<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS A LA SOUDURE A L'ARC.
La présente invention- se rapporte, d'une manière générale, aux procédés de soudure à l'arc dans lesquels un flux ou fondant est déposé sur la zone de soudure, au cours d'une opération de soudage à l'arc, de manière à former un bourrelet protecteur au-dessus de la veine de métal fondu qui résulte de cette opération.
Plus particulièrement, l'invention vise une composition de flux ou matière destinée à être utilisée dans la soudure dite "en flux profond" c'est-à-dire dans un procédé de soudage à l'arc dans lequel on entretient un arc électrique entre une électrode métallique et la ou les pièces à souder, 1-lare et le métal de soudure déposé étant protégés contre l'action de l'atmosphère par une couche de matière pulvérulente ou granulée déposée le long du joint, ladite couche ayant une épaisseur suffisante pour maintenir l'arc submergé lors de son déplacement le long de la ligne de soudage ou joint en ccurs de formation.
L'invention vise encore un procédé nouveau et extrêmement effi- cace de fabrication de telles compositions de flux.
L'utilisation d'une épaisse couche de flux dans la soudure à Parc est connue et pratiquée depuis de nombreuses années. Cependant, en dépit de certains avantages indubitables de ce procédé, on a éprouvé, jusquà présent, de grandes difficultés pour obtenir une composition de flux susceptible de donner satisfaction dans ce procédé, dans toutes les conditionso. Ces difficultés sont parfaitement mises en 'évidence par la quantité considérable d'articles et ouvrages techniques publiés au cours de ces dix dernières années sur ces compositions.
En fait, il y a de bonnes raisons de croire que le problème ne réside pas tant dans la détermination de la composition chimique du flux, étant donné qu'on a mis au point un nombre considérable de telles compositions susceptibles de remplir les conditions fondamentales, à savoir -,protéger de l'action de l'air le métal de soudure en fusion et ne pas polluer le métal par l'intro- duction d'éléments indésirables.
Toutefois, lorsque le flux est destiné à
<Desc/Clms Page number 2>
être utilisé sous la forme d'une couche déposée le long de la ligne de sou- dage, couche sous laquelle l'arc doit être submergé, la recherche de la composition du flux doit tenir compte d'autres facteurs importants de na- ture plus ou moins physiqueo C'est ainsi que si, comme il est d'usage dans la pratique, le flux est déposé au moyen d'une trémie ou analogue, ledit flux doit être une poudre très meuble s'écoulant facilement de manière à ne pas obstruer l'orifice du dispositif d'alimentation tout en formant une sorte d'andain ou "bourrelet" de la profondeur désirée, sans être nécessai- rement limité latéralemento Le fait que la poudre soit très meuble est également important pour assurer qu'à mesure que l'électrode de soudure fend,
dans son déplacement, la couche ou bourrelet de flux déposé, le sillon qu'el- le laisse derrière elle se referme rapidement au lieu de rester béant, ce qui se produirait si le bourrelet de flux était de forme telle qu'il présen- te une forte pente naturelle de repos.
Jusqu'à présent, les rendements les plus satisfaisants dans la soudure à l'arc submergé ou en flux profond ont été obtenus par l'utilisa- tion de flux granulés pré-fusionnés généralement constitués par des sili- cates métalliques choisis dans le groupe comprenant les silicates de man- ganèse, de calcium, de magnésium et d'aluminium, ces silicates préalablement fusionnés étant broyés de telle manière qu'on obtienne une finesse de parti- cules telle que la poudre soit suffisamment meuble pour présenter le pouvoir d'écoulement nécessaire.
Un autre avantage de ces compositions de flux préa- lablement fusionnées réside en ce que les éléments composants, y compris certains ingrédients qui sont, de préférence,ajoutés à la composition en faible proportion, tels qu'un fluorure métallique, se répartissent uniformé- ment du fait que, de cette manière, les particules de différentes composi- tions neprésentent plus de tendance à la ségrégation lorsque le flux est dé- posé de la manière décrite.
On a également préparé des flux granulés sans procéder à la fusion préalable de leurs ingrédients en mélangeant un flux pulvérulent avec un liant plastifiant, de manière à obtenir une masse plastique qu'on fractiome ensuite en petits morceaux, et ceci, par extrusion de ladite masse plastique sous la forme d'un ruban ou d'un fil qu'on découpe ensuite en petits frag- ments, ce fractionnement étant précédé ou suivi de séchage. Dans ce.procédé de préparation de flux, on a suggéré d'utiliser, comme liant plastifiant, en majeure partie, de l'argile.
Or, on a constaté qu'il était possible d'obtenir une composition de flux pulvérulente très meuble présentant un pouvoir 'écoulement extrê- mement grand et d'autres caractéristiques désirables en agglomérant la ma- tière fusible sèche à l'état finement divisé avec un liant convenable de pré- férence, avec une quantité relativement faible d'un liant non organique an- hydre tel que du silicate de sodium ou de potassium et en passant ensuite le produit obtenu au four tournant dans des conditions convenablement contrôlées.
La teneur en liant de la composition doit être voisine de la valeur minima nécessaire pour assurer la liaison des autres ingrédients. A la suite de ce traitement, le produit, tel qu'il sort du four, se présente directement sous la forme de particules à grand pouvoir d'écoulement qui, dans leur ma- jeure partie, ont déjà la finesse convenable permettant de les utiliser com- me composition de flux dans le procédé de soudage à l'arc décrit ci-dessus.
En d'autres termes, il suffit de passer le produit au tamis de manière à sé- parer les particules trop fines et celles qui sont trop grosses. Les premiè- res peuvent être traitées à nouveau comme précédemment et l'on peut aisément broyer les autres de manière à. leur donner le degré de finesse désiré.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit qui indique certains produits du type en question et certains procédés permettant d'obtenir ces produits. Toutefois, il doit ê- tre bien entendu que les produits et procédés décrits ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs des multiples applications du principe de 19invention,,
<Desc/Clms Page number 3>
On a obtenu.par exemple, une composition de flux du, type en question-extrêmement satisfaisante en mélangeant, à l'état sec et finement diviser 39% de minerai de manganèse grillé, 39% de silice, 3% de spath fluor (fluorure de calcium) et 4% de silico-manganèse (qui peut être en partie rem- placé par du ferro-manganèse),
puis en ajoutant par admixion à ce mélange 15%-d'une solution de silicate de sodium à environ 47 Beaumé, de telle ma- nière que ces ingrédients forment une boue, ou plus précisément une masse humide plus ou moins cohérente, après quoi, cette boue est introduite à l'ex- trémité supérieure d'un four tournant, convenablement incliné à travers le- quel on fait passer de l'air, ou autre gaz, chaud. La vitesse de descente des matières mélangées à travers le four est déterminée par l'angle d'incli- naison dudit four sur l'horizontale et par sa vitesse de rotation.
Les gaz chauds sont, de préférence, fournis par des brûleurs à gaz ou à mazout dis- posés à l'extrémité inférieure du four et lesdits brûleurs sont réglés de
EMI3.1
telle manière que la matière soit soumise à une température maxima de lâ0â à 14000 Fahrenheit (650 à 7600 C environ) au moment où elle atteint l'extré- mité sortie du four.
A la suite de l'opération qui vient d'être décrite, la matière sortant du four se présente sous la formé de "grains" susceptibles de s'é- couler librement, dont une fraction considérable - en fait, la majeure par- tie- présente un degré de finesse convenant à son utilisation dans le pro- cédé de soudage à l'arc décrit ci-dessus, par exemple de 12 à 120 mailles .
EMI3.2
standard américaines (A.S.T.M.).
En d'autres termes, la majeure partie de ces particules traverse le tamis standard de 12 mailles et ne traverse pas celui de 120 mailleso Les particules de finesse supérieure à la dimension minima choisie peuvent être à nouveau traitées, tandis que celles qui sont supérieures à la grosseur maxima admise peuvent être broyées; par exemple, on peut les faire passer entre des rouleaux espacés d'une distance corres- pondant sensiblement à la grosseur désirée.
Par suite du procédé de fabrication utilisé, chacune des parti- cules précitées est constituée par un mélange uniformément réparti des ingrédients finement divisés liés entre eux par le silicate de sodium sec.
Le séchage se poursuit, de préférence, jusqu'au moment où le degré d'humi- dité des particules est réduit à 1/2 % au plus.
Il est évident que le procédé de fabrication perfectionné sui- vant l'invention n'est nullement limité aux ingrédients spécifiquement in- diqués dans l'exemple précédent. C'est ainsi qu'une partie de l'oxyde de manganèse prévu dans cet exemple peut être remplacée par de l'oxyde de fer et de l'alumide.
On peut également remplacer une partie de l'oxyde de man- ganèse par du rutile ou oxyde de titaneo On trouvera ci-après un exemple d'une telle composition modifiée contenant 8,6% d'oxyde de fer (scories de laminoir), 17,7 % de bioxyde de manganèse, 8,6% d'alumine et 39,5% de si- lice avec 3% de spath fluor et 1% de ferro-silicium, 21,6% d'une solution de silicate de sodium avec le degré de concentration précédemment indiqué étant ajoutés au mélange à titre de liant.
Le tableau ci-dessous indique les ingrédients généralement pré- férés et les valeurs limites préférées des proportions utilisées pour la fabrication de la composition de flux pour soudure à l'arc suivant l'in- vention
EMI3.3
Minerai de manganèse (MnO) aaaaaaaaaaauaaa de 5 à 15% Alumine (AIZD3) oooooo<ooooooeooa eooooaoooeo de 15 à 30% Zircon (orthosilicate de zirconium)....000000 de 0 à 15% Magnésie (MgO) auaa de [5 à 25 Silice (8102) 0000000000000000000000000000000 de 15 à 5 Spath fluor .(CaF2) 0000-0000000000000000000000 de 4 à 6% Désoxydant (silico-magnanèse) 0'00000000000000 de 2,5 5 à 5% Silicate de sodium (solide à 43%)000000000009 de 10 à 18% A propos du tableau ci-dessus., il y a lieu de préciser que 1?expression "minerai de manganèse" couvre, non seulement les différentes.
<Desc/Clms Page number 4>
formes d'oxyde de manganèse qu'on trouve à l'état de minerai naturel, mais encore plusieurs formes d'oxyde de manganèse obtenues par le traitement d'au très minerais. De.même, bien que, dans le tableau en question, la'formule MnO soit utilisée pour indiquer l'élément de base.de ce minerai, on compren- dra que celui-ci peut également être constitué, dans une mesure plus ou moin grande, par d'autres oxydes de manganèse. Bien entendu, lorsque le minerai utilisé est naturel, quel que soit son degré d'affinage, il contiendra tou- jours de légères quantités de certaines impuretés telles que de la silice ou de l'alumine, soit à l'état libre, soit en combinaison.
Il y a lieu également de noter que, dans le tableau ci-dessus, le minerai de manganèse et la magnésie peuvent être considérés comme des ingrédients dits basiques et que l'on peut réduire la proportion utilisée de l'un de ces ingrédients à condition d'augmenter, dans une mesure corres- pondante, celle de l'autre. De même, l'alumine et la silice constituent des ingrédients dits acides dont la proportion totale doit neutraliser la -quantité totale d'ingrédients basiques; toutefois, comme déjà exposé, on a constaté que lorsqu'on combine les différents ingrédients de la manière dé- crite, l'alumine peut déplacer la presque totalité, voire la totalité de la silice contenue dans la composition.
On trouvera ci-après un exemple spécifique d'une composition ob- tenue en partant de la formule générale donnée ci-dessus, composition qui a donné entière satisfaction dans la soudure à l'arc industrielle.
EXEMPLE 1. -
EMI4.1
Minerai de manganèse (MhO) oooooooooocooooooo 10% Alumine (Al203) 00000000000000000000000000000 20e5% Zircon (orthosilicate de zirconium). 5% Magnésie (MgO) 000000000000000000000000000000 20% Spath fluor (CaF2) o000000oooooaooooooooaooao 5% Silice (Si02) aaaaaaa00000000000000000000000a 20% Désoxydant (silico-manganèse) 000000080000000 y.o Silicate de sodium (solide à .3) oeoeoeoeeooo 15% Total 00QOCOOooooooooooooooooooooooooooooe080 :10000%
Une légère variante de l'exemple ci-dessus a également donné toute satisfaction dans la soudure industrielle.
EXEMPLE 2. -
EMI4.2
<tb> Minerai <SEP> de <SEP> manganèse <SEP> (MnO) <SEP> coco <SEP> 12%
<tb>
EMI4.3
Alumine (A1203) oooooooaooooo o>oooooooaoo 28% Zircon (orthosilicate de zirconium)ooooooo 13% Magnésie (MgO) 000000000000000000000000000 17% Silice (SiO2) 0000000000000000000000000000 5% Spath fluor (CaF2) 00000000000000000000000 4% Désoxydant (silico-manganèse).O....O..O,.. 5% Silicate de sodium (solide à 43%) cooooooo 16% Total oooooocooooooaooooooooooooaccoooooo 100%
D'autres exemples encore de compositions qui ont subi avec suc- ces une série de tests sont les suivants :
EXEMPLE 3. -
EMI4.4
Minerai de manganèse (I1 o a o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o a o 0 0 0 -7 Alumine (A1203) 25% Zircon (orthosilicate de zirconium) 000000000 5Ç Magnésie m 197% Silice . 15% Spath fluor , 5% Si17.C0 IB.$EBâeSg . 205% Ferrosilicixm (à 50%) 0000000000000000000000 008% Silicate de sodium (57 de H0)-aaaaaaaaaaaaa l'l
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
Sc n'a'A1 l a
EMI5.2
<tb> Minerai <SEP> de <SEP> manganèse <SEP> (MnO) <SEP> 0000000000000000 <SEP> 12%
<tb>
EMI5.3
Alumine (A120J) 000000000000000000000000000 28%
EMI5.4
<tb> Zircon <SEP> (orthosilicate <SEP> de <SEP> zirconium) <SEP> .......
<SEP> 7%
<tb>
<tb> Diopside <SEP> (métasilicate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> et <SEP> de
<tb>
EMI5.5
magnésie) 000000000000000000000000 30% Spath fluor 4% Désoxydant (silico9manganèse) 0000000000000 4% Silicate de sodium (solide à 43%) 000000000 15% Total oooooooooooeooooooooo0000000000000 100%
Dans la préparation de la composition de flux suivant l'inven- tion basée sur les formules indiquées ci-dessus, tous les ingrédients, à l'exception du silicate de sodium:, sont utilisés à l'état sec et finement divisé et sont intimement mélangés, soit avant, soit'immédiatement après l'addition de la solution de silicate de sodium.
L'ensemble est ensuite séché à une température appropriée jusque au.moment où le'degré d'humidité est réduit à 1/2 % au plus, après quoi, la masse agglomérée obtenue est broyée de telle manière qu'on obtienne un degré de finesse d'environ 12 à 120 mailles standard américaines (A.S.T.M.).
La température utilisée pour la dessication peut varier en fonc- tion du facteur temps, à condition d'être maintenue sensiblement inférieure à la valeur assurant la fusion des ingrédients entre eux; en d'autres ter- mes, n ne tente pas dagglomérer le mélange et encore moins de former un silicate de métal synthétique avec les éléments composants, mais simplement de lier ensemble les fines particules constituant le mélange, de manière à obtenir un conglomérat uniforme dans lequel le silicate de sodium desséché sert de liant. Il va de soi qu'on peut utiliser tout aussi bien, comme liante du silicate de potassium.
On a constaté qu'il suffirait de porter le mélange à une tempé-
EMI5.6
rature d?environ 1400 à 1600e Fahrenheit (760 à '(3" C environ) lorsque le traitement thermique est effectuée suivant le mode de réalisation pré- féré, dans un four tournante Si 1?on¯prévoit une régulation convenable de la circulation de la matière à travers le four, 1'opération de sécha- ge peut seffectuer graduellement et à une vitesse suffisamment grande pour la production industrielle,, En outreen séchant la matière dans un tel four tournant, on a constaté qu'une partie considérable de cette matière se présente sous forme de grains ayant la finesse désirée,, dès leur sortie du four:
, ce qui réduit la proportion de matière qu'il est nécessaire de broyer pour obtenir ladite finesse. Certaines des particules sont même trop fi- nes pour pouvoir être utilisées de façon satisfaisante comme composition de' soudure,mais il suffit de les séparer par tamisage et de les agglomérer en particules plus grosses en les passant une seconde fois au four.
Comme indiqué dans les exemples donnés ci-dessus, l'oxyde de man- ganèse utilisé est, en général, un minerai de manganèse, soit naturel, soit préalablement grillé ou soumis-à un traitement analogue propre à réduire sa teneur en oxygène et d'une manière plus générale, propre à conditionner ce minerai en vue de Inapplication envisagée Un tel rainerai, comme il est
EMI5.7
bien connue ast' c:
,nstitaé, dans- sa majeure partie, par du bioxyde de manga- nèse ou une petite quantité d'autres composés tels que de la silice, de la pyrite, 'etc 0 0 constituant des impuretéso
EMI5.8
Le silio9mangsnèse ou, ferro-silicium inclus dans les exemples donnés ci-dessus constitue ce qu'on appelle, dans la fabrication de leader, un désoxydant et sa proportion peut être légèrement supérieure ou inférieu- re au pourcentage indiqué. Par ailleurs, on peut utiliser d'autres alliages similaires.
On peut également incluredans la composition du flux, un ou plu- sieurs ingrédients d'alliage métalliques tels que des ferros, ces ingrédients
<Desc/Clms Page number 6>
étant finement divisés comme les autres et utilisés dans une proportion suf- fi sante pour ne pas disparaître au cours de l'opération de soudage, de maniè- re à être présents dans le métal de soudure formé par cette opération et à donner à celui-ci une teneur prescrite en substances alliées. Il est ainsi possible d'obtenir un cordon de soudure composé de métal d'une teneur en sub- stances alliées légèrement supérieure à celle du fil électrode de soudure utilisé dans l'opération de soudage.
En d'autres termes, ce fil électrode peut être en acier doux ordinaire et former, néanmoins, un dépôt de métal de soudure dont la teneur en substances alliées correspond à celle des piè- ces soudées,, Des exemples d'ingrédients d'alliage métalliques qu'on peut ainsi introduire dans le métal de soudure en les incorporant de la manière précitée dans la composition du flux sont le ferro-chrome, le ferro-molyb-
EMI6.1
dène, le ierro-vanadiun, le ferro-manganèse et le ferro-nickel, soit sépa- rément, soit en différentes combinaisons.
Bien que, dans les exemples 1, 2 et 3 ci-dessus, on ait indiqué la magnésie comme l'un des ingrédients de base, il va de soi que, dans la fabrication à l'échelle industrielle,ce qu'on utilise généralement est de la magnésie calcinée dont la teneur en magnésite (MgO) est légère- ment inférieure à 100%, ce qui peut rendre désirable une légère môdifica- tion correspondante de la proportion utilisée.
On comprendra, par ailleurs, que, dans le produit sec final, les particules agglomérées contiennent les ingrédients énumérés dans les diffé- rents exemples ci-dessus dans des proportions légèrement différentes, en rai- son de l'élimination de l'eau introduite par le liant à base de silicate de sodium.
Toutefois, le pourcentage de ces ingrédients peut être aisément déterminé par le calcul. A ce propos, il y a lieu de préciser qu'au lieu d'utiliser comme liant un silicate de potassium ou de sodium, on pourrait remplacer ces substances, soit par un silicate de sodium anhydre, soit par un.hydrate de sodium, soit par un carbonate de sodium et, dans ce dernier cas, on disposerait de suffisamment de silice libre pour assurer sa réaction avec ce carbonate, de manière à obtenir du silicate de sodium "in situ" lors du chauffage du mélange.
Pour assurer cette réaction, il peut être nécessai- re de prévoir une température légèrement plus élevée, par exemple, de 19or- dre de 18000 Fahrenheit (9800 C. environ) au lieu de la gamme de températures indiquée ci-dessus à propos du séchage du mélange dans le cas où le liant est constitué par du silicate de soude ou de potasse. Cependant, dans tous les cas, la proportion de liant présente dans le produit final doit atteindre la valeur minima nécessaire pour agglomérer les ingrédients du flux propre- ment dit, avec une distribution uniforme appropriée des particules.
Les effets de l'absence pratiquement totale d'humidité dans les particules séchées et agglomérées qui constituent le produit final ressor- tent de la formule suivante qui correspond à lapremière formule générale indiquée :
EMI6.2
Minerai de manganèse (MnO) o 0 0 0 0 0 0 0 o a o a o de 503 a 16.7% Alumine (-Al20 )oooooooooooooooooooooooooo de 1509 à 3304% Zircon (orthoilicate de zirconium) oo> de 0 à 16.7% Magnésie (MgO) oooooaooooo000oooooanooo-oo de 1509 à 2709% Silice (S'02) UVOOOO0oo000000o0ooO;ouoooo de 1509 à 27.9% Spath fluor (CaFZ)ooooo00000oooooQOOOaooo de 402 à 607% Désoxydant (silico-manganèse) 00000000000 de 20' à 5.6% Silicate de sodium-anhydre) ocooooooooooo de 403 à bzz
D'une manière analogue, le tableau ci-après indique la formule du produit final lorsqu'on utilise les ingrédients de l'exemple 1.
EMI6.3
Minerai de manganèse (MhO)oooooooooooooooo 11.0% Alumine (Al2031000000000000000000000000000 22.5% Zircon (orthosilicate de zirconium) oo 5o5% Magnésie (MgO; 22.0%
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
Spath fluor ocooooooooodocouoooco000 22.0% Silice (Si02) ooo<,o.ooo.ooooo..00.00. 5.5% Désoxydant (silico-manganese) ...... 5.0% Silicate de sodium (anhydre) 6.5% Total OOOOOOOOOOOOOOOOOQOOOOOOoooo :
100%
En conclusion, il y a lieu de souligner que le procédé de fabri- cation des flux dits "agglomérés" définis ci-dessus qui consiste à faire passer à travers un four tournant, porté à la température voulue, un mélange dingrédients de flux pulvérulents convenablement choisis et d'un liant convenable tel que du silicate de sodium avec une quantité d'eau suffisante pour que lesdits ingrédients forment une boue, n'est nullement limité aux ingrédients de flux spécifiquement indiqués avec ou sans addition de sub- stances d9alliages métalliques tels que précédemment décrits.
Au contrai- re, le procédé suivant l'invention s9applique également à la fabrication' de compositions de flux caractérisées par le fait quelles comportent une ma- jeure partie d'un silicate métallique ou d'éléments constituants propres à former un tel silicate, lorsqu'ils sont soumis à la chaleur de l'arc utili- sé pour 1?opération de soudage,,
Quels que soient les ingrédients particuliers utilisés pour la fabrication dudit flux aggloméré, il résulte du procédé de fabrication sui- vant l'invention que chaque particule est constituée par un mélange unifor- mément réparti des ingrédients finement divisés, liés entre eux par le liant à base de silicate de sodium ou de potassium.
EMI7.2
Comme exposé ci-dessus, l'utilisation dw tels flux'agglomérés dans la soudure à l'arc,,, de la manière précédemment décrite, permet d'obte- nir une soudure très améliorée et, plus précisément, une soudure dans la- quelle la composition analytique, qu'il s'agisse des substances métalliques d'alliage ou des autres ingrédients, peut être contrôlée'de manière à corres- pondre à l'analyse des pièces à souder ou même de telle manière qu'on obtien- ne un joint de soudure de résistance supérieure à la résistance propre des- dites pièces.