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Bâton de soudure.
La présente invention concerne un bâton de sou- dure qui est destiné à fournir, lors du travail, de la ma- tière supplémentaire à la soudure et qui comprend une par- tie métallique et une partie en fondant. La partie de fon- dant peut être logée sous la forme d'une mèche à l'intérieur de la partie métallique qui forme alors une enveloppe en- tourant la partie de fondant, ou bien la partie métallique peut avoir la forme d'un noyau qui est entouré par le fon- dant à la manière d'un enrobage extérieur. Le bâton de sou- dure suivant la présente invention peut s'employer dans les soudures de tous genres où l'on utilise de la matière sup-
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plémentaire et du fondant, par exemple lors de la soudure par fusion, de la soudure à l'arc, de la soudure au gaz, de la soudure à l'arc et au gaz, etc.
Dans le cas de soudures à l'arc de différents genres le bâton peut servir en même temps d'électrode.
Il est déjà connu dans de semblables bâtons de sou- dure d'incorporer à la partie de fondant un ou plusieurs mé- taux ou alliages métalliques à l'état finement divisé, par exemple en forme de poudre, ces métaux ou ces alliages étant destinés principalement à désoxyder le métal de soudure dé- posé. Ces métaux et ces alliages consistaient dans certains cas en des éléments que l'on désire incàrporer au métal de soudure déposé, c'est-à-dire que la partie de fondant avait pour but essentiel de protéger la partie métallique lors de la fusion et de modifier au point de vue qualitatif, par al- liage, le métal de soudure déposé provenant de cette partie métallique.
Dans les bâtons de soudure comportant une partie métallique et une partie de fondant contenant un métal, le poids du métal de soudure déposé dans le joint de soudure est égal à la somme du poids de la partie métallique consommée et du poids du métal de la partie de fondant consommée, cette somme étant diminuée des pertes prenant naissance lors de la soudure par projection, combustion, etc.. aussi bien dans la partie métallique que dans le métal de la partie de fon- dant. Dans les bâtons de soudure de ce type connus jusqu'à présent, le poids du métal de soudure déposé était toujours plus petit de façon définie que celui de la partie métallique consommée pour la soudure, par le fait que les pertes dans la partie métallique n'étaient pas compensées par le métal pro- venant de la partie de fondant.
Ceci entrainait des rende- ments en métal relativement bas et par conséquent une vi- tesse de soudure faible et une mauvaise économie de la sou- dure. Un autre inconvénient consistait en ce que lors de-.la
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fusion, du métal oxydé pénétrait à l'état d'oxyde dans la sou- dure déposée, de sorte que le métal de soudure était souillé.
La présente invention a pour but d'écarter ces in- convénients et elle consiste essentiellement en ce que la te- neur de la poudre métallique existant dans la partie de fon- dant est appropriée de telle manière que le poids du métal de soudure déposé lors de la soudure, provenant non seulement de la partie métallique mais aussi du métal du fondant, est plus grand que celui de la partie métallique consommée.
Il devient ainsi possible de diminuer la quantité nécessaire de fondant en conservant les effets auxquels ces fondants sont destinés, ce qui signifie une diminution de la quantité de scories, un meilleur travail de soudure, une di- minution de l'énergie consommée par unité de poids du métal déposé ainsi qu'une élévation du débit de métal par unité de temps et par conséquent une élévation de la vitesse de soudure et du caractère économique de la soudure. On obtient en outre l'avantage que l'équilibre chimico-métallurgique poursuivi, entre le fondant et le métal, se produit plus rapidement et à un degré plus élévé, ce qui entraine une qualité meilleure du métal de soudure.
La partie de fondant peut en outre contenir de la poudre du métal de base de la partie métallique. Lors de la soudure de pièces en fer ou en acier, auquel cas la partie mé- tallique consiste au moins pour la partie essentielle en du fer, la partie de fondant peut donc contenir de la poudre de fer, dans le cas de la soudure de pièces d'aluminium de la poudre d'aluminium, pour la soudure de pièces de cuivre, de la poudre de cuivre, etc.
La présente invention sera décrite dans la suite principalement dans le cas dtune électrode enrobée pour sou- dures à l'arc électrique de différents genres, mais il est à remarquer que, comme on l'a mentionné précédemment, la pré- sente invention peut être employée d'une manière générale pour
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des bâtons de soudure consistant en une partie métallique et en une partie de fondant contenant un métal, indépendamment du mode de soudure pour le quel ces bâtons sont employés.
Dans une semblable électrode enrobée, le noyau con- siste en un fil métallique laminé, étiré, aggloméré ou coulé et l'enrobage en un fondant approprié qui est mélangé inti- mement à de la poudre du métal de base du fil métallique et/ou d'un ou de plusieurs autres métaux pour la désoxydation de la matière à souder et/ou l'alliage avec celle-ci.
Le fil de noyau a pour but de donner à l'électrode la solidité néces- saire et la conductibilité électrique indispensable et de four- nir en même temps une partie, habituellement la partie la plus essentielle, du métal de soudure déposé, tandis que l'enrobage a pour but de protéger le fil de noyau, lors de la fusion, de l'influence de l'air ambiant, c'est-à-dire de l'absorption de l'oxygène ou de l'oxydation par l'oxygène de l'air et/ou de l'absorption d'azote ou de la nitration par l'azote de l'air, et de fournir une quantité telle de la matière de soudure dé- posée que le poids de cette matière est plus grand que celui du fil de noyau fondu alors.
Lors de la soudure, des grains métalliques se trouvant dans l'enrobage sont oxydés par l'oxy- gène de l'air ambiant ou par des gaz éventuellement développés par le fondant, de sorte que l'oxygène ou les gaz sont main- tenus écartés du fil de noyau qui fond sans perte par oxyda- tion ou tout-au-moins avec une perte beaucoup diminuée et donne une soudure d'une plus grande pureté. La pureté de la matière de soudure déposée dépend également du fait que les grains métalliques de l'enrobage, qui sont oxydés, sont très facile- ment dissous par des constituants de l'enrobage formant la scorie, qui depuis le début entourent intimement ces grains métalliques, c'est-à-dire que les oxydes métalliques sont re- tenus dans la scorie et sont ainsi empêchés de pénétrer dans la matière de soudure déposée et de la souiller.
Ces avantages @
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sont une conséquence immédiate du fait que, suivant la pré- sente invention, le poids de la matière de soudure déposée vaut au-delà de 100 % du poids du fil de noyau fondu en même temps ou consdmmé, Ces avantages ne sont pas obtenus ou ne le sont tout-au-moins que dans une mesure insuffisante dans les électrodes enrobées usuelles dans lesquelles l'enrobage a uni- quement pour but de protéger le métal du fil de noyau pendant la fusion et éventuellement d'en faire un alliage, et dans lesquelles le poids de la matière de soudure déposée vaut ha- bituellement seulement environ 80 %, exceptionnellement jus- qu'à 95 % du poids du fil de noyau consommé.
Le rapport entre le poids de métal déposé et celui de la partie métallique consommée est habituellement appelé le rendement. Pour une électrode de soudure d'un certain type et de certaines dimensions, pour la soudure de fer et d'acier, le rendement peut être fixé comme suit: un certain nombre des électrodes à examiner, par exemple dix pièces, sont déposées par soudure sur un fer plat tandis qu'un net- toyage précis des scories et des projections est effectué âpre) chaque cotdon posé. La plaque est pesée avant et après le dé- pôt, et l'augmentation de poids (a gr.) est alors le poids du métal de soudure déposé. Le poids du noyau des électrodes fondues (C gr.) est obtenu par le mesurage du diamètre et la longueur du noyau avant la soudure. Pour la matière de noyau d'électrodes en fer ou en acier, le poids spécifique peut ê- tre posé 7,85.
Les dix bouts d'électrodes sont nettoyés con- venablement de l'enrobage et pesés. Si le poids des bouts est c gr., le rendement en pourcents est
E = a . 100.
C - c
Dans les cas où la matière de soudure déposée doit contenir un ou plusieurs métaux d'alliage et où l'on désire employer un fil de noyau de la même composition analytique ou approximativement de la même composition analytique que
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celle de la matière de soudure déposée, on doit veiller à ce que l'enrobage contienne, outre une quantité suffisante du mé- tal de base du fil de noyau, une quantité convenable de ce mé- tal d'alliage ou de ces métaux d'alliage pour compenser la di- lution du métal de soudure déposé qui est provoquée par la partie de la teneur de l'enrobage en métal de base du noyau qui pénètre dans la matière de soudure déposée.
La présente invention trouve son application la plus importante dans la soudure électrique à l'arc de pièces en fer ou en acier ou en alliages de fer et d'acier, auquel cas la poudre métallique dans l'enrobage doit donc consister en du fer ou en de l'acier et éventuellement en un ferro-alliage ou des ferro-alliages comme le ferro-manganèse, le silicium-manganèse le ferro-silicium. Somme matière de cette pdudre de fer on emploie avantageusement du fer qui a été préparé par réduction directe de minerai de fer et qui est obtenu sous la forme de briquettes de fer spongieux qui sont broyés avant l'emploi, ou directement sous la forme de poudre. Ce fer a une pureté telle qu'il ne faut aucune purification ultérieure pour éliminer par exemple le carbone.
Dans la soudure de semblables pièces en fer et en acier ou en alliages de fer et d'acier, le fondant peut être d'un type usuel, par exemple du type au silicate, auquel cas une partie importante du fondant consiste en du quartz ou en du silicate, ou bien du type combustible, auquel cas le fon- dant contient des matières combustibles qui développent un gaz de protection,? Un avantage particulier est produit toutefois par la présente invention dans le cas où le fondant de l'en- robage contient du calcaire ou du spath-flyor, c'est-à-dire que l'enrobage consiste en du calcaire, du spath-fluor, de la poudre de fer et éventuellement de la poudre d'un ou de plu- sieurs ferro-alliages et contient comme liant habituellement du verre soluble au potassium ou au sodium ou un mélange de
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ces deux corps.
L'enrobage peut également contenir de plus pe tites quantités d'autres minéraux qui ont une action régu- latrice sur les propriétés de soudure, comme par exemple le kaolin et les silicates, le minerai de fer et le manganèse, le bioxyde de titane, etc.. Le calcaire peut être remplacé totalement ou partiellement par de la dolomite ou de la magné- tite, ou en général des carbonates des métaux alcalino-terreux y compris le magnésium.
Les électrodes de ce genre ont des propriétés de soudure extrêmement favorables par le fait qu'elles procurent un arc tranquille, stable et une fusion uniforme de l'enrobage Ces effets n'ont pas été obtenus jusqu'à présent avec des électrodes comportant un enrobage fait essentiellement de cal- caire et de spath-fluor,par le fait que l'enrobage ne fondait pas complètement en même temps que le fil de noyau mais qu'il restait, d'un coté de l'électrode, de l'enrobage non fondu qui formait une partie s'avançant au-delà du fil de noyau, laquel- le agissait pour empécher l'avancement de l'électrode et pro- voquait un arc agité et mal dirigé ainsi que de grandes pertes de matière par combustion.
En particulier lors de la soudure verticale et de la soudure par-dessus la tête, les bonnes propriétés des électrodes suivant la présente invention ap- paraissent et oh a observé que suivant la présente invention une semblable soudure peut se faire avec des électrodes de plus grandes dimensions que ce n'était possible jusqu'à pré- sent. Une vitesse de soudure augmentée devient entre autres possible de ce fait.
Un autre avantage des électrodes du type mentionné consiste en ce que la fabrication est notablement facilitée.
Pour les électrodes connues jusqu'à présent, comportant un enrobage du type calcaire-spath-fluor et du verre soluble comme liant, des difficultés se produisaient lors de la fabri- cation par le fait que ces matières réagissaient chimiquement
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l'une sur l'autre, ce qui se voyait au fait que l'enrobage devenait non-uniforme.
Ces difficultés se présentaient dans la fabrication des électrodes suivant le procédé par immer- sion mais avant tout dans leur fabrication suivant le procédé de pressage, vu qu'à cause des réactions chimiques, la masse d'enrobage avait une tendance à durcir dans le cylindre de presse. par le fait que la masse d'enrobage contient de la poudre de fer et éventuellement de la poudre d'un ou de plu- sieurs métaux d'alliage dans la masse, comme c'est nécessaire suivant la présente invention, ces difficultés sont éliminées dans le procédé de pressage et il devient possible de fabri- quer des électrodes avec un enrobage concentrique d'épaisseur uniforme.
Comme exemple d'une composition d'un enrobage du type mentionné ci-dessus on peut mentionner la composition suivante, dans laquelle les matières contenues sont indiquées en pourcents en poids comme oxydes, indépendamment de la for- me sous laquelle les différents éléments se présentent.
EMI8.1
<tb>
Oxyde <SEP> alcalinoterreux <SEP> + <SEP> Mg0 <SEP> 10-55 <SEP> % <SEP> de <SEP> préférence <SEP> 20-45 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fe0 <SEP> 20-80 <SEP> % <SEP> " <SEP> 20-60 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Al2O3 <SEP> 0-10 <SEP> % <SEP> " <SEP> 0-5 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 5-25 <SEP> % <SEP> " <SEP> 5-15 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 5-30 <SEP> % <SEP> " <SEP> 15-20 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C02 <SEP> 5-30 <SEP> % <SEP> " <SEP> 5-20 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Na2O <SEP> + <SEP> K2O <SEP> 2-6 <SEP> % <SEP>
<tb>
La composition analytique indiquée ci-dessus de l'enrobage peut par exemple être obtenue par les matières suivantes, avec les pourcentages en poids indiqués:
EMI8.2
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> Calcaire. <SEP> 42,5 <SEP> % <SEP> 37,5 <SEP> % <SEP> 32,5 <SEP> % <SEP> 30,0 <SEP> % <SEP> 20,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Spath-fluor <SEP> 25,0 <SEP> % <SEP> 22,5 <SEP> % <SEP> 17,5 <SEP> % <SEP> 15,0 <SEP> % <SEP> 20,0 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Poudre <SEP> de <SEP> fer <SEP> 16,0 <SEP> % <SEP> 25,0 <SEP> % <SEP> 35,0 <SEP> % <SEP> 40,0 <SEP> '% <SEP> 45,0 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicium <SEP> 9,0 <SEP> % <SEP> 7,5 <SEP> % <SEP> 7,5 <SEP> % <SEP> 7,5 <SEP> % <SEP> 10,0 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Kaolin <SEP> 7,5 <SEP> % <SEP> 7,5 <SEP> % <SEP> 7,5 <SEP> 7,5 <SEP> % <SEP> 5,
0
<tb>
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On ajoute en outre comme liant du verre soluble au sodium et/ou au potassium en quantités appropriées. Le poids du verre soluble à l'état sec vaut environ 5 à 20 % du poids des autres matières de l'enrobage.
Des électrodes ayant une composition de l'enrobage comme indiqué ci-dessus et comportant un fil de noyau en fer ou en acier ou en des alliages de fer ou d'acier avec une te- neur suffisamment élevée en manganèse, donnent les chiffres suivants au point de vue du rendement, c'est-à-dire du poids de la matière de soudure déposée en pourcents du poids du fil de noyau:
1. 2. 5. 4.5.
100-104 % 103-107 % 106-110 % 109-113 % 112-116 %
Comme exemple des propriétés mécaniques d'une ma- tière de soudure obtenue avec des électrodes suivant la pré- sente invention,, on peut mentionner ce qui suit:
Echantillons pleinement soudés:
EMI9.1
<tb> Limite <SEP> d'étirage <SEP> 42,7 <SEP> kg/mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> 49,6 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Allongement <SEP> (5 <SEP> x <SEP> diamètre) <SEP> 31,8 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Contraction <SEP> 73,0 <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ténacité <SEP> à <SEP> l'entaillage <SEP> (Charpy) <SEP> 13-16 <SEP> mkg/mm2
<tb>
R e v e n d i c a tiens.
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