<Desc/Clms Page number 1>
ELECTRODE POUR'LA SOUDURE A L'ARC.
La présente invention, due à Monsieur R-J MOUTON, est relative à une électrode pour le soudage à l'are comprenant une âme métallique recouver- te d'un enrobage.
Il est bien connu que, en dépit des avantages techniques et éco- nomiques que présente le soudage bout à bout de tôles non chanfreinées, cette méthode d'assemblage ne peut être envisagée, lorsque l'on fait usage d'élec- trodes de types courants, que pour des pièces d'une épaisseur maximum de 6 mmo Lorsqu'il s'agit de souder deux pièces formant un angle, les exigences de la bonne pratique constructive sont actuellement satisfaites si la soudu- re remplit complètement le joint jusqu'à l'apex de l'angle formé, ceci en dépit des grands avantages présentés par une pénétration plus profonde et dite alors "positive" qui permettrait de réduire la hauteur extérieure des cordons d'angle nécessaire en vue d'assurer à l'assemblage la résistance spé- cifiée.
Parmi les électrodes susceptibles de donner une plus forte péné- tration que celle correspondant aux produits standards, il-y a lieu de men- tionner les baguettes dont l'enrobage contient une forte teneur en matières organiques et qui sont utilisées avec un courant de soudage aussi élevé que possible; ces électrodes permettent le soudage bout à bout en deux passes opposées de deux tôles non chanfreinées jusqu'à une épaisseur de 12,5 mm.
Des résultats similaires peuvent'être obtenus avec des électrodes ayant une âme de 4 à 5 mm. de diamètre et un enrobage épais contenant un fort pourcentage de carbonate de fera
Il y a lieu cependant de noter que l'usage de toutes les électro- des connues du type "forte pénétration" est très limité et jusqu'à présent il n'a pas été possible d'utiliser aucune d'entre elles sur la même échelle industrielle que les électrodes standards.
L'objet de la présente invention est une électrode à "forte péné- tration"utilisable pour le soudage d'une catégorie étendue d'aciers et sus-
<Desc/Clms Page number 2>
ceptible d'être employée sur une grande échelle industrielle.
En particulier, pour le soudage d'aciers présentant une résistan- ce de 42 à 50 kgs/mm2, les électrodes qui sont l'objet de cette invention of- frent l'ensemble original d'avantages spécifiés ci-après a) elles permettent en soudage à plat, même quand le diamètre de l'âme est de 5 mm. ou moins et pour des écartements entre tôles de 0 à 3 mm., l'assemblage bout à bout en deux passes opposées de plats non chanfreinées d'une épaisseur de 6 à 17 mm. pour une première réalisation de l'invention, et de 5 à 14 mm. pour une seconde réalisation. b) Elles permettent le soudage de deux tôles formant un angle, par exemple un angle de 90 , la bisectrice de cet angle étant verticale ou à 45 de cette dernière position, en assurant une pénétration positive pouvant atteindre 6 mm.
c) Elles permettent, pour des diamètres de l'âme de 3,25 ou-4 mm., le soudage en position verticale descendante de tôles formant un angle ouvert, par exemple un angle de 90 , en assurant une pénétration positive pouvant at- teindre 3 mmo, ceci pour la première réalisation de l'invention. d) Elles sont susceptibles d'être utilisées en faisant usage d'un nombre considérable d'appareils de soudage existants, les intensités de cou- rant requises variant de 100 à 350 ampères et les tensions d'arc voulues s'é- chelonnant de 35 à 60 Volts, ces conditions étant relatives à des électrodes dont les diamètres d'âme varient de 3,25 à 5 mm. e) Elles sont d'un maniement facile et fondent à une vitesse pou- vant atteindre 40 cm. par minute.
f) Elles sont susceptibles d'être vendues à un prix suffisamment bas que pour permettre au consommateur de réaliser une économie sensible sur le prix de revient des travaux de soudage correspondants. g) Elles permettent la réalisation d'assemblages soudés dont la qualité satisfait les exigences usuelles de la plupart des organismes offi- ciels de réception.
L'électrode de soudure qui fait l'objet de cette invention pré- sente l'ensemble de caractéristiques décrites ci-après:
1) Le diamètre de l'enrobage atteint 1,7 à 2,3 fois le diamètre de l'âme en acier correspondanto
2) La composition de l'enrobage est telle qu'il accuse une per- te de poids d'environ 5 à 30 % lorsqu'il est chauffé à l'air durant une pé- riode d'une heure et à une température de 450 à 500 C.
3) Les compositions de l'enrobage et de l'âme métallique sont choisies de telle manière que le métal déposé dans des conditions de sou- dage normales accuse une composition chimique répondant aux spécifications ci-après: Les teneurs maxima en carbone, soufre, phosphore, silicium et azo- te sont respectivement de 0,08 %, 0,035 %, 0,035 %, 0,25 % et 0,015 %, tan- dis que la teneur en manganèse est comprise entre 0,40 % et 2 %.
4) L'enrobage contient de la silice, du bioxyde de titane, de l'oxyde de calcium et de magnésium dans des proportions telles que le rap- port
Si 02 + Ti 92 @
Ga 0 + MgO
<Desc/Clms Page number 3>
soit au maximum égal à 13.
De préférence, l'enrobage contient en poids 10 à 60 % de parti- cules métalliques de la "même naturel! que Pâme de l'électrode correspon- dante.
Dans le présent brevet, deux métaux seront considérés comme étant de la "même nature"s'ils ont la même composition pour au moins 80 % de leur poids.
Afin que l'enrobage des électrodes couvertes par la présente in- vention, convenablement séchées comme il est d'usage de le faire pour des électrodes normales, puisse perdre approximativement 5 à 30 % de son poids lorsqu'il est chauffé dans l'air pendant une heure à une température compri- se entre 450 à 500 C, il est nécessaire que cet enrobage contienne des ma- tières telles que des matières organiques qui se décomposent à cette tempéra- ture et dont les gaz résultants sont en proportion suffisante pour correspon- dre à la perte de poids mentionnée précédemment.
Tous les fabricants d'élec- trodes expérimentés ont connaissance de matières de ce type qui sont emplo- yées couramment dans les compositions d'enrobages et, compte tenu de la natu- re de ces matières, ils peuvent déterminer facilement les pourcentages à uti- liser .
Dans une première réalisation de l'invention, on utilisera des pourcentages de ces matériaux volatils assurant une perte de poids de l'enro- bage de 10 à 30 % dans les conditions de chauffage mentionnées antérieuremento Parmi les matières convenables, on peut faire mention de cellulose finement broyée.
La perte minimum de 10 % mentionnée est nécessaire pour s'assurer les avantages techniques suivants a) Bonnes caractéristiques d'emploi des électrodes correspondantes en position verticale descendante, ce qui nécessite un souffle d'arc suffisam- ment puissant et un laitier pas trop abondant. Il est facile de comprendre que ces conditions conduisent à donner à l'enrobage un "caractère volatil minimum". b) Un grand pouvoir de pénétration dans les conditions électriques d'emploi correspondant au poste de soudage utilisé. Habituellement ceci conduit à rechercher une tension d'arc au minimum de 40 Volts et une décharge gazeuse suffisante pour creuser un véritable sillon dans le métal en fusion.
Cette ten- sion d'arc dépend du caractère réfractaire de l'enrobage qui est suffisamment déterminé par un degré d'acidité au minimum égal à 13 et défini par le rapport
SiO2 + TiO2
CaO + MgO
En outre, pour atteindre cette tension d'arc élevée, il est égale- ment nécessaire de prévoir une décharge gazeuse suffisante, ce qui conduit de nouveau à rechercher un enrobage présentant un 'caractère volatil" relative- ment élevé.
Il est aussi possible d'assurer une seconde réalisation de l'inven- tion, consistant en une électrode de pénétration moyenne étroitement apparen- tée à la précédente, en faisant usage d'un enrobage susceptible de perdre seu- lement 5 à 10 % de son poids, lorsque soumis aux conditions de chauffage pré- citées .
Cependant ces électrodes ne conviennent pas pour le soudage en po- sition verticale descendante et donnent une pénétration moins forte que les électrodes répondant à la première réalisation.
<Desc/Clms Page number 4>
Il n'en reste pas moins que certains champs d'application inté- ressants reste ouverts aux électrodes répondant à la seconde réalisation, en particulier le soudage à plat de tôles non chanfreinées présentant une épais- seur moyenne (5 à 14 mmo)o En réalité, les électrodes correspondant à cette seconde réalisation de l'invention, présentent par rapport aux autres réa- lisations envisagées l'avantage de permettre l'exécution de cordons de sou- dure présentant un meilleur aspect et une plus grande longueur pour la même longueur d'électrodes utiliséeo
Le schéma indique, à titre d'exemple seulement, deux types d'é- lectrodes répondant à la présente inventions
La figure 1 montre, à plus grande échelle, une section transver- sale dans un premier type d'électrode selon l'invention.
La figure 2 montre, d'une manière similaire, une autre électrode ,constituant une variante"de la précédente.
La figure 1 représente une électrode enrobée comprenant une âme métallique 2 munie d'un enrobage 3. A titre d'exemple, pour obtenir cet en- robage, des poudres sèches sont mélangées conformément aux proportions ci- après indiquées en poids - 20 à 55 %, et par exemple 48 % de poudre de fer présentant avantageusement la composition chimique suivantes teneurs maxima en carbone, soufre et phosphore, respectivement de.- 0,10 %, 0,03 %, 0,03 % et teneur mi- nimum en fer de 97 %. ' @ - 14 à 20 %, et par exemple 17 % de cellulose pure, se trouvant avantageusement sous la forme de poudre finement broyée.
- 25 à 66 %, et par exemple 35 %, d'un mélange spécial contenant.- - 35 à 75 % et par exemple 55 % de bi-oxyde de tita- ne, - 10 à 45 % et par exemple 22 % de silice pure ou d'un silicate réfractaire contenant au minimum 50% de silice, - 5 à 25 % et par exemple 11 % de manganèse ajouté avantageusement sous la forme de manganèse pur ou d'un alliage à très basse teneur en carbone et en phosphore.
5 à 25 % et par exemple 12 % de bi-oxyde de manga- nèse.
Entre les limites de poids que nous venons d'indiquer pour les différents constituants du mélange, les quantités de ces constituants doi- vent être choisies de telle manière que l'on obtienne pour l'enrobage un de- gré d'acidité SiO2 + TiO2 au moins égal à 130 CaO + MgO
Les poids donnés à titre d'exemple et compris entre-les limites précitées donnent lieu au degré d'acidité voulu.
Une quantité convenable de liant (par exemple 265 à 290 cm3 par kilo de poudre sèche), est alors combinée avec le mélange de poudres sèches décrit précédemment. Le liant consistera de préférence en silicate de potas- se et/ou de soude dont la concentration et la viscosité dépendront, comme il est bien connu, du type de presse à extrusion utilisée. @
<Desc/Clms Page number 5>
La pâte ainsi fabriquée est alors extrudée avec l'âme métallique par une presse développant de préférence une pression unitaire sur la chambre contenant le matériau d'au moins 250 Kgs par cm20 Le diamètre extérieur de l'enrobage 3 appliqué sur l'âme métallique atteint 1,7 à 2,3 fois le diamè- tre de cette âme et de préférence 1,9 à 2,1 fois ce diamètreo
L'âme métallique 2 est une baguette en acier,
par exemple, en acier doux effervescent répondant à l'analyse chimique suivantes les teneurs- maxima en carbone, soufre, phosphore, silicium et azote, sont respectivement de g 0,08 %, 0,03 %, 0,03 %, 0,02 %, 0,01 %, avec une teneur minimum de 0,40% de manganèse, le reste comprenant du fer.
Après extrusion, l'électrode est convenablement séchée, de préfé- rence à une température inférieure à 75 C et de manière à réduire la teneur en eau dans l'enrobage à une valeur maximum de 0,5 % en poids.
Lorsque 265 à 290 cm3 de silicate de potasse ou de soude sont ajoutés par kilo de poudre sèche suivant composition susdite, on obtient après séchage dans les conditions précitées, une électrode dont l'enrobage contient approximativement - 18 à 49 % de poudre de fer, -12 à 18 % de cellulose, , - 8 à 44 % de bioxyde de titane, - 14 à 39 % de silicates contenant au moins 50 % de silice, - 1 à 15 % de manganèse, - 1 à 16 % de bioxyde de manganèse
Avec l'électrode dont l'enrobage est susceptible de perdre seule- ment 5 à 10 % de son poids, les épaisseurs de tôles susceptibles d'être sou- dées en deux passes opposées et sans chanfrein préalable, sont de 5 à 14 mm (au lieu de 6 à 17 mm pour les électrodes accusant une perte de poids de l'en- robage de-10 à 30 %).
Ci-après, on trouvera deux exemples de composition d'enrobage pour une telle électrode à pénétration moyenne pour le soudage à plat. Ces exemples donnent la composition de la poudre sèche à laquelle est alors ajoutée une quantité convenable de liant selon les indications données pour la réalisa- tion précédente:
EMI5.1
<tb> 1 <SEP> II
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Poudre <SEP> de <SEP> fer <SEP> 20 <SEP> 20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Cellulose <SEP> 7,5 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Rutile <SEP> 32 <SEP> 32
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Silice <SEP> 14 <SEP> 14
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Manganèse <SEP> 11 <SEP> 11
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Oxyde <SEP> de <SEP> manganèse <SEP> 7 <SEP> 7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Total.
<SEP> 91,5 <SEP> 89
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> -,Perte <SEP> de <SEP> poids <SEP> de <SEP> l'enrobage
<tb>
<tb>
<tb> correspondant <SEP> en <SEP> % <SEP> 8 <SEP> 5,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Tension <SEP> d'arc <SEP> des <SEP> électrodes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> correspondante <SEP> en <SEP> Volts <SEP> 38/40 <SEP> 35/38
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Epaisseur <SEP> maximum <SEP> des <SEP> tôles
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> susceptibles <SEP> d'être <SEP> soudées
<tb>
<tb>
<tb> bout <SEP> à <SEP> bout <SEP> sans <SEP> chanfrein
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> et <SEP> en <SEP> deux <SEP> passes <SEP> opposées <SEP> 12,
5 <SEP> 9
<tb>
<Desc/Clms Page number 6>
- Longueur moyenne des cordons de sou- dure correspondant à la fusion d'une électrode 20 cm. 22,5 cm.
La figure 2 représente un second type d'électrode correspondant à l'invention et pour laquelle l'enrobage comprend une couche intérieure3' et une couche extérieure 3". La couche intérieure 3' contient plus de 35 % de matériaux volatils Dans cette couche- intérieure on trouve par exemple 75 % de cellulose finement broyéeCette couche intérieure 3' peut aussi com- prendre avantageusement la majeure partie des agents désoxydants et par exem- ple 100 % de la quantité totale de manganèse pur existant dans l'enrobage com- pleto
Ce qui précède doit être considéré comme étant seulement un expo- sé de quelques modes de réalisation particulièrement avantageux de l'inven- tion et ne constitue en aucun cas une limitation du champ d'application de l'invention tel qu'il résulte des revendications suivantes
REVENDICATIONS
1.-
Une électrode enrobée pour le soudage à l'arc comprenant une âme métallique, un enrobage entourant cette âme, cet enrobage normalement sé- ché présentant un diamètre extérieur compris entre 1,7 et 2,3 fois le diamètre de l'âme métallique précitée, la composition du dit enrobage étant telle que celui-ci subisse une perte de poids d'environ 5 à 30 % lorsque chauffé dans l'air pendant une heure à une température de 450 à 500 C, les compositions chimiques du dit enrobage et de l'âme métallique correspondante étant choisies de manière à donner au métal déposé,dans des conditions d'utilisation norma- les, une composition chimique présentant les teneurs maxima en carbone, soufre, phosphore, silicium et azote, respectivement des 0,08 %, 0,035 %, 0,035 %, 0,25 % et 0,015 %,
la teneur en manganèse étant comprise entre 0,40 % et 2 %, le dit enrobage contenant de la silice, du bioxyde de titane, de l'oxyde de calcium et de magnésium en proportions telles que le rapport Si02 + TiO2
CaO + MgO soit au moins égal à 13.
2. - Une électrode enrobée pour le soudage à l'arc comprenant une âme métallique, un enrobage entourant cette âme, cet enrobage normalement sé- ché¯présentant un diamètre extérieur compris entre 1,7 et 2,3 fois le diamè- tre de l'âme métallique précitée, le dit enrobage contenant approximativement en poids 10 à 60 % de particules métalliques de la même nature que l'âme cor- respondante, la composition du dit enrobage étant telle que celui-ci subisse une perte de poids d'environ 10 à 30 % lorsque chauffé dans l'air pendant une heure à une température de 450 à 500 C, les compositions chimiques du dit enrobage et de l'âme métallique correspondante étant choisies de manière à donner au métal déposé, dans des conditions d'utilisation normales,
une com- position chimique présentant les teneurs maxima en carbone, soufre, phosphore, silicium et azote, respectivement des 0,08 %, 0,035 %, 0,035 %, 0,25 % et 0,015 %, la teneur en manganèse étant comprise entre 0,40 % et 2 %, le dit enrobage contenant de la silice, du bi-oxyde de titane, de l'oxyde de calcium et de magnésium, en proportions telles que le rapport SiO2 + TiO2 soit au
CaO + MgO moins égal à 13.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.