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La présente invention concerne la soudure à l'arc élec trique de' l'acier et plus spécialement un procédé de soudure de ce genre utilisant une électrode métallique consumable pour la production de l'arc.
On cherche depuis longtemps un procédé de soudure à l'arc de métaux à électrode en forme de baguette avançant de façon continue vers la zone de fusion, à arc visible et à zone de fusion constante, l'arc et la zone de fusion pouvant être facilement protégés et soumis à raffinage.
Un procédé connu de ce genre utilise une électrode nue continue alimentée et enfoncée dans la zone de fusion sous une cou- che d'une composition de soudure granuleuse qui fond et recouvre
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l'extrémité de l'électrode et le métal de soudure en fusion, qui sont ainsi protégés et soumis à raffinage. Ce procédé est connu sous le nom de "procédé de soudure à métal en fusion noyé" et est décrit et revendiqué dans le brevet américain n 2043960. Quoique ce procédé produise des soudures ayant de bonnes qualités physiques à bas prix (surtout en cas de soudure automatique), le manque de visibilité de la masse en fusion limite les possibilités de ce procède dans le cas de la soudure à la main.
Plusieurs autres procédés de soudure à avancement contint). de l'électrode ont été proposés. Certains de ces procédés exigent l'utilisation d'électrodes avec une âme de décapant. D'autres prévoient des revêtements appliqués de façon à permettre le passage du courant électrique vers le fil revêtu. Dans tous ces procédés, l'électrode est très. coûteuse et il est difficile d'obtenir des soudures satisfaisantes.
Le procédé de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz a été mis au point dans le but d'obtenir un procédé qui ne soit pas limité à la soudure horizontale et dans lequel l'arc et la zone de fusion soient visibles. Ce procédé consistait à faire avancer une électrode sous la forme d'unebaguette nue continue vers la zone de soudure tout en protégeant simultanément'la zone de l'arc et la masse de soudure par un gaz inerte relativement à la masse de soudure.
Ces anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz permettent difficilement d'obtenir des conditions de soudure stables, si on utilise une source de courant de soudure continu à polarité directe ou du courant alternatif. Les anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d' un gaz sont limités, au point de vue rendement, principalement à l'utilisation de sources de courant continu de soudure.à polarité inverse. On sait depuis longtemps qu'en soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, le dépôt de métal (kilogs de métal déposé par heure) pourrait être plus élevé dans le cas de sources de
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courant continu à polarité directe, si on pouvait trouver un procédé donnant une bonne stabilité à l'arc dans les conditions considérées.
Ce procédé est encore limité à un autre point de vue en ce que, si l'arc et la masse en fusion sont convenablement protège contre les contaminations de l'atmosphère, il n'est pratiquement pas possible d'ajouter à la masse de soudure un décapant, un produit de-raffinage ou un métal d'alliage, en cas de nécessité, sans avoir recours à des baguettes de soudure spécialement traitées qui sont très coûteuses.
En outre, avec ces anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, il n'est pas possible de protéger convenablement le métal déposé contre l'air atmosphérique durant la solidification finale et le refroidissement ; faut uti- liser de grandes quantités'de gaz relativement coûteux comme l'argon, et il n'est pas possible de régler la vitesse de refroidissement du métal de soudure de manière à diminuer la porosité et à améliorer les propriétés mécaniques; il est impossible d'ajouter des alliages spéciaux autres que ceux présents dans l'électrode et il n'est pas possible, si on n'a pas recours à des baguettes-électrodes spécialement traitées, d'utiliser du CO2 comme gaz de protec tion sans éclaboussures exagérées.
L'invention a pour but principal de procurer un procédé de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, dans lequel les caractéristiques d'arc avantageuses dues à la protection par un gaz soient conservées et dans lequel la protection de la masse de soudure soit en outre assurée ainsi que, si on le désire, le décapage, le raffinage et l'alliage de cette masse.
L'-invention a aussi pour but de procurer un procédé de soudure de métaux à l'aide d'un arc protégé, qui permette le dépôt de métal de soudure sous une forte densité de courant et un fort dé bit de métal afin de produire une soudure de résistance mécanique voulue et à faible porosité, avec des débits de gaz notablement plus
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faibles que ceux requis dans les anciens procédés de soudure à l'are sous la protection d'un gaz.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description donnée ci-après.
La présente invention procure un procédé de soudure caractérisé en ce qu'un courant primaire de gaz de protection de forme annulaire est débité autour de l'électrode de façon à protéger l'arc et la zone de fusion contre les contaminations de l'atmosphère et en ce qu'un courant de gaz secondaire véhiculant une composition de-soudure granuleuse est introduit dans la-zone de fusion immédiatement derrière l'arc, en vue du décapage, du raffinage et d'une protection supplémentaire de la zone de fusion.
Il a été constaté que, si on introduit une composition de soudure granuleuse d'une façon quelconque dans la zone de fusion au point que celle-ci atteigne le plasma de l'arc, il s'ensuit une tendance de l'arc à l'instabilité.- En outre, la partie de cette composition de soudure qui se dépose à l'avant et sur les côtés de l'arc est généralement perdue du point de vue du décapage, du raffinage ou de la protection de la zone de fusion. Si on introduit donc la composition de soudure granuleuse dans la zone de fusion immédiatement à l'arrière de l'arc, cette composition est utilisée au mieux et elle n'influence pas défavorablement la stabilité de l'arc. ,.
L'introduction de la composition de soudure granuleuse dans la zone de soudure à l'arrière et aussi près que possible de l'arc sans déranger le plasma de 1-'arc, a pour résultat un meilleur rendement de transfert du :..étal, une meilleure stabilité d'arc et une meilleure forme du cordon de soudure. Le courant véhiculant cette composition de soudure est introduit, de préférence, de façon uniforme sur toute la largeur du cordon de soudure de manière à couvrir régulièrement toute la zone de fusion.
L'accroissement du rendement du transfert du métal dû au procédé de la. présente invention comparativement aux anciens procé-
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dés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, est particulièrement important.
Jusqu'ici, les procédés de soudure sigma à polarité directe avec l'électrode négative n'ont pas été intéressants pour la soudure "fixe" à cause du faible rendement de transfert du métal, de l'irrégularité du transfert du métal, de l'instabilité de l'arc et de la forte comsommation de métal d'apport. Ces inconvénients ont été- partiellement supprimés en ajoutant de l'oxygène à l'argon pur constituant le gaz de protection (de l'argon contenant 5% d' oxygène par exemple) . De cette manière, le transfert de métal peut être augmenté d'environ 30% et la stabilité d'arc peut être améliorée.
Avec le procédé de l'invention introduisant une composition.de soudure granuleuse à l'arrière de l'arc, le rendement de transfert du métal dans le cas de la soudure à pola. rité directe a été augmenté de 80% par rapport aux anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz utilisant des conditions de soudure semblables. Le rendement de transfert du métal est aussi fortement augmenté grâce au procédé de la présente invention, dans le cas de la soudure à polarité inverse.
L'unique figure du dessin annexé représente schématiquement les appareils nécessaires à la mise en pratique du procédé de l'invention. Comme représenté, un fil ou baguette de soudure en acier 10 se déroule d'un rouleau de fil 12 sous la commande de déroulement 14 entraînée par un moteur à vitesse variable 16 et à travers un porte-électrode 18 dans la..direction d'une pièce à souder 20. Un câble d'alimentation 22 pénètre dans le porte-électrode 18 où il alimente la baguette 10, tandisqu'un câble semblable (non représenté) . est relié à la pièce à souder 20 de façon à compléter le circuit du courant de soudure. Un câble de commutation 24 est relié à la gâchette 26 du porte-électrode 18 et commande l'alimentation du circuit de soudure.
De l'eau courante de refroidissement circule dans le porte-électrode 18 par une tuyauterie d'entrée
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28 et une tuyauterie de sortie 30 qui entoure le câble d'alimenta- tion 22. Les zones d'arc et de soudure sont protégées par un courant de.gaz introduit dans le porte-électrode par une conduite 31 et ressortant concentriquement autour de l'électrode. De la matière granuleuse pulvérulente 32 est véhiculée jusqu'au porte-électrode 18 par un courant de gaz dans une conduite 34. La poudre est mise en suspension dans le courant de gaz véhiculaire à l'intérieur d' un distributeur de poudre 36 comprenant une trémie fermée 38 conte- nant la poudre 32.
Un collecteur 40 monté sur ressorts 42 est mis électriquement en vibration de façon à faire avancer la poudre par la conduite 44 dans le courant des gaz véhiculaires passant dans la conduite 46 qui est en communication avec la conduite 34 du porte- électrode 18. L'intérieur de la trémie au-dessus de la charge de poudre 32 est mis à la pression du gaz véhiculaire par la tuyaute- rie 48 du distributeur 36. Ce distributeur est du type décrit et revendiqué dans le brevet américain n 2.533.331.
Quand la baguette 10 est mise en contact avec la pièce à souder 20 pour amorcer l'arc 50 et commencer l'opération de soudure du gaz de protection est débité de l'ajutage autour de la baguette 10 de façon à entourer l'arc d'une enveloppe de gaz de protection 52. La poudre introduite dans le porte-électrode 18 par la conduite 34 traverse la conduite 54 à l'intérieur -du porte-électrode et est débitée dans la zone de fusion 56 à un endroit immédiatement à l' arrière de l'arc .(le côté de l'arc opposé au sens d'avancement de la soudure), constituant ainsi une couche de scorie en fusion pro- tégeant la zone'de soudure.
Dans un exemple de réalisation du procédé de l'invention, on utilise un appareil du type représenté au dessin annexé pour souder de l'acier avec du fil d'acier CMS n 32 d'un diamètre de 1,6 mm et avec un mélange gazeux de protection composé de 95% d'argon et'5% d'oxygène.
La composition de soudure granuleuse pul- vérulente est mise en suspension dans un courant de gaz véhiculaire ayant un débit de 85 litres/heure et ayant la même composition. que
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le gaz de protection utilisé ; est introduit, par un tube @ un. diamètre extérieur de 6,4 mm, dans la zone de soudure à un endroit immédiatement à l'arrière de l'arc,ce dernier étant protégé par un courant de 95% d'argon et 5% d'oxygène ayant un débit horaire de 700 litres . La soudure est faite en une passe avec 360 ampères sous 27 volts, courant continu et polarité inverse; l'arc obtenu est stable et le cordon de soudure est lisse et bien formé.
Dans un autre exemple de réalisation du procédé de l'in- vèntion un appareil semblable est utilisé pour souder de l'acier avec un fil d'acier de soudure CMS n 32 d'un diamètre de l,18 mm.
Le gaz de protection utilisé se compose de 95% d'argon et 5% d' oxygène et le débit gazeux horaire est de 1132 litres. La. composition de soudure granuleuses pulvérulente est mise en suspension dans un courant gazeux véhiculaire de la Blême composition que le gaz de protection, et la poudre fluidifiée est introduite dans la zone de soudure à un endroit immédiatement à l'arrière de l'arc par un tube d'un diamètre extérieur de 1/4 pouce 6,4 mm, le débit du gaz étant de 425 litres/heure et le débit de poudre étant 4,54 kg/heure. La soudure est faite en une passe, en position verticale,avec un courant de 185 ampères sous 30 volts, courant continu et polarité directe.
Des photographies prises dans ces condi- tions à une vitesse de 10.000 images/seconde permettent d'observer le phénomène qui assure la stabilité de l'arc pendant la soudure.
Le tableau suivant résume les données relatives à une soudure d'acier par courant continu à polarité directe et mouvement vertical ascendant pour trois opérations de soudure suivant le procédé de la présente invention et trois opérations de soudure utilisant l'ancien procédé courant de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz.
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Amp. <SEP> Volts <SEP> Gaz <SEP> de <SEP> débit <SEP> Gazeux <SEP> Matière <SEP> Rendement
<tb> protection <SEP> Iit/H <SEP> d'addition <SEP> de <SEP> transfert <SEP> du
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¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ - mr:ta1 +
EMI8.3
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<tb> 190 <SEP> 28 <SEP> A <SEP> 1132 <SEP> Camp. <SEP> de <SEP> 60%
<tb> soudure
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185 30 95ijA-5 OZ 1132 Il 80%
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<tb> 200 <SEP> 33 <SEP> He <SEP> 1700 <SEP> " <SEP> 95%
<tb> 275 <SEP> 30 <SEP> A <SEP> 1132 <SEP> rien <SEP> 0 <SEP> %
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265 31 95iA-5;0 1132 rien 30%
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<tb> 250 <SEP> 36 <SEP> He <SEP> 1700 <SEP> rien <SEP> 0 <SEP> %
<tb>
N. B. La Composition, de soudure est ajoutée à raison de
4,54 kg/heure. Le fil utilisé est un CMS n 32 d'un diamètre de 1,18 mm.
+ Le rendement de transfert du métal représente le pourcentage de métal transféré qui atteint la tôle.
Comme le montra ce tableau, 1' introduction d'une com- position de soudure granleuse dans la zone de soudure à un en- droit immédiatement à l'arrière de l'arc suivant le procédé de la présente invention, augmente le pourcentage de métal d'électrode. transféré dans la pièce à souder d'une valeur comprise entre 0 et 30% à une valeur comprise entre 60 et 95% dans le cas de composi- tions de gaz de protection et de débits semblables. Il va de soi que les compositions de soudure granuleuses pulvérulentes utilisées dans le procédé de la présente invention peuvent consister en toute composition de soudure solide granuleuse 'convenable semblable à la composition contenant du silicate utilisé dans le procédé de soudure à métal en fusion noyé et à composition solide.
Des désoxy- dants ou d'autres agents d'alliage modifiant la soudure peuvent ê- tre ajoutés à volonté aux compositions de soudure.
Les compositions de soudure utilisées dans la technique de la soudure à l'arc protégé avec composition solide comprennent généralement, comme ingrédients principaux, un constituant conte- nant du silicate et produisant une scorie, capable de former une couche protectrice en fusion servant à protéger et à conformer la masse de soudure, et un halogénure métallique servant à rendre é- lectriquement conductrice la scorie formée par le constituant pro-
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duisant la scorie de la composition de soudure.
Certains des-' composés qui ont été utilisés avec succès -dans le constituant pro- duisant la scorie sont les suivants : bioxyde de titane, l'oxyde manganeux, l'oxyde ferreux, la silice (sous la forme d'un silicate en combinaison avec au moins un des oxydes énumérés), l'oxyde de calcium, l'oxyde de magnésium, la zircone, l'oxyde de potassium, l'oxyde de sodium, l'oxyde de lithium, l'oxyde de baryum et l'oxyde de strontium. Certains des halogénures utilisés avec succès cornue constituants donnant de la conductibilité électrique sont les suivants: le fluorure de sodium et aluminium, le fluorure de po- tassium et de silicium, le fluorure de calcium, et le fluorure de titane et de calcium.
Il est souvent utile aussi d'inclure dans la composition de soudure des constituants qui sont transférés dans la matière d'apport pendant l'opération de soudure et apparaissent dans la soudure résultante en en modifiant les propriétés, par exemple le ferro-manganèse, le f.erro-silicium, le ferro-chrome, le molybdate de calcium, le carbone ou des composés chimiques réductibles de ce dernier, etc.
La dimension des grains de la composition de soudure granuleuse utilisée peut varier fortement, les limites étant détermi- nées par les dimensions dés endroits de passage de la poudre dans l'appareillage et la faculté de dispersion et de suspension des poudres dans le courant de gaz véhiculaire.
Le milieux gazeux de protection utilisé dans le procédé de la présente invention peut comprendre de façon générale tout gaz de protection utilisé auparavant dans la soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, comme l'argon,Phélium, l'anhydride carbonique ou des mélanges de ceux-ci, avec ou sans de petites quantités d'oxygène pouvant atteindre au maximum environ 15%.
De même, le gaz véhiculaire utilisé dans le procédé de la présente invention peut consister de façon générale en tout gaz utilisé auparavant en soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz et peut être identique à ou différent de la composition
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gazeuse utilisée pour la protection de l'arc.
La composition moyenne, paranalyse approchée, de la composition de soudure granuleuse utilisée dans lesopérations de soudure des exemples et du tableau précités, est la suivante :
CaO + BaO 22,5%
CaF2 5,5%
SiO2 37,5%
A12O3 14,5% MgO 11,25%
MnO 7,25% avec : BaO 2,0% Max.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de soudure à l'arc de métaux dans lequel on établit un arc de soudure entre une électrode fusible en acier et une pièce à souder en acier, on fait avancer l'électrode vers, la pièce à souder pour entretenir l'arc, et on protège l'arc à 1' aide d'un courant gazeux de protection, caractérisé en ce qu'une composition de soudure granuleuse en suspension dans un courant gazeux véhiculaire séparé est Introduite, dans la zone de soudure uniquement et immédiatement à l'arrière de l'arc afin de stabiliser l'arc et, si on le désire, décaper, raffiner et allier la sou- dure .