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La présente invention se rapporte au soudage à l'arc submergé et particulièrement au soudage à l'arc sub- margé en rainures étroites et profondes.
Un objet de l'invention dans le soudage à l'arc submergé est de faciliter l'enlèvement du laitier (la par- tie fondue du flux couvrant) des passes successives.
Un autre objet de l'invention dans le soudage l'arc'submergé est d'éviter le soudage en passe double ou 'passes séparées.
Un autre objet de l'invention dans le soudage bout à bout à l'arc submergé est de permettre l'emploi de rainures plus étroites sans présenter l'inconvénient d'a- voir à pratiquer l'enlèvement du laitier, et d'utiliser de ce fait moins de métal de soudure.
Un autre objet de l'invention est de souder en moins de temps par suite des quantités plus petites requi- ses en métal de soudure.
Un autre objet de l'invention est d'obtenir un effet mouillant c'est-à-dire une surface concave du cordon de soudure, ce qui facilite l'enlèvement du laitier d'une soudure à l'arc submergé.
Un autre objet est d'incorporer dans le flux de 5 à 99% et de préférence de 50 à 90% de silicate de cal- cium fibreux tel que la wollastonite, les particules de ba- se de la wollastonite ne passant pas au tamis de 200 mail* les et le flux étant employé en particules non liées.
Un autre objet de l'invention est d'agglomérer le flux de manière à obtenir des grains passant aux tamis compris entre 10 et 80 mailles par pouce linéaire.
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Dtautres objets apparaîtrait au cours de la des- cription et des revendications.
Les dessins utilisés pour expliquer l'invention représentent des coupes transversales, la figure 1 étant une soudure en passes séparées et la figure 2 uns soudure en une seule passe.
Dans la pratique normale de soudage à l'arc sub- mergé, particulièrement des pièces d'acier au carbone et allié, et :,spécialement en faisant usage de rainures étroi- tes et profondes, des difficultés considérables se produi- sent dans l'enlèvement du laitier. Ces difficultés ont été accrues par le fait que la passe de soudure telle qu'elle est produite normalement, est convexe et donne une forme rentrante aux bords en contact avec les côtés de la rainu- re où. l'enlèvement du laitier est particulièrement diffici, le, par suite de l'accrochage du laitier dans l'angle ai- gu du coin ainsi ferma.
Pour faciliter par conséquent l'enlèvement du
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laitier la technique du soudage n 5cLo?ts 1expédient de travailler avec des rainures pirs ''-# s o' - --- v lor- que les rainures soin, ?.-ofor.d=.s, si \-ier -'.-..1 en .--.1- tait un accroissaient cor-sidérs.bls du pcid3 au sétsl : soudure d3?cser e:. vi.e de .-.lir les ,j0i:-c lres.
De plus, on adopte pr=.-ic.ue c- vpiio-er de ,:?jV: séparées ou des passes doubles donc l*une est déposé cou-. tre un côté de la raiera sans tcuchr le côté oppose, tan- dis que l'autre est déposée .30:-. le cote opposé, de la rainure pour joindre la passe précédente. Cette pratique double le nombre de passes, de soudure séparées requises.
La demanderesse a découvert qu'en contrôlant la composition et le poids de flux du soudage, il est possible
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de provoquer le grimpage du bain de soudure sur chaque cô- té de la rainure, ce qui détermine une action de mouillage propre et efficace et produit le dépôt d'une passe concave qui,est exempte de bords rentrants. Le laitier peut alors être beaucoup plus rapidement enlevé que dans la pratique précédente.
, Comme, de plus, l'enlèvement du laitier est aisé, il n'est plus nécessaire d'opérer en passes séparées et le 'nombre de passes est réduit en conséquence. On notera, que la présente pratique exige souvent plus de temps pour enle- ver le laitier en vue d'une passe suivante que pour exécuter le soudage lui-même.
Un autre avantage de l'invention est que la de- manderesse a trouvé que la largeur de la rainure de soudage peut être réduite d'environ 30% sur celles habituellement employées sans accroître la difficulté d'enlever le laitier.
En plus du temps épargné, ceci diminue la déformation de grosses soudures.
Conformément à l'invention, la demanderesse emploie un flux de soudure qui fait prendre naturellement à la pas- se de soudure une forme concave et favorise le moullage et le grimpage de la passe de soudure sur les deux côtés de la rainure. Pour obtenir cet effet, la demanderesse utilis, dans le flux de 5 à 99% en poids de silicate de calcium fibreux tel que la wollastonite. Les dimensions des parti- cules de base de la wollastonite ne doivent pas être inférieu res à celles qui ne passent pas au tamis de 200 mailles par pouce linéaire en vue d'obtenir l'effet précité, vu que la demanderesse ne désire pas la destruction de sa natu- re fibreuse.
La wollastonite est un métasilicate naturel de '
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calcium de caractère fibreux et.-lorsqu'elles est finement divisée, elle conserve son caractère fibreux jusqu'à la 'dimension des particules correspondant au refus au tamis de,200 mailles par pouce linéaire. Elle consiste environ en 46% en poids de CaO et en 49% en poids de SiO
Au lieu de wollastonite on peut employer h'impor- te quel silicate de calcium fibreux anhydre. On peut par exemple fondre de la chaux et de la silice et soumettre 'la masse fondue au soufflage, de manière à produire une laine de laitier. L'asbeste n'est pas désirable, car elle contient de l'eau et cède des composés de soufre.
La. wollastonite est de préférence agglomérée sous forme sphérique en la liant dans un mélange avec d'au- tres ingrédients du flux, ce qui produit des particules de flux finales passant aux tamis compris entre 10 et 80 mail- les.
Les autres ingrédients seront autant que possible des ingrédients normaux de flux à l'arc submergé, un ingré- dient désirable étant le calcaire moulu dans la proportion de 5 à 15% mais de préférence aux environs de 10%. Un autre ingrédient désirable est le fluorure de calcium molu dans la proportion de 5 à 15%, mais de préférence aux environs de 10%. Un autre ingrédient désirable est la cryolithe broy- ée dans la proportion de à 12%. On peut aussi employer des silicates de zirconium dans la proportion de 5 à 40%.
Dans plusieurs cas, il est désirable d'employer des ferro- alliages, un exemple typique, étant de 2 à 8% de ferro-allia- ges, par exemple 2% de ferromanganèse et 2% de ferro-sili- cium en poids, de même qu 3% de ferro-chrome.
La proportion d silicate de sodium (dont 57% peu vent ttre l'eau) utili,é , il' liant peut ttre 600' vent être de l'eau) utilisé comme liant peut être de 600
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grammes pour 5 livres des autres ingrédients de flux. Le mélange des particules avec le silicate de sodium, ou au- tre liant, est cuit de préférence à une température compri- se entre 315 et 534 C durant 5 heures environ. Le produit ,résultant a un poids unitaire de 825 grammes pour un volume de 76,2 # x 19,8 mm ou 869,2 cm3. Les passes de soudure à l'arc submergé ont été faites avec ce flux en utilisant à la fois du fil d'acier effervescent et/ou d'acier calmé, soit d'acier au carbone, soit d'acier inoxydable.
Ci-après, on trouve des exemples de différents flux comprenant la wollastonite comme décrit ci-dessus.
Pourcentage en poids -
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<tb> Numéros <SEP> d'essais <SEP> 8561 <SEP> 8727 <SEP> 8562 <SEP> 8463 <SEP> 8555 <SEP> 8955 <SEP> 8733 <SEP> 8563
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<tb> Wollastonite <SEP> 98 <SEP> 86 <SEP> 83 <SEP> 77,5 <SEP> 65 <SEP> 73 <SEP> 73 <SEP> 73
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<tb> Bentonite <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2,5 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 2
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<tb> Ferro-manganèse <SEP> 2
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<tb> Calcaire <SEP> 10 <SEP> 15 <SEP> 33 <SEP> 10 <SEP> 10
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<tb> Dolomite <SEP> 20
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<tb> Cryolithe <SEP> 12
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<tb> Alliage <SEP> Ca-Mn-Si-Fe(x) <SEP> 1,5
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<tb> Aluminium <SEP> 1,
5
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<tb> Rutile <SEP> 10
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<tb> Spath-fluor <SEP> 5
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<tb> Alumine <SEP> 25
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<tb> 100' <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
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<tb> Silicate <SEP> de <SEP> sodium
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<tb> 47 <SEP> Baumé <SEP> 44 <SEP> 33 <SEP> 37 <SEP> 33 <SEP> 43 <SEP> 28 <SEP> 31 <SEP> 34
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<tb> Température <SEP> maximum
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<tb> de <SEP> cuisson <SEP> en <SEP> C <SEP> 343,3 <SEP> 448,8 <SEP> 343,3 <SEP> 448,8 <SEP> 448,8 <SEP> 448,8 <SEP> 448,8 <SEP> 343,3
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<tb> Essai <SEP> de <SEP> soudage <SEP> a-
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<tb> vec <SEP> fil <SEP> 18/8 <SEP> bon- <SEP> bon <SEP> bon <SEP> satisf. <SEP> - <SEP> satisf.
<SEP> bon
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<tb> fil <SEP> Cr-Mo <SEP> bon <SEP> satisf. <SEP> bon <SEP> bon <SEP> satisf. <SEP> bon <SEP> bon <SEP> satisf.
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(x) La composition de l'alliage Ca-Mn-Si-Fe est Ca 17,0-
19,0, Mn 8,0-10,0, Si 55-60, Fe 10-14.
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Deux plaques d'acier doux de 1-1/2 pouce ont été usinées pour former une rainure de soudage de soixante de- grés et. placées en position de soudage. Quatre passes furent faites avec le fil d'acier calmé et deux passes avec le fil d'acier effervescent en utilisant le flux mentionné ci-dessus et or= a obtenu un très bon mouillage de paroi et une très bonne concavité pour toutes les passes sans appliquer de passes séparées. La dernière passe a été exé- cutée sous courant alternatif de 720 ampères à raison de 279,4 mm par minute, alors que dans les passes précéden- tes le courant était de 600 ampères à raison de 457,2 mm par minute.
Avec ce flux, on a obtenu un bon pouvoir agis- sant de l'arc sans éclatement même en dernière passe avec une charge de flux de 1-1/4 de pouce.
La figure 1 représente les pièces d'acier sou- dées 20 et 21 formant une large rainure de soudure 22 com- me dans les procédés antérieurs, remplie avec de l'acier en passes séparées 23 et 24.
La figure 2 représente le même travail utilisant une rainure de soudage étroite 22' , avec un dépôt d'acier en une passe 25 remplissant la rainure.
On a fait des efforts en technique expérimentale pour déterminer la théorie sur laquelle s'appuie l'améliora- tion du comportement du flux, et ci-après on expose la discussion de la théorie sans aucun préjudice pour l'inven- tion et sans attribuer l'invention à la validité de la théo- rie.
On a considéré qu'il est possible que le dégage- ment de gaz pouvait être responsable et conformément à cette opinion, on a effectué des soudures qui éliminaient ,
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entièrement le calcaire. On a obtenu de bonnes passes de :soudure concaves mouillant les deux parois, ce qui indi- que que 'le dégagement d'anhydride carbonique, qui dans ce cas ne se produisait pas:; n'était pas un facteur. De plus, on a produit des soudures dans des conditions similaires avec des flux compétitifs dégageant de l'anhydride carbo- nique et on a trouvé que des passes convexes sans mouilla- ge de, l'une ou l'autre paroi en résultaient.
On a fait alors des soudures en utilisant des passes alternatives de flux de la-composition suivant l'invention, ne comprenant pas de calcaire, et des flux compétitifs'contenant du calcaire et l'on a trouvé que quand on a employé du flux compétitif les passes étaient convexes sans mouillage des parois de l'un et l'autre côté. possible
On a avancé comme théorie/que l'effet de mouillage:était la caractéristique critique, et en con- séquence dans un flux consistant en wollastonite, calcaire et 12% de cryolithe qui présentait le comportement carac- téristique de la présente invention, la cryolithe (un in- grédient à forte action de flux) avait été supprimée et remplacée par le calcaire. On a obtenu 1? effet de mouillage de paroi comme avant.
On a alors appliqué des passes successives en utilisant un flux compétitif, qui a donné des passes convexes sans effet de mouillage des parois de coté. On a par conséquent considéré que Inaction mouillante n'était pas le facteur critique.'
On a alors considéré la possibilité que la légère- té du poids du flux de .l'invention, seule ou en combinaison avec 1,'effet de pont qui se produit en présence de l'arc par suite de son caractère fibreux et avec l'enchevêtrement des fibres supportant ainsi le poids de flux ondu contre les
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parois latérales de la rainure, pouvait être responsable .de cet effet.
En réalité, la densité du flux de l'invention est d'environ 50% de la densité des flux compétitifs.
.On a préparé un flux comprenant des ingrédients tels 'que calcaire et spath-fluor et @erro-alliages moins la wollastonite. Ce flux, dont la densité est supérieure et auquel la nature fibreuse fait défaut, produit des passes convexes sans effet mouillant des parois.
Comme vérification supplémentaire, on a employé dans l'exécution des soudures à l'arc submergé, un flux for - du, provenant des soudures antérieures suivant l'invention, broyé et criblé à une granulométrie comprise entre 14 et
80 mailles par pouce linéaire. Celui-ci était évidemment ; lourd (environ 1. 600 grammes par 53 pouces cubliques) car la wollastonite avait perdu à la fusion sa faible densité et sa structure fibreuse. Ici, de nouveau, les passes de soudure étaient convexes et sur chaque côté il n'y avait pas d'indication de mouillages des parois. Il semble donc évident que la présence de la structure fibreuse de la wollastonite qui rend le flux si léger est le point très critique, car dans les essais précédents, on a déjà vu que dans ce caractère le même flux ne formait pas des pas- ses concaves.
On a fait alors trois flux conformément au flux mentionné en premier lieu sauf que dans le flux A on a broyé la wollastonite si finement 'en dessous de 200 mailles par pouce linéaire) qu'elle avait perdu son caractère fi- breux, alors que dans le flux B les fibres étaient de lon- gueur modérée et que dans le flux C les fibres plus grandes se maintenaient à 50 mailles par pouce linéaire.
Dans une
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. zone, on a déposé une soudure unique avec un flux A, dans .-une autre zone un flux B et dans une autre zone un flux C, ensuite l'arc fut appliqué de façon continue sur ces trois zones,, La soudure continue a été faite à l'aide d'un . fil nu d'acier doux de 5/32 de pouce, sous courant alterna- tif de 500 ampères, 35 à 40 volts et à la vitesse de 18 pouces par minute.
Dans la zone de flux A la soudure était convexe sans mouillage des parois et dans les zones des flux B et C, où il y avait de la wollastonite fibreuse, la passe de soudu- re était xoncave avec le mouillage désirable des deux pa- rois en passe simple. Il est intéressant de noter que le poids unitaire de flux A était de 1.105 grammes, le poids unitaire de flux B de 875 grammes et le poids unitaire de flux C de 835 grammes.
Dans un établissement de soudage commercial où l'on a soudé des plaques de 2'pouces d'épaisseur, la lar- geur de l'espacement a été réduite de plus de 30% quand on a utilisé le flux de l'invention. On a trouvé qu'on obte- nait une passe concave avec un bon mouillage des parois la- térales et on enlevait aisément le laitier.
Des modifications 'des variations des présentes invention et découverte répondant à des cas individuels et à des nécessités particulières dont le but serait d'obte- nir la totalité ou une partie: des bénéfices de la présente invention sans pour cela copierle procédé ou la composi- tion représentée, frapperont sans 1 aucun doute d'autres techniciens avertis. ¯En; conséquence, la demanderesse les revendique toutes pour autant qu'elles tombent dans l'es- prit acceptable et dans la portée des revendications sui- vantes.