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" Electrode en acier avec enveloppe, pour la soudure à l'arc électrique."
Lorsqu'on effectue des soudures à l'arc électrique au moyen d'électrodes en fil d'acier non enveloppé, l'acier fcn-' du absorbe de l'oxygène et de l'azote de l'air, ce qui le rend cassant à froid et au rouge. On a cherché, en enveloppant les électrodes, à empêcher l'action nuisible de l'air, sans s'approcher suffisamment du but visé.
On s'est rendu compte que les enveloppes usuelles trans- mettent des éléments nuisibles à l'acier, l'oxygène d'oxydes facilement réductibles de l'enveloppe, tels que l'oxyde de fer, passant par exemple du laitier liquide dans l'acier fon- du et y brûlant du carbone et d'autres éléments de l'acier,
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parfois aussi du fer -ce qui réduit la solidité et rend l'a- cier cassant au rouge en provoquant aussi une importante for- mation de pores dans la soudure. L'acide carbonique peut éga- leme,nt avoir une action analogue. Quant à l'absorption de 'l'azote de l'air, absorption qui est la cause principale ren- dant les soudures cassantes, elle n'est empêchée que de fa- , çon insuffisante, ou pas du tout, par les enveloppes connues.
Conformément à la présente invention, l'on utilise une enveloppe qui, lorsqu'elle est en fusion, forme un laitier parfaitement neutre vsi-àvis de l'acier, ce qui a pour effet d'empêcher les actions nuisibles mentionnées ci-dessus. Cette enveloppe ne doit donc contenir aucune matière susceptible de transmettre à l'acier de l'oxygène ou d'autres impuretés, comme cela serait le cas pour des oxydes facilement réducti - bles, même si l'enveloppe contient des constituants pouvant céder de l'acide carbonique.
Le laitier ne doit pas seulement empêcher la transmis- sion d'oxygène, mais doit aussi être capable d'éliminer de la pièce de soudure l'oxygène qui est déjà fixé, c'est-à-dire d'exercer une action que l'on peut considérer comme une sor- te de décapage.Il faut que le laitier soit capable de dissou- dre les couches d'oxyde qui, par suite d'un nettoyage impar- fait des arêtes de la pièce adhèrent encore à ces arêtes, ou bien qui se reforment au voisinage de l'arc à cause de l'é- chauffement produit, ainsi que par le dépôt de particules projetées ou volatilisées.
Ceci facilite et accélère notable- ment la réunion de l'acier fondu de l'électrode avec les arê- tes chauffées de la pièce, de sorte que l'on obtient ainsi un assemblage métallique parfaitement pur et un bon écoule- ment suivant une transition graduelle de la pièce au joint de soudure..
Pour améliorer ces conditions, il est avantageux que
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le laitier en fusion. sot suffisarrnent fluide et capable de bien mouiller l' é.cier" . -I.,s'éta.le alors uniformément ' ' sur le bain de fusion sans s'accumuler par endroits et il sépare la pièce de l'air, assure une surface de soudure lisse et. faci- lite la réunion de la soudure fondue avec la pièce sous la couche protectrice de laitier qui mouille bien les deux parties. On obtient en conséquence des transitions "douces" entre le joint de soudure et la pièce, comme représenté, par exemple, aux fig.l et 2, du dessin ci-joint, alors, que des laitiers qui mouillent mal produisent des transitions présentant des effets d'encoches par exemple représenté aux fig.3 et 4, ce qui réduit en particoulier la résistance permanente.
Il est avantageux que le refroidissement'de l'acier incandescent s'effectue lentement. Toutefois on risque alors qu'il se produise, après coup, une absorption des matières tenues à l'écart pendant la soudure. C'est pourquoi il faut, encore assurer une protection suffisante pendant cette phase de l'opération. On peut, grâce à un choix approprié des matières de l'enveloppe, faire en sorte qu'il se forme entre l'acier et la couche de laitier, au cours de la solidification, une couche de gaz qui en partie sortent en montant, de 1 acier et en partie se forment dans le laitier lui-même et sont retenus par la surface du laitier, surface qui se solidifie la première à l'air. Ces gaz forment une couch e isolante pour l'acier incandescent et ralentissent le refroidissement de ce dernier, encore plus que ne le ferait la oouche
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de laitier à elle e seul..
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On s'est rendu compte à l'aide d'essais poussés, qu'une enveloppe dont la matière de base est constituée par une pâ- te de silicate de magnésium aussi pur que possible et de ver- re liquide, en combinaison avec des matières riches en car- bqne ou mélangées avec du carbone et désoxydées, telles par exemple, que le ferro-manganèse et la silice, permet d'obte- nir un laitier remplissant les conditions visées. Lorsque cette enveloppe fcnd, l'oxygène arrivant de l'extérieur ou aosorbé par la base forme, avec les éléments désoxydants et la masse de la matière de l'enveloppe, des silicates de fer ou de manganèse ou autres composés analogues qui donnent au laitier la propriété de fendre déjà à une température assez basse, d'être très fluide et de bien mouiller le fer.
Il faut encore que la quantité d'additions soit assez grande pour as- surer la formation de degrés d'oxydation peu élevés et d'em- pêcher des degrés d'oxydation élevés, en particulier la for- mation d'oxyde de fer, de façon que le laitier ne contienne . que du sous-oxyde.
Lorsque l'épaisseur de l'enveloppe suffit pour former la quantité nécessaire de laitier, ce dernier s'étale unifor- mément sur tout le bain de fusion, -grâce à ses propriétés mentionnées ci-dessus- sans s'accumuler par endroits, sépare bien ce bain de l'air et empêche toute absorption d'oxygène et d'azote de l'air par le bain de fusion. L'oxygène venant de l'extérieur est absorbé par les éléments désoxydants. Il ne se produit toutefois que des canposés non susceptibles de céder de l'oxygène à la soudure. La quantité d'éléments déso- xydants est réglée de façon qu'il y en ait encore un excès dans le laitier qui, en conséquenoe, exerce sur la base l'ac- tion de décapage mentionnée plus haut, en raison de ce qu'il est capable de réduire. l'oxyde de fer en formant du sous-oxyde.
Or le sous-oxyde de fer xxx formé est dissous par le laitier avec production de silicate.
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On 'réussit ainsi par ce moyen, à obtenir les proprié- tés physiques avantageuses du laitier sans ajouter de sili- cates d'oxyde de fer, came c'est le cas pour les, enveloppe. utilisées jusqu'ici. comme les éléments désocydants contiennent du carbone, (cas du ferro-manganèse par exemple) ou comme on leur ajoute du carbone, on obtient ce résultat qu'il se forme une couche de gaz, lors de la solidification entre l'acier et la couche de laitier, parce que le sous-oxyde de fer produit pendant l'opération réagit sur le carbone en presse, en formant de l'oxyde de carbone. Ces gaz constituent ue excellente couch isolante pour l'acier incandescent.
On peut encore incorporer en outre à la matière de l'en- veloppe des éléments qui augmentent, par alliage, la qualité de l'acier fondu. On s'est rendu compte aussi que l'action des additions est particulièrement favorable lorsque leur con centration diminue de l'intérieur vers l'extérieur. pour ob - tenir ce résultat, l'on peut superposer plusieurs couches enveloppantes dont les couches intérieures contiennent principalement les matières d'addition.
On réussit ainsi, non seulement à écarter l'oxygène de la soudure, mais encore à réduire sensiblement l'absorption d'azote par l'acier fonde. On peut conclure d'une série d'observations que l'absorption de l'azote par l'acier est favorisée par la présence simultanée d'oxygène dans l'avéré de l'arc et qu'elle est pratiquement supprimée par la diminution ou la suppression complète de l'oxygène.'; On s'est rendu compte en outre'qu'il est avantageux que l'ékectride possède un noyau en acier fonde au four SiemensMartincide à partir de fonte très pure. Le noyau peut avoir avantageusement une section carrée ou elliptique, comme représenté aux fig. 5 à 7.
En ce qui concerne les électrodes en acier à enveloppe -5-
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du type décrit, il est parfois utile de réduire la quantité d'éléments contenus dans l'enveloppe et ayant une action déso- xydante, pour éviter un/alliaqe trop prononcé de l'acier de fusion homogène avec les dits éléments. Les éléments ayant une action dësoxydante absorbent l'oxygène de l'air pendant la fusion, réduisent éventuellement aussi les oxydes de la base et jouent ainsi le rôle d'agents de protection empêchant l'oxygène de passer dans la matière en fusion. Comme la réac- tion entre le bain de fusion liquide et l'oxygène de l'atmos- phère est relativement lente, l'on ne peut pas empêcher com- plètement la présence d'oxygène au voisinage des parties chauffées, dès que les additions désoxydantes ne sont qu'en faibles quantités.
Même si l'on en utilise une quantité telle que les agents de réduction puissent encore absorber suffi- samment l'oxygène qui a passé dans l'acier liquide, ils ne sont cependant plus capables d'empêcher l'action de l'azote qui a passé dans l'acier.
Pour empêcher complètement l'accès de l'oxygène en pareil cas et pouvoir aussi empêcher de façon pratiquement complète l'absorption de l'azote, il convient donc d'utiliser d'autres moyens ou agents pour fixer l'oxygène. On a constaté que l'on peut atteindre le but visé en appliquant un revêtement de ma- tières combustibles sur laace de l'enveloppe de 1'électrode.
Des matières de ce genre convenant bien sont celles qui for- ment, pendant le chauffage, par volatilisation ou décomposi- tion, des vapeurs et des gaz combustibles ayant la propriété d'entraîner rapidement l'oxygène de l'air. Des essais ont per- mis de constater qu'il ne faut pas incorporer les éléments combustibles à l'intérieur de la masse de l'enveloppe, parce qu'ils peuvent eux-mêmes donner naissance à une production trop forte de pores dans la soudure. Il est avantageux, au contraire, d'appliquer les éléments combustibles, en quantité
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relativement pefg,", é,.la couche extérieure de l'snvelop- pe.
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On obtient une. répartition uniforme sur l'enveloppe de l'électrode en utilisant des matières combustibles cons- tituées par des liquides ou matières dissoutes dans des li- quides. On peut aussi partir d'une suspension de corps com- bustibles dans des liquides. On a constaté, par exemple, qu'il est particulièrement avantageux d'utiliser, comme ma- tière de revêtement, des vernis dans lesquels on peut dé- layer éventuellement de la suie ou du noir de fumée. On ap- plique cette matière sur l'enveloppe par immersion ou enduit.
En choississant convenablement la consistance on obtient une couche plus ou moins mince qui adhère à la surface. On peut régler la profondeur de pénétration, en faisant'intention- nellement la matière de l'enveloppe de façon qu'elle soit légèrement poreuse. Le liquide pénètre alors dans les pores, de sorte que l'on obtient une certaine action en profondeur.
On utilise avantageusement, pour ces électrodes, 'un noyau en acier obtenu au four Siemens-Martin acide à partir, de fon- te très pure. Cet acier est exempt d'impuretés qui, lorsqu'on opère par d'autres procédés de fabrication, pénètrent dans l'acier et ne peuvent plus en être éliminées. Ces impuretés exercent une action nuisible sur la qualité du bain de fusion, bien que n'étant en quantité tellement faible qu'elles ne peuvent plus être décelées par l'analyse usuelle. '
L'essai au choc sur éprouvette entaillée est un essai particulièrement précis de la bonne structure de l'acier.
Pour la masse de base de l' enveloppe, on utilise avan- tageusement une pâte de silicate de magnésium aussi pur que possible et de verre liquide, pâte à laquelle on a jouté de la silice. L'acier doux homogène, de bonne qualité, possède lorsqu'il est laminé, une résistance à l'entaillement de 15 à 30 Kgm/Cm2. Une soudure à l'arc électrique faite avec des électrodes ne comportant pas d'enveloppe en acier doux au carbone ne donne dans le joint de soudre, qu'une résistance
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d'environ I kgm/cm2 à l'essai sur éprouvette entaillée.
Les électrodes à enveloppe connues donnent en grande partie des soudures presque aussi cassantes que le fil nu ; quelques unes seulement donnent une tenacité d'environ 5 à 10 kgn/cm2, les soudures étant relativement ou très poreuses et par con- séquent de qualité inférieure.
Les électrodes conforment à la présente invention don- nent des soudures présentant une résistance à l'entaillement d'environ 20 kgm/cm2; en outre, lorsqu'elles sont convenable- ment faites, elles ne présentent pas de pores et la résistan- ce à la traction peut, par des éléments d'alliage appropriés, être rendue égale à celle de la matière de base. L'allonge- ment est tellement grand et uniforme que l'on obtient régu- lièrement l'angle de courbure de 180 , même avec les matières de base ayant les plus grandes épaisseurs que l'on rencontre en pratique.
On réalise donc un progrès considérable par rap- port aux électrodes connues pour la soudure à l'arc électrique car il est essentiel dans bien des cas, pour la sécurité des pièces de construction qui travaillent beaucoup, que les joints de soudure soient autant que possible équivalents à la.matière de base en ce qui concerne non seulement la soli- dité, mais encore la tenacité et l'allongement.
On a xxxx observé qu'il se dégage des électrodes du ty- pe décrit ci-dessus, en particulier lorsque la composition du vernis est convenablement choisie, une grande quantité de gaz qui empêchent l'accès des éléments de l'air.