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FONDANT POUR SOUDURE A L'ARC ET SON PROCEDE DE.FABRICATION.,
La présente invention est relative aux compositions utilisables dans la soudure à l'arc et, plus particulièrement, aux fondants que l'on ad- met sur l'ouvrage au cours d'une soudure à l'arc afin d'assurer un recouvre- ment protecteur sur la masse de métal fondu résultat de cette opération.
Jusqu'à ces derniers temps, on a considéré que les silicates pré- alablement formés ou fondus,tels que les silicates de manganèse décrits dans le brevet des Etats-Unis N 107540566 du 15 Avril 1930, étaient les plus satis- faisants dans ce buto Cependant, on a trouva plus récemment un fondant décrit dans le brevet des Etats-Unis n 204740787 du 28 Juin 1949, dans lequel les ingrédients du fondant, consistant essentiellement en un ou plusieurs oxydes mé- talliques et en silice en quantité à peu près égale à celle qui est nécessaire pour se combiner avec ces oxydes afin de former les silicates correspondants, sont agglomérés à l'aide d'un liant approprié, par exemple du verre soluble son- siblement anhydre,
uniformément réparti dans les particules granulaires coulant ,. librement qui constituent la matière de soudureo Comme il est dit dans le bre- vet, pour constituer la matière, on mélange les ingrédients du fondant à l'état sec et finement broyé avec une solution de verre soluble, en quantité qui est sensiblement le minimum nécessaire pour agglomérer ces ingrédients, on sèche en- suite la masse résultante pour la rendre sensiblement anhydre et finalement on réduit cette masse séchée à l'état de,particules granulaires désirées, coulant librement Il est dit dans le brevet que l'on peut ainsi sécher la masse entre 370 et 650 , jusqu'à ce qu'elle soit sensiblement anhydreo
On à découvert,conformément à la présente invention.,
qu'au lieu d'agglomérer initialement les ingrédients du fondant avec une solution de verre soluble, on peut obtenir une agglomération également efficace en mélangeant avec les ingrédients du fondant proprement dit la quantité voulue de verre soluble anhydre (en fait du silicate de sodium) et en chauffant alors le mélange à une température un peu supérieure à celle indiquée ci=dessus, mais encore bien in- férieure à celle à laquelle se produit la réaction entre les oxydes métalliques et la silice, le liant en question, qui a un point de fusion sensiblement infé- rieur, peut être amené au moins à un commencement de fusion en agglomérant ain- si les ingrédients du fondant, le tout pouvant se faire sans avoir à introduire
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d'eau à aucun moment de l'opération.
On a en outre découvert que l'on peut, en fait, produire sur pla- ce la quantité voulue de silicate de sodium ou de potassium anhydre en intro- duisant, dans le mélange des ingrédients du fondant une quantité relativement faible du carbonate ou de l'hydroxyde correspondant et en mettant dans les ingré- dients du fondant suffisamment de silice en excès pour qu'elle réagisse avec ce carbonate ou cet hydroxyde lorsque l'on chauffe le mélange à une température tel- le qu'on vient l'indiquer.
En conséquence, la description ci-dessous indique en détail certains produits et certains procédés permettant de les obtenir et qui constituent des exemples de la présente invention. Toutefois, ces produits et façons de procé- der permettant de les obtenir, ne représentent que différentes applications du principe de l'invention.
Comme dans le cas des compositions décrites dans le deuxième bre- vet précité, les ingrédients proprement dits du fondant, qui sont agglomérés pour former le fondant selon l'invention ou matière pour la soudure à l'arc, peu- vent varier beaucoup. Ainsi une composition préférée contient surtout de l'oxy- de manganèse finement broyé et de la silice, cette dernière étant en excès sur la proportion existant dans le silicate de manganèse, et une quantité relative- ment faible d'un fluorure métallique, par exemple du fluorure de calcium ou du spath-fluor, bien qu'on puisse utiliser du fluorure d'aluminium, du fluorure d'a- luminium et de sodium ou du fluorure de sodium.
En outre, il est bon d'y ajouter une petite quantité d'un agent dit de "destruction", par exemple du ferro-sili- cium, du ferro-manganèse ou du silico-manganèse ou un mélange de deux de ces a- gents ou plus.
On donne ci-dessous une formule typique comportant les ingrédients ci-dessus du fondant (y compris le liant constitué par du verre soluble anhydre) qui a donné toute satisfaction en service :
Minerai de manganèse grillé 42,6 %
Silice 42,6%
Spath-fluor 3,3 %
Silico-manganèse 4,4 %
Silicate de sodium .(anhydre) 7,1 %
On mélange les ingrédients ci-dessus à l'état sec, finament broyé, et on chauffe ensuite le mélange à une température de 1040 à 1150 , ce qui pro- voque la fusion du silicate de sodium d'une manière suffisante pour agglomérer les autres ingrédients à l'état uniformément réparti.
On broie ensuite la mas- se agglomérée ainsi obtenue à une dimension de 1680 = 124 microns, les particu- les du produit final étant sensiblement plus grandes que les ingrédients finement broyés utilisés à l'origine, ces derniers étant uniformément répartis dans les- dites particules.
Suivant un autre exemple, on mélange environ les mêmes proportions des ingrédients proprement dits du fondant avec 2 % de carbonate de sodium au lieu de silicate de sodium anhydre; la quantité de silice constituant l'un des ingrédients du fondant étant augmentée suffisamment pour qu'il y en ait un ex- cès pouvant réagir avec le carbonate de sodium pour donner le silicate de sodium.
En chauffant le mélange ainsi obtenu à une température qui peut être de plusieurs centaines de degrés inférieure à celle préalablement indiquée, le carbonate de sodium se décompose en donnant de l'anhydride carbonique libre qui s'échappe et de l'oxyde de sodium qui se combine avec la silice prévue à cet effet pour don- ner sur place du silicate de sodium à l'état de commencement de fusion, lequel sert à agglomérer les autres ingrédients qui sont à l'état uniformément répar- ti. Comme précédemment, on broie alors la masse résultante pour obtenir des par- ticules granulaires coulant librement.
Il n'est pas nécessaire que le carbonate de sodium soit entièrement décomposé, car on a obtenu des résultats satisfaisants avec un fondant dans le- quel la quantité d'anhydride carbonique retenue est inférieure à 10% de la quan- tité se trouvant dans le carbonate de sodium introduit à l'origine. Un avantage de l'utilisation de carbonate de sodium comme source de liant est que, ainsi
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qu'on l'a constaté, les particules des ingrédients proprement dits du fondant peuvent être agglomérées de façon satisfaisante à une température sensiblement plus basse que lorsqu'on utilise comme agent de liaison du silicate de sodium anhydre tel quel.
Suivant encore un autre exemple, on mélange environ les mêmes pro- portions des ingrédients proprement dits du fondant avec de l'hydroxyde de so- dium, au lieu du silicate de sodium anhydre ou du carbonate de sodium mention- nés dans les exemples précédents. Comme ci-dessus, on augmente la quantité de silice constituant l'un des ingrédients du fondant dans une mesure suffisante pour qu'il y en ait un excès susceptible de réagir avec cet hydroxyde de sodium pour donner du silicate de sodium.
Bien que la quantité d'hydroxyde de sodium, comme celle du carbonate de sodium, puisse varier, il est bon de ne pas en uti- liser plus que cela est nécessaire et l'on a constaté qu'une quantité dont la teneur en sodium correspond à celle du carbonate de sodium utilisé dans l'exem- ple précédent donne des résultats satisfisants,
Le minerai de manganèse utilisé dans les exemples précédents est un minerai naturel consistant surtout en bioxyde de manganèse avec de petites quantités d'autres composés, par exemple du silicate, de la pyrite, etc... com- me impuretéso Le grillage a pour but de réduire l'oxygène disponible, ainsi que le soufre ou ses composés, par exemple la pyrite, qui peuvent éventuellement se trouver dans ce minerai.
Au lieu de minerai de manganèse traité comme on vient de la dire, on peut utiliser une quantité équivalente d'oxyde de manganèse com- mercial, étant entendu que ce terme comprend le monoxyde ou le bioxyde, ou un mélange de ces deux oxydes. '
La silice utilisée est un sable silideux relativement pur, de-qua- lité supérieure, et, lorsque l'on utilise du minerai et qu'il contient une quan- tité sensible de silice, il faut déduire de façon correspondante cette quantité de celle de la silice que l'on ajoute ensuite.
Pour certaines applications, il peut être bon de remplacer une par- tie de l'oxyde de manganèse par de l'oxyde de fer, de l'oxyde d'aluminium (alu- mine), de l'oxyde de calcium (chaux) de l'oxyde de magnésium (magnésie), ou de l'oxyde de titane (rutile)o De même, au lieu que la plus grande partie des-in- grédients du fondant consiste en oxyde de manganèse ou autre oxyde métallique et silice, le corps principal peut consister en silicates préalablement formés (na- ' turels ou de synthèse) dans lesquels un ou plusieurs de ces oxydes sont déjà com- binés avez la silice.
Ainsi, pour former le fondant selon l'invention, on peut utiliser de l'amiante ordinaire qui consiste surtout en silicate de magnésium ou de l'a- miante bleué qui consiste surtout en ferro-silicate, ou de l'argile qui est sur- tout du silicate d'aluminium,ou de la néphélite qui est surtout un silicate d'a- luminium, de potassium et de sodium.
Ces exemples ont trait à des silicates na- turels. Comme exemples de silicates de synthèse qu'on peut utiliser, on peut mentionner les .scories acides de four Martin et le ciment Portland qui sont en réalité des mélanges de silicates, tout comme la plupart des silicates naturelso
On mélange ces silicates à l'état finement broyés avec du spath- fluor ou un autre fluorure métallique et avec du ferro-silicium, du ferro-manga- nèse ou autre agent de destruction équivalent, sensiblement dans les quantités données dans les exemples précédents et on ajoute également à ce mélange, en quan- tité indiquée plus haut, du silicate de sodium anhydre, de l'hydroxyde de sodium ou du carbonate de sodium ;
le cas de ce dernier, il doit contenir suffisam- ment de silice libre susceptible de réagir avec ce carbonate pour former le si- licate de sodium sur place lorsqu'on chauffe le mélange, comme il a été indiqué plus haut. En tout cas, la masse agglomérée résultante est broyée ou autrement réduite à la forme.de particules granulaires coulant librement et dans lesquel- les les ingrédients proprement dits du mélange restent présents tels quels, mais se trouvent répartis uniformément dans les particules.
On peut également utiliser comme base pour fondant une matière de soudure ou fondant tel que celui décrit dans le deuxième brevet précité, dans lequel les ingrédients proprement dits du fondant sont agglomérés à l'aide d'un
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liant anhydre, lorsqu'on désire effectuer un alliage avec la matière de--'- soudure ou modifier celle-ci en y ajoutant certains ingrédients métalliques sélectionnés. De même, pour constituer le fondant selon l'invention, on peut y incorporer de faibles quantités de ces ingrédients de modification ou d'al- liage lorsqu'on l'on prépare la masse agglomérée et, par suite, dans les par- ticules qui constituent le produit final.
Par exemple, pour obtenir un dépôt de soudure ayant une forte résistance à la traction, on peut incorporer dans les ingrédients proprement dits du fondant, avant de les agglomérer, 3 % de ferro- molybdène à 65% et 0,5 % de ferro-vanadium à 50%, les deux étant à l'état sec et finement broyée Dans un autre exemple de ce fondant donnant lieu à un al- liage, on peut ajouter de façon analogue 3 % de ferro-chrome à70%, 2% de fërro- manganèse à 80% et 0,5 % de carboneo Dans encore un autre exemple, dans lequel le métal de soudure déposé doit constituer un revêtement de surface seulement, l'addition au fondant de base peut consister en 22% de ferro-chrome, à 70%, 5 % de ferro-manganèse à 80 % et 3 % de carbone.
Comme on l'a dit, ces ingrédients de formation d'alliages' doivent en tout cas être finement broyés et uniformément mélangés avec les ingrédients proprement dits du fondant, y compris le liant au silicate de sodium. Il est bien entendu, en outre, que la température à laquelle on chauffe le mélange pour agglomérer le fondant et les ingrédients de formation d'alliage, ne doit pas être suffisamment élevée pour provoquer une réaction mutuelle de ces ingrédients.
En d'autre termes, les ingrédients de formation de l'alliage, tout comme ceux du fondant, doivent être amenés tels quels, à l'état uniformément réparti, dans les particules individuelles qui constituent le forme suivant laquelle on utilise la matière dans 1'opération de soudure. @
L'expression "ingrédients du fondant" utilisée ici désigne un ingré- dient de fondant consistant soit en silicate de manganèse, de calcium, de magré- sium ou d'aluminium, soit en des constituants de formation des silicates-à sa- voir l'oxyde de manganèse et la silice et les oxydes de calcium,d'aluminium, de titane ou de fer et les carbonate de calcium ou de magnésium, en combinaison avec l'oxyde de manganèse et la silice, sensiblement dans les rapports des combinaisons.
Bien que le silicate de sodium soit en général utilisé comme liant, le silicate de potassium, quoique plus coûteux, donne toute satisfaction et l'ex- pression verre soluble" est utilisée ici pour désigner ces deux silicates, qu'ils soient ajoutés tels quels ou produits sur place par réaction entre la si- lice et le carbonate ou l'hydroxyde de potassium.
Bien que la liaison des ingrédients du fondant au moyen de verre soluble -silicate de sodium ou de potassium), que ce liant soit ajouté tel quel ou formé sur place, s'effectue dans des conditions sensiblement anhydres, il est bien entendu que celà n'exclut pas l'utilisation de l'eau dans le stade préli- minaire de mélange. En fait, en particulier lorsqu'on utilise du carbonate de sodium pour former le liant, on a trouvé qu'il était avantageux en pratique de la dissoudre.dans une petite quantité d'eau avant.de l'ajouter au mélange des autres ingrédients, étant donné que cela empêche la ségrégation et la formation de poussières pendant la fabrication. En outre, en dissolvant, ainsi le carbo- nate dans l'eau, on peut obtenir une liaison appropriée avec moins de carbonate que si l'on ajoutait celui-ci à l'état sec.
La petite quantité d'eau utilisée est évidement expulsée au début du chauffage et l'agglomération des ingrédients du fondant finement broyés se produit lorsqu'on augmente la température.
Comme on l'a dit précédemment, bien que.la température finale doi- ve être supérieure à celle du commencement de fusion du liant, elle doit être maintenue en dessous du point de fusion des autres ingrédients. En d'autres ter- mes, les parties qui constituent le produit final ne fondent pas ensemble, même si on les chauffe à la température maximum à laquelle elles sont été chauffées lors de la formation de la composition.