FR2825306A1 - WELDING LATCH IN COMPOSITE MATERIAL - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une latte de soudure.La latte de soudure est constituée par un matériau composite comprenant une matrice constituée par au moins une phase non conductrice, et des particules conductrices réparties au sein de la matrice, la concentration en particules conductrices étant au moins égale au seuil de percolation.The invention relates to a welding lath. The welding lath is made up of a composite material comprising a matrix consisting of at least one non-conductive phase, and conductive particles distributed within the matrix, the concentration of conductive particles being at least equal to the percolation threshold.
Description
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La présente invention a pour objet des lattes de soudure en matériau composite. The present invention relates to welding slats made of composite material.
Les lattes de soudure sont des accessoires utilisés lors des opérations de soudage. Elles sont également désignées dans le domaine technique par soutien ou support de soudure. Welding laths are accessories used during welding operations. They are also designated in the technical field by support or welding support.
Elles servent de support au matériau de soudure et sont placées à la jointure entre deux pièces à souder, pour éviter que le métal de soudure en fusion ne s'échappe. Elles se présentent généralement sous forme d'un ruban ayant une section variable. Les propriétés recherchées pour un matériau utilisé pour l'élaboration d'une latte de soudure sont un point de fusion élevé, une bonne résistance mécanique, une bonne conductivité thermique, un degré d'hygroscopicité faible, une inertie vis à vis du métal de base constituant les pièces à souder et du métal d'apport, et un coût de production faible. Pour répondre à ces critères, on a utilisé, pour l'élaboration des lattes de soudure, des oxydes minéraux ou des mélanges d'oxydes. A titre d'exemple, on peut citer la cordiérite (2Mg0. 2Al203. 5Si02) et la mullite (3Al203. 2Si02). L'utilisation de ces lattes de soudure présente cependant quelques inconvénients du fait de leur caractère isolant. Lors d'un soudage à l'arc, il se produit par exemple des étincelles et une instabilité qui provient notamment de l'écartement entre les pièces à souder lorsqu'elles sont de grande longueur. Ces phénomènes rendent la soudure irrégulière et nécessitent l'intervention directe et manuelle d'un personnel qualifié. L'automatisation qui permettrait de réduire les coûts et d'augmenter la productivité se trouve ainsi très malaisée à mettre en oeuvre, voire impossible. They serve as a support for the weld material and are placed at the joint between two parts to be welded, to prevent the molten weld metal from escaping. They are generally in the form of a ribbon having a variable section. The properties sought for a material used for the preparation of a weld strip are a high melting point, good mechanical resistance, good thermal conductivity, a low degree of hygroscopicity, inertia with respect to the base metal. constituting the parts to be welded and the filler metal, and a low production cost. To meet these criteria, mineral oxides or mixtures of oxides were used for the production of the welding laths. By way of example, mention may be made of cordierite (2Mg0. 2Al203. 5Si02) and mullite (3Al203. 2Si02). The use of these weld strips, however, has some drawbacks due to their insulating nature. During arc welding, sparks and instability, for example, arise from the spacing between the parts to be welded when they are very long. These phenomena make the welding irregular and require the direct and manual intervention of qualified personnel. Automation that would reduce costs and increase productivity is therefore very difficult to implement, if not impossible.
Le but de la présente invention est de proposer des lattes de soudure qui ne présentent plus ces inconvénients. The object of the present invention is to provide welding bars which no longer have these drawbacks.
C'est pourquoi la présente invention a pour objet une latte de soudure, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un matériau composite comprenant une matrice constituée d'au moins une phase non conductrice et des particules conductrices réparties au sein de la matrice, la concentration en particules conductrices étant au moins égale au seuil de percolation. This is why the subject of the present invention is a weld strip, characterized in that it is constituted by a composite material comprising a matrix consisting of at least one non-conductive phase and conductive particles distributed within the matrix, the concentration of conductive particles being at least equal to the percolation threshold.
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Le seuil de percolation correspond à la fraction volumique de phase conductrice présente dans le matériau, en dessous de laquelle le matériau ne peut être traversé par un courant, et à partir de laquelle le matériau peut acheminer un courant électrique lorsqu'il est soumis à une différence de potentiel. The percolation threshold corresponds to the volume fraction of conductive phase present in the material, below which the material cannot be traversed by a current, and from which the material can convey an electric current when it is subjected to a potential difference.
Il est généralement recommandé d'utiliser, pour l'élaboration d'une latte de soudure selon l'invention, un matériau composite contenant de 50 à 90% (de préférence de 60 à 85%) en volume de phase non conductrice et de 50 à 10 % (de préférence de 40 à 15%) en volume de particules conductrices. It is generally recommended to use, for the preparation of a welding strip according to the invention, a composite material containing from 50 to 90% (preferably from 60 to 85%) by volume of non-conductive phase and from 50 at 10% (preferably 40 to 15%) by volume of conductive particles.
La phase non conductrice contient un oxyde simple, un oxyde mixte, ou un mélange d'un ou plusieurs oxydes simples et/ou d'un ou plusieurs oxydes mixtes, chacun des constituants devant être chimiquement compatible avec le métal, (ou les métaux) susceptible (s) d'arriver à son contact lors de l'opération de soudage. The non-conductive phase contains a single oxide, a mixed oxide, or a mixture of one or more simple oxides and / or one or more mixed oxides, each of the constituents having to be chemically compatible with the metal (or the metals). likely to come into contact with it during the welding operation.
Parmi les oxydes simples, on peut citer notamment Al2O3, MgO, Zr02, Ti02, Si02, Cr203, Y203, SrO, Fe2O3, BaO et CaO. Among the simple oxides, there may be mentioned in particular Al2O3, MgO, Zr02, Ti02, Si02, Cr203, Y203, SrO, Fe2O3, BaO and CaO.
Les oxydes mixtes constituent une catégorie très vaste de composés et ils comprennent des oxydes binaires et des oxydes ternaires. On peut citer à titre d'exemple : les silicates, notamment les composés binaires tels que Na20. SiO2, Na20. 2Si02, K20. 2Si02f MgO. Sio2, la mullite (3Al2O3. 2Si02), la forstérite 2MgO. Si02, la pseudo- wollastonite CaO. Si02, la fayalite (2FeO. Sio2) ; et les composés ternaires tels que Na20. Al203. 2Si02
K20. Al203. 4Si02, l'anorthite CaO. Al2O3. 2SiO2, la cordiérite (2MgO. 2Al2O3.5SiO2) , la gehlenite (2CaO. Al2O3. 2Si02), les oxydes de fer (2CaO. Fe203, CaO. Fe203 ou CaO. 2Fe203), la sapphirine (4MgO. 5Al2O3. 2Si02) ; les aluminates tels que par exemple MgAlO, ou l'hercynite FeO. Al2O3 ; les titanates tels que par exemple Al2O3. Ti02 ;
les phosphates tels que par exemple AlOEOs, 2CaO. P205, 3CaO. P205, 4CaO. P205, (Zr02) x (Th02) i-x. P205, 2Zr02. P205, 2MgO. P20s, 3MgO. P20S. Mixed oxides constitute a very broad category of compounds and include binary oxides and ternary oxides. By way of example, mention may be made of: silicates, in particular binary compounds such as Na20. SiO2, Na20. 2Si02, K20. 2Si02f MgO. Sio2, mullite (3Al2O3. 2Si02), forsterite 2MgO. Si02, the pseudo-wollastonite CaO. Si02, fayalite (2FeO. Sio2); and ternary compounds such as Na20. Al203. 2Si02
K20. Al203. 4Si02, CaO anorthite. Al2O3. 2SiO2, cordierite (2MgO. 2Al2O3.5SiO2), gehlenite (2CaO. Al2O3. 2Si02), iron oxides (2CaO. Fe203, CaO. Fe203 or CaO. 2Fe203), sapphirine (4Mg2. 2). aluminates such as for example MgAlO, or hercynite FeO. Al2O3; titanates such as for example Al2O3. TiO2;
phosphates such as for example AlOEOs, 2CaO. P205, 3CaO. P205, 4CaO. P205, (Zr02) x (Th02) ix. P205, 2Zr02. P205, 2MgO. P20s, 3MgO. P20S.
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On peut également citer les solutions solides d'oxydes qui sont des composés dérivés des précédents par remplacement partiel de l'élément métal ou métalloïde, tel que 2 (Mg1-xFex) O. 2Al2O3. 5SiO2), (CaO)x (MgO)1-x. 2SiO2, 2 (CaMgi-x) O. Si02, le pyroxène (MgxFel-x) O. Si02, l'olivine 2 (MgxFe1-x) O. SiO2, [Na2O]x[K2O]1-x.Al2O3. 6SiO2, la magnesiowüstite (MgxFel-x) 0, 2 (CaxFel-x) O. Si02, la wollastonite (CaxFel-x) O. Si02, avec 0 < x < 1
Le matériau constituant la latte de soudure peut contenir des oxydes sous forme cristallisée, des oxydes sous forme amorphe ou un mélange des deux formes. La forme amorphe est présente lorsque le matériau constituant la latte a subi une cuisson au cours de l'élaboration. Les lattes constituées par un matériau dans lequel la phase non conductrice est sous forme cristallisée sont particulièrement préférées. Mention may also be made of solid solutions of oxides which are compounds derived from the preceding by partial replacement of the metal or metalloid element, such as 2 (Mg1-xFex) O. 2Al2O3. 5SiO2), (CaO) x (MgO) 1-x. 2SiO2, 2 (CaMgi-x) O. Si02, pyroxene (MgxFel-x) O. Si02, olivine 2 (MgxFe1-x) O. SiO2, [Na2O] x [K2O] 1-x.Al2O3. 6SiO2, magnesiowüstite (MgxFel-x) 0, 2 (CaxFel-x) O. Si02, wollastonite (CaxFel-x) O. Si02, with 0 <x <1
The material constituting the weld strip may contain oxides in crystallized form, oxides in amorphous form or a mixture of the two forms. The amorphous form is present when the material constituting the slat has undergone baking during production. Slats made of a material in which the non-conductive phase is in crystallized form are particularly preferred.
Les particules conductrices sont constituées par une ou plusieurs phases métalliques constituées par un élément choisi parmi Fe, Cr, Ni, Cu, Mn, Zn, Pb, V, Ti et Sn, ou par plusieurs de ces éléments sous forme de composés intermétalliques ou d'alliages. Les phases métalliques peuvent être sous forme amorphe ou non. Les particules conductrices peuvent également être constituées par un ou plusieurs composés conducteurs tels que les carbures, les borures, les siliciures et les nitrures. On peut citer en particulier TiC, TiN, TiB2, MoSi2 ou a-FeSis. On peut utiliser des composés mixtes dans lesquels l'élément C, N ou Si est partiellement remplacé par au moins un autre élément de même nature, la présence d'une faible quantité d'oxygène étant tolérée. A titre d'exemple, on peut citer un composé TiCi--yNOy, avec Ox+yl. Ces composés, en particulier SiC, peuvent en outre être utilisés sous forme dopée. The conductive particles consist of one or more metallic phases consisting of an element chosen from Fe, Cr, Ni, Cu, Mn, Zn, Pb, V, Ti and Sn, or by several of these elements in the form of intermetallic compounds or d alloys. The metal phases can be in amorphous form or not. The conductive particles can also consist of one or more conductive compounds such as carbides, borides, silicides and nitrides. Mention may in particular be made of TiC, TiN, TiB2, MoSi2 or a-FeSis. Mixed compounds can be used in which the element C, N or Si is partially replaced by at least one other element of the same nature, the presence of a small amount of oxygen being tolerated. By way of example, there may be mentioned a TiCi - yNOy compound, with Ox + yl. These compounds, in particular SiC, can also be used in doped form.
Les particules conductrices peuvent aussi être constituées par certains oxydes qui sont conducteurs à la température d'utilisation de la latte de soudure. Ainsi, des oxydes tels que les alumines ss, les zircones dopées (à moins de 20% en mole par CaO, Y203, MgO ou Ce02) sont conducteurs par transport ionique au-dessus d'une certaine température. The conductive particles can also consist of certain oxides which are conductive at the temperature of use of the welding strip. Thus, oxides such as ss alumina, doped zirconia (less than 20 mol% by CaO, Y203, MgO or CeO2) are conductive by ion transport above a certain temperature.
Des semi-conducteurs qui sont conducteurs par transport Semiconductors that are conductive by transport
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électronique peuvent également être utilisés, par exemple TiO, Ti203, VO, V203, Fe304. electronics can also be used, for example TiO, Ti203, VO, V203, Fe304.
Le matériau composite constituant les lattes de soudure peut être préparé par les procédés habituels d'élaboration de céramiques ou par les procédés classiques de la métallurgie des poudres. The composite material constituting the welding laths can be prepared by the usual methods for producing ceramics or by the conventional methods of powder metallurgy.
Comme produits de départ pour la phase non conductrice, on peut utiliser des matières premières minérales naturelles telles que des argiles (contenant A1203 et/ou Spi02), le calcaire ou la dolomie (CaxMgl-x) C03, le zircon ZrSiO4 ou le talc (contenant MgO). On peut également utiliser des matières synthétiques purifiées, par exemple A1203, Si02 ou MgO. On peut en outre utiliser des produits de recyclage, par exemple des ferrailles ou de la calamine qui fournissent des mélanges Fe/FeO, les laitiers ou scories métallurgiques dont la composition se trouve dans le système SiO-CaO-MgO-Al203, et contient parfois FeO et/ou MnO en concentration minoritaire. As starting materials for the non-conductive phase, natural mineral raw materials such as clays (containing A1203 and / or Spi02), limestone or dolomite (CaxMgl-x) C03, zircon ZrSiO4 or talc (may be used) containing MgO). It is also possible to use purified synthetic materials, for example A1203, SiO2 or MgO. It is also possible to use recycling products, for example scrap or calamine which provide Fe / FeO mixtures, slag or metallurgical slag whose composition is in the SiO-CaO-MgO-Al203 system, and sometimes contains FeO and / or MnO in minority concentration.
De tels matériaux peuvent être modifiés par addition d'additifs appropriés pour obtenir la ou les phases désirées, par exemple la phase cordiérite ou mullite. De manière analogue, on peut utiliser des roches volcaniques telles que les basaltes. Such materials can be modified by adding appropriate additives to obtain the desired phase or phases, for example the cordierite or mullite phase. Similarly, volcanic rocks such as basalts can be used.
Les particules conductrices peuvent être incorporées au matériau formant la latte de soudure soit sous forme de composés purs, soit sous forme de déchets industriels, par exemple des boues d'usinage ou des calamines. The conductive particles can be incorporated into the material forming the weld strip either in the form of pure compounds, or in the form of industrial waste, for example machining sludge or calamines.
Parmi les procédés conventionnels d'élaboration de la céramique, on peut citer les procédés par voie sèche (avec ou sans liants), les procédés par voie humide (qui mettent en oeuvre les produits de départ sous forme de pâte ou de suspension), et les procédés mettant en oeuvre une
*de vitrifié. recristallisation contrôlée à partir d'un liquide vitrifié. Among the conventional processes for producing ceramics, mention may be made of the dry processes (with or without binders), the wet processes (which use the starting materials in the form of paste or suspension), and the processes implementing a
* vitrified. controlled recrystallization from a vitrified liquid.
Les procédés de la métallurgie des poudres comprennent généralement des étapes de broyage humide ou à sec (éventuellement à haute énergie), de mélange, de mise en forme, de traitement-thermique de consolidation (avec ou sans déliantage). Les étapes de broyage/mélange et de traitement thermique permettent d'ajuster les propriétés du matériau The powder metallurgy processes generally include wet or dry grinding (possibly high energy), mixing, shaping, heat-consolidation treatment (with or without debinding). The grinding / mixing and heat treatment stages allow the properties of the material to be adjusted
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final. Les conditions de broyage et de mélange sont adaptées aux caractéristiques des matières premières, notamment à la granulométrie, la composition et la morphologie. final. The grinding and mixing conditions are adapted to the characteristics of the raw materials, in particular to the grain size, the composition and the morphology.
Les lattes selon l'invention, qui ont une bonne conductivité électrique, présentent également une conductivité thermique améliorée par rapport à une latte de l'art antérieur qui serait constituée uniquement par le matériau isolant constituant la matrice du matériau utilisé dans la présente invention. Cette amélioration de la conductivité thermique provoque une diminution du risque de rupture sous l'effet du choc thermique que subit le matériau lors de l'opération de soudage. Une éventuelle interaction entre le matériau constituant la latte de soudure d'une part, les pièces à souder et le métal d'apport d'autre part, se trouve ainsi réduite. The slats according to the invention, which have good electrical conductivity, also have improved thermal conductivity compared to a slat of the prior art which would consist solely of the insulating material constituting the matrix of the material used in the present invention. This improvement in thermal conductivity causes a reduction in the risk of rupture under the effect of the thermal shock which the material undergoes during the welding operation. A possible interaction between the material constituting the welding strip on the one hand, the parts to be welded and the filler metal on the other hand, is thus reduced.
Les exemples
La présente invention est décrite plus en détail ciaprès, par référence aux exemples qui sont donnés à titre d'illustration et auxquels l'invention n'est cependant pas limitée. The examples
The present invention is described in more detail below, with reference to the examples which are given by way of illustration and to which the invention is not however limited.
Exemple 1
Divers échantillons d'un matériau composite Ail203 ont été préparés, les uns à partir d'un mélange contenant 26,2 % en masse d'Al et 73,8% en masse de Cr203, les autres à partir d'un mélange de 50,5% en masse de Cr et 49,5% en masse de A1203. Example 1
Various samples of a composite material Ail203 were prepared, some from a mixture containing 26.2% by mass of Al and 73.8% by mass of Cr203, the others from a mixture of 50 , 5% by mass of Cr and 49.5% by mass of A1203.
Dans tous les cas, les constituants ont été mélangés par broyage à haute énergie sous air. Le mélange a été effectué dans un broyeur planétaire à billes Pulvérisette commercialisé par la société Fritsch et équipé de 4 jarres de 400 ml en acier S. S. 116, pendant une durée totale de 5 heures, par séquences de 1 h de broyage à une vitesse de rotation de 360 tr/min suivie d'un arrêt de 15 min. Durant le broyage, chaque jarre contenait 50 g de poudre à broyer et 15 billes d'acier (500 g) de 20 mm de diamètre. In all cases, the constituents were mixed by high energy grinding in air. The mixing was carried out in a planetary ball mill Pulverisette marketed by the company Fritsch and equipped with 4 jars of 400 ml in SS 116 steel, for a total duration of 5 hours, by sequences of 1 h of grinding at a speed of rotation of 360 rpm followed by a 15 min stop. During grinding, each jar contained 50 g of grinding powder and 15 steel balls (500 g) 20 mm in diameter.
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A l'issue des opérations de broyage/mélange, le matériau a été mis en forme, soit par pressage uniaxial, soit par frittage naturel. At the end of the grinding / mixing operations, the material was shaped, either by uniaxial pressing, or by natural sintering.
Le pressage uniaxial a été effectué à chaud dans une matrice en graphite à 14000C pendant 30 min environ. Il permet d'obtenir un produit totalement densifié qui présente une microstructure constituée d'une phase métallique de Cr sous forme de particules plus ou moins sphériques dans une matrice céramique A1203, dont la taille et la distribution peuvent être ajustées en fonction des modalités de broyage mises en oeuvre. Les matériaux obtenus se présentent sous forme de pastilles ayant une épaisseur de 5-6 mm et un diamètre d'environ 30 mm. Les échantillons ont été caractérisés par diffraction des rayons X. La conductivité thermique des échantillons a été déterminée et comparée à celle du fer pur et à celle d'une cordiérite. La figure 1 donne les courbes montrant la variation de la diffusivité
thermique D (en mm2/s) en fonction de la température T ( C) pour chacun des matériaux (courbe (a) : fer pur (99, 98%) ; courbe (b) : AIzOs-Cr ; courbe (c) : cordiérite). The uniaxial pressing was carried out hot in a graphite matrix at 14000C for approximately 30 min. It makes it possible to obtain a fully densified product which has a microstructure consisting of a metallic Cr phase in the form of more or less spherical particles in an A1203 ceramic matrix, the size and distribution of which can be adjusted according to the grinding methods. implemented. The materials obtained are in the form of pellets having a thickness of 5-6 mm and a diameter of approximately 30 mm. The samples were characterized by X-ray diffraction. The thermal conductivity of the samples was determined and compared with that of pure iron and that of cordierite. Figure 1 gives the curves showing the variation of the diffusivity
thermal D (in mm2 / s) as a function of the temperature T (C) for each of the materials (curve (a): pure iron (99, 98%); curve (b): AIzOs-Cr; curve (c): cordierite).
Le frittage naturel a consisté à mettre en forme des pastilles ayant un diamètre de 30 mm et une épaisseur de 8 mm, par pressage uniaxial à froid dans une presse mécanique avec un taux de compactage de 50%, puis à consolider les pastilles par cuisson sous vide secondaire (10-4 Torr) à des températures entre 14000C et 15000C pendant 1 heure. La densité des matériaux ainsi obtenus est plus faible que celle des matériaux densifiés à partir des poudres broyées à haute énergie. Une densité relative d'au moins 80% confère cependant au matériau une conductivité électrique. La figure 2 représente le diagramme de diffraction des rayons X (radiation Co, Kali) d'un échantillon obtenu par frittage. Les raies. marquées correspondent à Cr, les raies marquées 0 correspondent à A1203. Natural sintering consisted in forming pellets having a diameter of 30 mm and a thickness of 8 mm, by cold uniaxial pressing in a mechanical press with a compaction rate of 50%, then consolidating the pellets by baking under secondary vacuum (10-4 Torr) at temperatures between 14000C and 15000C for 1 hour. The density of the materials thus obtained is lower than that of the materials densified from high energy ground powders. A relative density of at least 80%, however, gives the material an electrical conductivity. FIG. 2 represents the X-ray diffraction diagram (Co, Kali radiation) of a sample obtained by sintering. The rays. marked correspond to Cr, the lines marked 0 correspond to A1203.
Exemple 2
Un matériau composite cordiérite-Fe (à 25% en volume de re) a été obtenu à partir de cordiérite présynthétisée et Example 2
A cordierite-Fe composite material (at 25% by volume of re) was obtained from presynthesized cordierite and
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de poudre de fer pur. Le matériau a été obtenu par broyage à haute énergie suivi d'un frittage naturel. pure iron powder. The material was obtained by high energy grinding followed by natural sintering.
Les constituants ont été mélangés par broyage à haute énergie sous air. Le mélange a été effectué dans un broyeur planétaire à billes Pulvérisette commercialisé par la société Fritsch et équipé de 4 jarres de 400 ml en acier S. S. 116. Quatre échantillons ont été préparés dans les mêmes conditions avec différentes durées de broyage (1/2 h, 1 h, 2 h et 6 h). Pour les temps de broyage supérieurs à 1 h, le cycle de broyage comprend 1 h de broyage suivie de 15 min d'arrêt. Pour une durée de broyage effectif de 2, respectivement 6 h, la durée totale de la préparation est par conséquent de 2 h 15 min, et de 7 h 30 min. The components were mixed by high energy grinding in air. The mixing was carried out in a planetary ball mill Pulverisette marketed by the company Fritsch and equipped with 4 jars of 400 ml in SS 116 steel. Four samples were prepared under the same conditions with different grinding times (1/2 h, 1 h, 2 h and 6 h). For grinding times greater than 1 h, the grinding cycle includes 1 h of grinding followed by 15 min of stopping. For an effective grinding time of 2, respectively 6 h, the total duration of the preparation is therefore 2 h 15 min, and 7 h 30 min.
Durant le broyage, chaque jarre contenait 50 g de poudre à broyer et 15 billes d'acier (500 g) de 20 mm de diamètre. During grinding, each jar contained 50 g of grinding powder and 15 steel balls (500 g) 20 mm in diameter.
A l'issue du broyage, le matériau a été mis sous forme de pastilles ayant un diamètre de 30 mm et une épaisseur de 8 mm, par pressage uniaxial à froid dans une presse mécanique avec un taux de compactage de 65%, puis consolidé par cuisson sous vide secondaire (10-4 Torr) à des températures entre 1350 C et 14000C pendant 1 heure. Après frittage, le matériau est totalement densifié et présente une microstructure constituée d'une phase métallique de fer sous forme de particules sphéroïdales dans une matrice céramique de cordiérite. Seul l'échantillon ayant subi une durée de broyage de 6 h est conducteur du courant électrique. After grinding, the material was put into the form of pellets having a diameter of 30 mm and a thickness of 8 mm, by cold uniaxial pressing in a mechanical press with a compaction rate of 65%, then consolidated by cooking under secondary vacuum (10-4 Torr) at temperatures between 1350 C and 14000C for 1 hour. After sintering, the material is completely densified and has a microstructure consisting of a metallic iron phase in the form of spheroidal particles in a ceramic cordierite matrix. Only the sample having undergone a grinding time of 6 h is conductive of the electric current.
La figure 3 représente le diagramme de diffraction des rayons X (radiation Co, Kai) de l'échantillon obtenu après 6 heures de broyage et frittage. Les raies marquées g correspondent à Fe, les raies marquées 0 correspondent à la cordiérite. FIG. 3 represents the X-ray diffraction diagram (Co, Kai radiation) of the sample obtained after 6 hours of grinding and sintering. The lines marked g correspond to Fe, the lines marked 0 correspond to cordierite.
Exemple 3
Un matériau composite mullite-Fe (à 30% en vol. de Fe) a été obtenu à partir d'un mélange de poudre de mullite industrielle et de poudre de fer pur. Le matériau a été obtenu par broyage à haute énergie suivi d'un frittage naturel. Example 3
A mullite-Fe composite material (30% by volume of Fe) was obtained from a mixture of industrial mullite powder and pure iron powder. The material was obtained by high energy grinding followed by natural sintering.
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Le broyage a été effectué dans un broyeur planétaire à billes Pulvérisette commercialisé par là société Fritsch et équipé de 4 jarres de 400 ml en acier S. S. 116 pendant une durée de broyage de 2 h, par cycles comprenant 1/2 h de broyage etl/2 h d'arrêt, soit une durée totale de 4 h. The grinding was carried out in a planetary ball mill Pulverisette marketed by the company Fritsch and equipped with 4 jars of 400 ml in SS 116 steel for a grinding duration of 2 h, in cycles comprising 1/2 h of grinding and 1/2 h of stop, for a total duration of 4 h.
Durant le broyage, chaque jarre contenait 50 de poudre à broyer et 15 billes d'acier (500 g) de 20 mm de diamètre. During grinding, each jar contained 50 grinding powder and 15 steel balls (500 g) 20 mm in diameter.
A l'issue du broyage, le matériau a été mis sous forme de pastilles ayant un diamètre de 30 mm et une épaisseur de 8 mm, par pressage uniaxial à froid dans une presse mécanique avec un taux de compactage de 65%, puis consolidé par cuisson sous vide secondaire (10-4 Torr) à des températures entre 13500C et 14000C pendant 1 heure. Après frittage, le matériau est totalement densifié et présente une microstructure constituée d'une phase métallique de fer sous forme de particules sphéroïdales dans une matrice céramique de mullite. Le matériau obtenu est magnétique et conducteur du courant électrique. After grinding, the material was put into the form of pellets having a diameter of 30 mm and a thickness of 8 mm, by cold uniaxial pressing in a mechanical press with a compaction rate of 65%, then consolidated by cooking under secondary vacuum (10-4 Torr) at temperatures between 13500C and 14000C for 1 hour. After sintering, the material is completely densified and has a microstructure consisting of a metallic iron phase in the form of spheroidal particles in a ceramic mullite matrix. The material obtained is magnetic and conductive of the electric current.
La figure 4 représente le diagramme de diffraction des rayons X (radiation Co, Ki)-de l'échantillon obtenu. Les raies marquées correspondent à Fe, les raies marquées 0 correspondent à la mullite. FIG. 4 represents the X-ray diffraction diagram (Co, Ki radiation) of the sample obtained. The lines marked correspond to Fe, the lines marked 0 correspond to mullite.
Exemple 4
Un matériau composite mullite-Fe (à 30% en volume de Fe) a été préparé à partir d'un mélange de poudre de mullite industrielle et de poudre de fer pur, selon le mode opératoire décrit dans l'exemple 3, mais en ajoutant de l'eau en tant que liant au mélange avant le pressage uniaxial, dans le but de faciliter le démoulage. Example 4
A mullite-Fe composite material (at 30% by volume of Fe) was prepared from a mixture of industrial mullite powder and pure iron powder, according to the procedure described in Example 3, but adding water as a binder to the mixture before uniaxial pressing, in order to facilitate demolding.
Après frittage, le matériau est totalement densifié et présente une microstructure et une conductivité électrique
analogues à celles du matériau de l'exemple 3. After sintering, the material is fully densified and has a microstructure and an electrical conductivity
similar to those of the material of Example 3.
1
Exemple 5
Des pastilles de matériau composite mullite-fer obtenues selon le mode opératoire de l'exemple 3 ont été utilisées comme latte de soudure pour le soudage de deux tôles d'acier de 8 mm d'épaisseur. 1
Example 5
Pellets of mullite-iron composite material obtained according to the procedure of Example 3 were used as a welding strip for welding two steel sheets 8 mm thick.
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Quinze pastilles ont été découpées de manière à obtenir des pastilles rectangulaires identiques', et placées- côte à côte pour former une latte d'environ 20 cm. Fifteen pellets were cut so as to obtain identical rectangular pellets, and placed side by side to form a slat of about 20 cm.
Les tôles à assembler ont été placées bord à bord, avec un espace variant entre 5 et 15 mm. La latte a été placée sous les tôles à assembler, le long de leurs bords en regard, et maintenue par les moyens appropriés. La soudure a ensuite été réalisée sur la face du montage opposée à la latte. The sheets to be assembled were placed edge to edge, with a space varying between 5 and 15 mm. The batten was placed under the sheets to be assembled, along their facing edges, and maintained by the appropriate means. The welding was then carried out on the face of the assembly opposite the slat.
L'on a constaté, lors de l'opération de soudage, une grande stabilité de l'arc électrique sur toute la longueur des pièces à assembler. De manière générale, cette caractéristique est d'autant plus utile que l'espace entre les pièces à assembler est grand. Dans le cas présent, c'est le matériau mullite + fer qui assure la conductivité entre les pièces à assembler et l'électrode. L'utilisation de ce matériau permet l'amorçage entre l'arc électrique quelle que soit la position de l'électrode par rapport aux bords des pièces à assembler, contrairement aux matériaux non conducteurs des lattes de l'art antérieur. It was found, during the welding operation, a great stability of the electric arc over the entire length of the parts to be assembled. In general, this characteristic is all the more useful as the space between the parts to be assembled is large. In this case, it is the mullite + iron material which ensures the conductivity between the parts to be assembled and the electrode. The use of this material allows the ignition between the electric arc regardless of the position of the electrode relative to the edges of the parts to be assembled, unlike the non-conductive materials of the slats of the prior art.
Les avantages des lattes de l'art antérieur sont conservés, notamment en ce qui concerne l'absence de collage des lattes à la surface du cordon de soudure et la pénétration du matériau constituant la latte dans le matériau constituant la soudure. Il est observé que la qualité du cordon de soudure obtenu après le soudage est améliorée, dans la mesure où le nombre et la taille de la porosité sont diminués. The advantages of the slats of the prior art are preserved, in particular as regards the absence of gluing of the slats on the surface of the weld bead and the penetration of the material constituting the slat into the material constituting the weld. It is observed that the quality of the weld bead obtained after welding is improved, insofar as the number and the size of the porosity are reduced.
Exemple 6
Une latte de soudure a été préparée et utilisée pour le soudage de tôles d'acier dans les mêmes conditions que dans l'exemple 5, mais en utilisant des pastilles de matériau obtenues conformément au mode opératoire décrit dans l'exemple 4 et en polissant la latte au papier abrasif avant l'utilisation, en vue d'améliorer la conductivité électrique. Example 6
A weld strip was prepared and used for welding steel sheets under the same conditions as in Example 5, but using material pellets obtained in accordance with the procedure described in Example 4 and by polishing the sandpaper latte before use, to improve electrical conductivity.
L'analyse métallographique du joint, après soudage, montre que la qualité du joint est, en termes de porosité et de pénétration, identique à celle de l'échantillon de l'exemple 5. Metallographic analysis of the joint, after welding, shows that the quality of the joint is, in terms of porosity and penetration, identical to that of the sample of Example 5.
Claims (17)
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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