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La présente invention est relative à/un procédé et à un appareil pour la soudure à l'arc électrique, grâce auxquels l'arc est entretenu dans une atmosphère de gaz protecteur.
La soudure à l'arc électrique dans une atmosphère de gaz non oxydant avec une électrode consumable ou non est cnnnue dans la technique de la soudure. On a employé beaucoup un gaz inerte, tel que de l'hélium, de l'argon ou un mélange des deux.
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Lorsqu'on emploie une électrode consumable, la pièce à traiter et l'électrode sont généralement reliées avec des polarités inversées, c'est-à-dire, que la pièce à traiter est reliée au négatif de la source de courant de soudure et l'électrode est reliée au positif de la source. L'agencement ci-avant permet une alimentation très rapide de l'électrode vers la pièce à traiter. Bien que cette méthode de soudure donne des soudures saines, l'hélium et l'argon sont relativement rares et sont des gaz/coùteux.
On a suggéré dans la technique antérieure d'utiliser un gaz. moins coûteux, tel que l'anhydride carbonique comme milieu protecteur, mais ces essais réalisés pour utiliser de l'anhydri- de carbonique n'ont pas eu de succès. Par exemple, le brevet Alexander n 1.746.207 des Etats-Unis d'Amérique parle de la soudure dans une atmosphère d'anhydride carbonique et conclut que,dans chaue/cas, les soudures sont cassantes et ne sont pas aussi bonnes que les soudures réalisées à l'air. De même, l'ar- ticle "Studies on Electric Welding". de Ludwig J.
Weber extrait de "Transactions of the American Society for Steel Treating" présenté le 20 septembre 1926, signale que les soudures réalisées dans une atmosphère d'anhydride carbonique ne sont pas satis- faisantes du fait de l'oxydation du fer.
Les brevet Lincoln n 1.589.017 et 1.711.151 des Etats- nt Unis d'Amérique signale l'utilisation d'un gaz inerte, tel que de l'anhydride carbonique ou de l'azote, avec un système à élec- trode de carbone non consumable, à faible ampérage, mais cette méthode ne s'est jamais avérée satisfaisante en pratique indus- trielle.
Dans certains cas, de petites quantités d'anhydride carbonique ont été utilisées en combinaison avec d'autres gaz, tels que de l'argon, de l'hélium ou l'oxyde de carbone, pour
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procurer une protection gazeuse qui donne des résultats favora- bles.
La présente' invention procure un; perfectionnement' à la soudure avec une protection gazeuse formée par de l'anhydride carbonique,, en utilisant une électrode d'acier ayant des quan- tités appréciables d'aluminium, de silicium, et de manganèse en gammes déterminées.
Les métaux désoxydants ayant une forte affinité pour l'oxygène servent à convertir tout oxygène fo'mné par la décom- position de l'anhydride carbonique à l'arc en un composé stable. et en combinaison avec la vitesse élevée d'alimentation de l'é- ledtrode et la densité de c'ourant, il est possible d'obtenir un transfert de métal du type à pulvérisation et de produire ainsi des soudures uniformes saines utilisant de l'anhydride carbonique pur comme gaz protecteur.
Le dessin annexé illustre les meilleurs -nodes de mise en oeuvre dé l'invention.
En se référant au dessin, on a représenté une pièce 1 à souder en amorçant un arc entre la pièce à traiter 1 et une électrode d'acier consumable 2 qui peut être sous forme d'une tige ou d'un fil. Comme montré au dessin, une soudure à l'arc à polarités inverses est utilisée, la 'pièce 1 étant reliée à la borne négative 3 d'une source de courant continu, représen tée comme étant un redresseur 4, tandis que l'électrode 2 est reliée µ la borne positive 5 du redresseur 4. La connexion de l'électrode 2 au circuit électrique se fait par un contact glissant 6 pour permettre le déplacement de l'électrode consu- mable. Au fur et à mesure que la soudure progresse, la portion de l'électrode voisine de la pièce 1 est éliminée par combustion et transférée à la pièce 1.
Pour entretenir une longueur d'arc prédéterminée entre l'électrode et la pièce, l'électrode 2 est continuellement tirée depuis la bobine 7 par des rouleaux d'alimentation 8 et amenée grâce à une tête de soudure 9 à la pièce 1. Les rouleaux d'ali-
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mentation 8 sont entraînés de manière variable par un moteur 10 suivant la longueur d'arc, comme décrit ci-après. La lon- gueur d'arc est maintenue pratiquement constante en connectant la tension de l'arc comme source de tension à un organe d'ali- mentation de l'électrode 11, connecté au moteur d'alimentation 10. Si la tension de l'arc varie, l'organe de réglage d'alimen- tation 11 fait varier la vitesse du moteur 10 pour ramener la longueur de l'arc 4 la normale.
Par exemple, si la longueur de l'arc augmente au-dessus de la normale, la tension de l'arc augmente, et cette tension accrue est appliquée au moteur d'a- limentation 10 de manière à accélérer l'alimentation de l'élec- trode 2 à la pièce. Inversement, une diminution de la longueur de l'arc et, par conséquent, de la tension de l'arc a pour résultat une réduction de l'alimentation de l'électrode et un allongement de la longueur de l'arc jusqu'à ce qu'un arc normal soit obtenu. Ce qui précède constitue un agencement courant d'alimentation variable d'une électrode, et l'organe de réglage d'alimentation 11 est, par conséquent, manié sous forme schéma- tique.
La tête de soudure 9 est construite sous forme de cy- lindres concentriques 12 et 13, l'électrode 2 formée par un fil traversant le cylindre central 12. Le sommet du cylindre exté- rieur 13 est fixé au cylindre intérieur 12 par un chapeau 14 soudé à la surface extérieure de ce cylindre 12 et vissé sur le cylindre extérieur 13 pour réaliser ainsi un passage annulaire 15 entre les cylindres 12 et 13. Pour introduire de l'anhydride carbonique autour de l'arc de soudure, une source 16 d'anhydride carbonique est reliée au passage 15 par un tube 17. Une vanne 18,prévue dans le tube 17, est employée pour régler la circula- tion du gaz vers le passage 15.
L'anhydride carbonique traverse le passage 15 et est déchargée concentriquement à l'électrode pour envelopper l'arc et protéger ainsi la zone de soudure de
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l'atmosphère environnante.
L'électrode d'acier 2 devrait, d'une façon générae, contenir de 0,05 à 0,25% de carbone, au moins 0,30% de manga- nèse et au moins 0,30% d'autres métaux ou alliages fortement désoxydants, la limite supérieure du manganèse et des métaux désoxydants étant déterminée par la ductilité désirée dans le dépôt de soudure.
De façon plus particulière, l'électrode peut avoir la,composition générale suivante en poids :
EMI7.1
Carbone 0) 05b - .0) 25jh Manganèse 0 , 30;v - 2, io
EMI7.2
<tb> Silicium <SEP> 0,05% <SEP> - <SEP> 0,65%
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> 0,25%- <SEP> 1%
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> équilibre
<tb>
En plus des ingrédients ci-avant, l'électrode peut con- tenir de petites quantités d'impuretés allent jusqu'à 1% du poids de l'électrode ou peut contenir de petites quantités d'autres métaux, tels que nickel, chrome, molybdène ou vanadjum, lorsqu'on soude des alliages d'aciers contenant ces métaux.
L'aluminium dans l'électrode peut être allié à l'acier ou bien il peut être appliqué à l'acier sous la forme d'un re- vêtement, tandis que le manganèse et le silicium seront généra- lement alliés à l'acier.
Une illustration particulière de la composition de 1' électrode est donnée ci-après en % en poids :
EMI7.3
<tb> Carbone <SEP> 0,16%
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 1,18%
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,305
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> 0,64%
<tb>
<tb> Fer <SEP> 97,72%
<tb>
L'aluminium, le silicium et le manganèse ont une forte affinité pour l'oxygène et servent à convertir tout oxygène formé par la décomposition de l'anhydride carbonique en un com-
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posé stable. Ces additions convertissent également tout oxyde de fer présent dans le métal de soudure fondu en un compose plus stable et produisent ainsi des soudures plus saines.
En plus des propriétés désoxydantes, le manganèse ajoute de la résistance au dépôt de soudure, et le silicium procure un ca- ractère sain et sert à faire fondre les oxydes, d'aluminium.dans la scorie. s proportions équilibrées d'aluminium, de silicium et de manganèse procurent une soudure résistante saine, exempte d'inclusions d'oxyde.
Comme un transfert de métal du type à pulvérisation, de l'électrode 2 à la pièce 1, est généralement désiré, on utilise une densité élevée de courant. Généralement, la limite inférieure de la densité de courant devrait être la quantité minimum qui produirait un transfert de métal du type à pulvé- risation, et la limite supérieure de la densité de courant de- vrait être la quantité maximum qui pourrait être appliquée à l'électrode 2 @ @ sans faire éclater la tige De façon plus particulière, la densité de courant devrait généralement être supérieure à 85. 000 ampères par pouce carré, et pour les opérations habituelles, une densité de courant de 100.000 à 200.000 ampères par pouce carré s'est avérée très satisfaisante.
En combinaison avec la densité élevée de courant, la vitesse d'alimnetation de l'électrode vers la pièce à traiter sera généralement de l'ordre de 200 à 600 pouces par minute.
Une alimentation d'environ 375 pouces par minute s'est avérée très satisfaisante. La vitesse d'alimentation de l'électrode aura normalement pour résultat un déplacement de la tête de soudure le long du joint à souder à environ 8 à 150 pouces par minute suivant la nature des objets à souder.
Le taux de d4bit d'anhydride carbonique devrait être suffisant pour purger continuellement 1'atmosphère dans la ré- gion entourant l'arc. Pour la plupart des opérations et des
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diamètres d'électrode, le débit d'anhydride carbonique devrait être compris entre 15 et 50 pieds cubes par heure, et généra- lement un taux de débit compris entre'20 et 35 pieds cubes par heure est le plus satisfaisant. Ce taux de débit d'anhydride carbonique est pratiquement inférieur au taux de débit d'argon ou d'hélium, qui .serait nécessaire avec une alimentation d'él@ trode et un ampérage de soudure correspondants .
Un exemple de l'utilisation de la présente invention dans son utilisation à la soudure d'acier A.S.T.M. A-285, est donné ci-après.
EMI9.1
<tb>
Type <SEP> de <SEP> soudure <SEP> rainure <SEP> en <SEP> V <SEP> à <SEP> espace
<tb>
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> de <SEP> la <SEP> matière <SEP> 3/4 <SEP> x <SEP> 6 <SEP> x <SEP> 12 <SEP> pouces
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> de <SEP> l'électrode <SEP> 1/6 <SEP> pouce <SEP> de <SEP> diamètre
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Composition <SEP> d'électrode <SEP> Carbone <SEP> : <SEP> 0,16%
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> : <SEP> 1 <SEP> ,lEµ1 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> : <SEP> 0,64%
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> : <SEP> 0,30%
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> :
<SEP> 97,72%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> d'alimentation
<tb>
<tb> de <SEP> l'électrode <SEP> 350 <SEP> pouces/minute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> de <SEP> déplacement
<tb>
<tb> de <SEP> l'arc <SEP> 14 <SEP> pouces/minute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tension <SEP> de <SEP> l'arc <SEP> 34 <SEP> volts
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ampérage <SEP> de <SEP> l'arc <SEP> 410 <SEP> ampères
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Densité <SEP> du <SEP> courant <SEP> 125.000 <SEP> ampères/pouce <SEP> carré
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Taux <SEP> de <SEP> débit <SEP> de <SEP> CO2 <SEP> 30 <SEP> pieds <SEP> cubes/heure
<tb>
Ce processus avait pour résultat une soudure uniforme saine exempte de défauts.
Bien que la description ci-avant se rapporte à l'utili- sation de polarités inverses dans l'opération de soudure, on a en vue que, sous certaines conditions, on peut employer égale- ment les polarités normales. Par exemple, s'il est désirable d'avoir une action douce avec un minimum d'éclaboussures, il
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faut alors utiliser les polarités inverses, mais si les écla- boussures n'ont pas d'importance, les polarités/noarmales peuvent également être employées.
De même, l'utilisation du courant continu n'est pas essentiel. Dans certains cas, il peut être désirable d'employer le courant alternatif et les résultats qu'on peut obtenir avec le courant alternatif sont acceptables.
La présente invention procure un procédé pour l'obten- tion de soudures plus saines avec utilisation d'anhydride carbo- nique comme milieu gazeux protecteur dans la soudure à l'arc électrique, en utilisant une électrode d'acier comportant des proportions déterminées d'aluminium, de silicium et de man- ganèse. Le processus peut être appliqué à la soudure d'aciers bordés, semi-calés ou calés.
REVENDICATIONS
1.Dans un appareil pour la soudure à l'arc électrique, la combinaison de : une électrode consumable comprenant essen- tiellement, en poids, du manganèse en une quantité supérieure à une matière métallique désoxydante en une quantité supé- rieure à 0,30%, du carbone en une quantité de 0,05% à 0,25%, et le restant de fer, la limite supérieure de ce manganèse et de cette matière désoxydante étant déterminée par la ductilité désirée du dépôt de soudure; une source d'anhydride carbonique pratiquement pur ; et des moyens pour l'alimantation de l'anhy- dride carbonique à l'arc pour former une protection gazeuse autour de l'arc et en exclure l'atmosphère.
2. Dans un appareil pour la soudure à l'arc électrique, la combinaison d'une électrode consumable ayant la composition suivante en poids :
EMI10.1
<tb> Carbone <SEP> 0,05%- <SEP> 0,25%
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,305- <SEP> 2%
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,05%- <SEP> 0,655
<tb>
<tb>
<tb> Aluminium <SEP> 0,25%- <SEP> 1%
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> équilibre
<tb>