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L'invention concerne une électrode de soudure, comportant un enrobage dont la partie appelée à former le laitier est basique et contient un fluorure alcalino-terreux ainsi qu'un carbonate al- calino-terreux en une quantité qui, pendant le soudage, peut fournir une atmosphère protectrice d'anhydride carbonique, ainsi qu'un liant tel que du silicate de potasse et en outre des poudres métalliques, cet enrobage étant pratiquement exempt de composés contenant de 1' hydrogène, tels que l'eau, les hydrates de carbone et des liants organiques.
L'invention concerne tant des électrodes de contact telles qu'utilisées par exemple pour le soudage dit traînant, dans lequel l'électrode repose sur le bord du cratère formé par l'arc à l'extré-
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mité en fusion de l'électrode, que des électrodes à arc libre, qui, en général, ne sont pas utilisées pour le soudage traînant.
Les enrobages conformes à l'invention permettent de fabri- quer des électrodes de soudure en tous aciers possibles.
L'électrode de soudure définie dans le préambule, est éga- lement appelée électrode du type pauvre en hydrogène, parce que l' enrobage est pratiquement exempt de composés fournissant de l'hydro- gène, sauf une quantité minime d'eau qui n'est'pas chassée par un intense chauffage à 300 - 5000 C pendant lequel les carbonates al- calino-terreux utilisés ne se décomposent pas encore dans une mesure importante.
Ces électrodes sont en outre caractérisées en ce que 1' enrobage contient généralement du silicate de potasse, utilisé com- me liant, et d'autres silicates, par exemple du SIO2. du kaolin et de la bentonite, et que le laitier produit pendant le soudage est constitué d'une manière telle que la quantité d'oxydes basiques, tels que CaO, MgO, K2O et NA2O est plus grande que la quantité totale d' oxydes acides, tels que SIO2 et TIO2. toutes deux exprimées en molé- cules-grammes (voir à ce sujet Pogodin-Alexejew "Théorie des Schweiss- prozess (1953) pages 184 et suivantes).
L'invention fournit une électrode de soudure du type men- tionné, présentant la particularité que, pendant le soudage, même lorsque celui-ci s'effectue à une grande vitesse d'avancement, le laitier suit convenablement l'arc,que le laitier solidifié se déta- che facilement et complètement de la soudure et que la soudure même présente un bel aspect et d'excellentes propriétés mécaniques.
Suivant l'invention, l'enrobage de l'électrode comporte du ZRO2, dans un état lié ou non à d'autres substances, en une quan- tité en poids de 15 à 30 % de ZRO2, rapporté à la partie non métal- lique de l'enrobage et une quantité de silicate, calculé sous forme de Si 2' au maximum égale, en poids, à 100 % de la quantité de ZRO2 utilisée.
Par partie non métallique de l'enrobage, on entend la
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partie ne comportant pas de métaux, (alliages de silicium compris),
De préférence, le ZrO2 est uniquement utilisé sous forme de silicate de zirconium et, abstraction faite du silicate de zir- conium et du silicate de potasse, .l'enrobage ne comporte pas d'autres silicates. Le silicate de zirconium est notablement moins coûteux que le ZrO2 Il se rencontre dans la nature généralement sous forme d'orthosilicate de zirconium (ZrSiO4).
Les propriétés désirées du laitier s'obtiennent surtout lorsque le liant est uniquement constitué par du silicate de soude, ou qu'au maximum 25 % de ce liant sont constituées par du silicate de potasse. Lorsqu'on utilise une plus grande quantité de silicate de potasse, il en résulte un trop fort abaissement de la viscosité du laitier. Comme on le sait, l'emploi de potassium est désirable en vue de la stabilisation de l'arc pendant le soudage à l'aide de courant alternatif.
Bien que les électrodes conformes à l'invention, lorsqu' elles sont du type à contact, et que leur enrobage contient unique- ment du ZrO2 sous forme d'orthosilicate de zirconium et.de ce fait toujours une assez grande quantité de SiO2, se prêtent bien au sou- dage, en particulier au soudage en rigole, lors du soudage dans d' autres positions à l'aide de l'électrode suivant cette forme de réa- lisation de l'invention, on n'obtient parfois pas les propriétés de soudage avantageuses désirées.
Aussi,de préférence, utilise-t-on un enrobage dont la teneur en SiO2 est, au maximum, en poids, de 50 % de la teneur en ZrO2 et sa teneur en ZRO2 rapportée à la teneur en SiO2, est donc plus grande que celle obtenable dans le cas d'emploi d'orthosilicate de zirconium comme seule source de ZrO2. On peut procéder de cette manière en utilisant dans l'enrobage de l'orthosilicate de zirco- nium ensemble avec du ZRO2 non lié.
On peut également utiliser un silicate de zirconium sous forme d'un silicate à teneur en ZrO2 plus élevée que celle de l'or- thosilicate (en poids, environ 67 %), de préférence une teneur su-
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périeure à 70 %, par exemple 80 à 84 %, en poids.
Toutes les électrodes conformes à l'invention offrent 1' avantage que le laitier se détache très facilement du métal d'ap- port. Parfois, il se détache, entièrement ou partiellement, de lui- même. En général, il suffit d'un léger coup de marteau sur la pièce pour que le laitier saute en grands morceaux cohérents. De plus, l'électrode conforme à l'invention fournit une soudure de bel aspect d'un dessin plat et régulier et d'un profil avantageux. L'électrode peut être utilisée pour souder par traînage sans le moindre incon- vénient avec'du courant alternatif, et fournit une soudure ayant d' excellentes propriétés mécaniques.
Pendant le soudage, l'enrobage fond régulièrement et fournit un laitier qui suit parfaitement l'arc
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La figure 1 représente une soudure obtenue à l'aide d'une électrode de contact conforme à l'invention.
La figure 2 montre une soudure réalisée à l'aide d'une électrode de contact, pauvre en hydrogène, obtenue en ajoutant de la poudre de fer à l'enrobage d'une électrode, exempt de poudre de fer, du type pauvre en hydrogène, ayant donné toute satisfaction en pratique.
La quantité de fluorures alcalino-terreux (de préférence on utilise, dans cet enrobage, du fluorure de calcium) peut être choisie assez petite, ce qui réduit notablement les inconvénients connus,inhérents à l'utilisation de ces substances. Une quantité en poids de 8 à 16 %, rapportée à la partie non métallique du mé- lange de l'enrobage, est suffisante pour les électrodes de contact.
La quantité de carbonate alcalino-terreux est alors généralement au moins égale au double de la quantité de fluorure alcalino-terreux.
Lorsqu'on utilise de la poudre de fer, ne contenant pas de métal réducteur,on utilise en poids 5à 30 % de métal réducteur, rapport$
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à la partie non métallique de la composition de l'enrobage. En géné 1 -le pour les électrodes de contact, la quantité de poudre de fer est, en poids, égale à 40 - 65 $,de l'enrobage total, la limite su- périeure dépendant de la forme et de la grandeur des particules sé- parées et également de la quantité de constituants conducteurs de l'électricité de l'enrobage, étant donné que la teneur en poudre de fer ne peut être portée à une valeur telle que l'enrobage conduise une partie du courant de soudage vers la pièce, par l'intermédiaire du point de contact de l'enrobage et de la pièce.
L'épaisseur de 1' électrode enrobée, sera en général, égale au double de l'épaisseur du noyau, Des électrodes à noyau mince, d'environ 3 et 4 mm de dia- mètre,auront, par exemple, un diamètre extérieur d'au moins 6, res- pectivement 8 mm. Pour des noyaux plus épais, on utilise un enrobage qui rend l'électrode quelque peu plus mince que deux fois le diamè- tre du noyau.
On a constaté 03. outre que pour une électrode d'arc libre conforme à l'invention, la teneur en fluorure alcalino-terreux de l'enrobage peut être, en poids, inférieure à 10 % rapportée à la partie non métallique de l'enrobage. De très bons résultats ont été obtenus par 'exemple avec 7 % seulement de fluorure de calcium.
L'avantage de ce fait est double : a) la stabilité de l'arc est meilleure à mesure que la quantité de fluorure alcalino-terreux est plus petite; b) le dégagement de vapeurs contenant du fluorure est moindre.
De préférence, le rapport en poids de la teneur en fluoru- re de calcium à la teneur en carbonate de calcium dans l'enrobage est inférieur à 1 : 4. Cela résulte de la faible teneur en fluorure de calcium. Dans les enrobages basiques normaux, sans oxyde de zir- conium, ce rapport est compris entre 1 : 1 et 1 : 3.
Un enrobage pour une telle électrode d'arc libre, conforme à l'in- vention, à très faible teneur en CaF2, ne doit contenir au maximum, en poids, que 35 % de poudre de fer. Pour une électrode de contact, ce chiffre est d'environ 100 % rapporté à la partie non métallique de l'enrobage.
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Le laitier tant des électrodes de contact que des électro- des libres conformes à l'invention., présente une particularité spé- ciale et très prononcée.
Le côté du laitier tourné vers le cordon de soudure est, entièrement ou partiellement, d'une couleur gris clair très typique, contrairement à la couleur foncée du côté supérieur. Par cette par- ticularité, ce laitier, et donc aussi l'électrode conforme à l'in- vention qui fournit un tel laitier, se distingue de tous les autres laitiers basiques connus.
Une analyse des laitiers des électrodes conformes à l'in- vention, donc tant des électrodes de contact que des électrodes li- bres, à l'aide de diffraction de rayons X, a prouvé que ces laitiers comportent du ZrO2 libre, même lorsqu'on n'a pas ajouté à l'enroba- ge du ZrO2, mais uniquement du ZrSi02. Ce ZrO2 libre existe dans le laitier sous la forme cristalline et il est probable que la couleur gris clair du laitier est en corrélation avec ce fait.
EMI6.1
EX&\fPLES DE REALISATTONt
Pour une électrode de contact, on a préparé un enrobage en mélangeant les quantités suivantes, sous forme de poudre :
EMI6.2
<tb> Spath <SEP> fluor <SEP> (CaF2) <SEP> 60 <SEP> g.
<tb>
<tb>
Spath <SEP> calcaire <SEP> (CaC03) <SEP> 240 <SEP> g.
<tb> Silico-manganèse <SEP> (70% <SEP> Mn, <SEP> 20 <SEP> Si, <SEP> reste <SEP> Fe) <SEP> 35 <SEP> g.
<tb>
<tb>
Ferrosilicium <SEP> (45 <SEP> % <SEP> Si, <SEP> reste <SEP> Fe) <SEP> 35 <SEP> g.
<tb>
<tb>
Silicate <SEP> de <SEP> zirconium <SEP> (65% <SEP> ZrO2, <SEP> 35% <SEP> SiO2) <SEP> 160 <SEP> g.
<tb>
<tb>
Poudre <SEP> de <SEP> fer <SEP> 550 <SEP> g.
<tb>
Ce mélange est pétri, avec 80 cc de silicate caustique et un moyen de pressage organique, en une pâte.
On enrobe de cette pâte des fils d'acier doux de 4 mm d' épaisseur; l'enrobage est séché pendant une heure dans un four chauf. fé à 350 C, température à laquelle le moyen de pressage organique se décompose. Le diamètre des électrodes est alors de 8,3 mm. Avec l'une des électrodes, on fait une soudure sous un courant alterna- tif d'une intensité de 220 A sur une tôle plane, suivant le procédé de soudure traînante. Après détachage de la couche de laitier, à
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l'aide d'un léger coup de marteau sur la tôle, et enlèvement de cet- te couche, on obtient le cordon de soudure représenté sur la. fig. 1, c'est-à-dire une soudure bien-étendue et d'un beau dessin, sans res- te de laitier.
A titre de comparaison, la fige 2 représente une soudure obtenue en faisant fondre, de la même manière, une électrode de con- tact libre, exempte de ZRO2, du type pauvre en hydrogène. Le laitier de ce cordon de soudure ne se détachait qu'après Inapplication de quelques vigoureux coups de marteau. Après ébarbage, on obtient fi- nalement la soudure représentée sur la fig. 2, qui comporte en a) quelques restes de laitier. La soudure est mal étendue et présente un profil grossier. de métal
Les propriétés mécaniques/de soudure déposé, représentées sur la fig. 1, sont encore quelque peu meilleures que les proprié- tés déjà très bonnes du métal de soudure représenté sur la fig. 2.
En remplaçant, dans la composition précitée, 160 g de si- licate de zirconium par 90 g de silicate de zirconium et 70 g de ZrO2 non lié, on obtient une électrode de soudure qui fournit d'ex- .cellents résultats, non seulement dans le cas de métal de soudure déposé horizontalement, mais permettant également de réaliser une soudure d'angle verticale présentant un beau profil plan et permet- tant également le soudage horizontal-vertical (soudage horizontal dans un plan vertical), fournissant des résultats tout aussi bons que dans le cas de soudure en rigole. Un résultat pratiquement équivalent est obtenu en utilisant, au lieu de 160 g de silicate de zirconium, à teneur de 65% de ZrO2 du premier exemple, 160 g de silicate de zir- conium, contenant, en poids, 81% de ZrO2 (19% de SiO2).
Pour une électrode à arc libre, on obtient d'excellents résultats avec un enrobage de la composition suivante :
EMI7.1
<tb> Spath <SEP> fluor <SEP> CaF2) <SEP> 30 <SEP> g
<tb>
<tb> Spath <SEP> calcaire <SEP> (CaCO3) <SEP> 205 <SEP> g
<tb> Silico-manganèse <SEP> 20 <SEP> g
<tb>
<tb> Ferrosilicium <SEP> 27 <SEP> g
<tb>
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EMI8.1
<tb> Silicate <SEP> de <SEP> zirconium <SEP> 143 <SEP> g
<tb>
<tb> Poudre <SEP> de <SEP> fer <SEP> 125 <SEP> g
<tb>
<tb> Moyen <SEP> de <SEP> pressage <SEP> organique <SEP> 10 <SEP> g
<tb>
<tb> Silicate <SEP> caustique <SEP> 42 <SEP> cc
<tb>
<tb> Silicate <SEP> potassique <SEP> 8 <SEP> ce
<tb>
Le diamètre du fil de noyau pour cet enrobage était de 5 mm; l'électrode enrobée avait, après un séchage d'une heure, à 350 C, un diamètre de 8,2 mm.
Le courant alternatif utilisé (50 p/s) avait une intensité de 230 A et la tension d'arc était de 32 V. La tension à vide du transformateur de soudage était de 80 V.
Il y a lieu de noter que, dans les compositions préci- tées, le silico-manganèse et le ferro-silicium sont considérés comme des parties métalliques.