par exemple capable de résister à la chaleur de la projection) mais le revêtement ne doit pas être durci jusqu'à un point ot la résine commence à carboniser. Et, ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus le revêtement doit pouvoir être aisément éliminé par décapage par immersion chimique et ne laisser aucun résidu. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. -7- Revendications: 1. Procédé de soudage par projection localisée d'un faisceau d'électrons sur la surface d'une pièce à travailler, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape d'enduction de la surface de la pièce à travailler d'une couche adhérente, résistante aux acides, stable à la chaleur, pouvant être éliminée chimiquement, de polyimide contenant moins d'environ 0,5 % en volume d'agent tensJ-actif sur les zones non soudées avant -le soudage, et l'élimination de la couche de polyimide après le soudage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent tensioactif est du silicone et le polyimide est appliqué en une épaisseur d'environ ,08 à 20,32 /m.