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"Fondant pour soudure à l'aro"
La présente invention concerne des fondants spéciaux utilisables pour la soudure de l'acier à l'arc électrique et, plus particulièrement, une composition améliorée de ce type de fondante que l'on dépose sur un joint de soudure pendant qu'un arc est main- tenu sous le paquet de fers pour le dép8t de la goutte.
On connaît déjà des compositions de fondants contenant en tant qu'un des ingrédients principaux du sable ou de la silice - ce sable, de mime que les autres ingrédients du fondant, étant fine-
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ment broyé, uniformément réparti et présenté sous forme d'élé- ments granulaires s'écoulant librement comme s'il s'agissait d'un fluide. Ce fondant a fait ses preuves pratiques et son cm- ploi a déjà permis d'établir des millions de mètres de soudures de haute qualité.
Ce fondant présente cependant un défaut, à savoir que la surface de la soudure reste parsemée et marquée de petits points brillants et argentés, généralement convexes par rapport à la surface. Des essais métallurgiques et chimiques ont prouvé que ces points ne règnent qu'à la surface et qu'ils n'altèrent en rien les caractéristiques que l'on exige de la soudure. Cer- tains soudeurs ont, cependant, fait des objections à leur pré- sence.
La présente invention a donc pour objet une nou- velle composition de fondant, qui fournit des soudures saines, qui ne présentent ni points, ni taches du genre précité.
La composition de fondant selon la présente inven- tion, est caractérisée en ce que l'élément de base est de l'or- thosilicate de zirconium, qui remplace en totalité - ou presque - la silice qui en constitue d'ordinaire l'essentiel. Cet orthosi- licate, désigné ci-après par "zircon", forme alors une partie importante de la composition, tandis que la silice n'est plus présente qu'à raison de moins de 5%.
Le fondant de soudure nouveau selon l'invention comporte donc essentiellement des éléments basiques, choisis par- mi les oxydes de manganèse, de titane, de magnésium et d'alumi- nium, et des éléments acides constitués par du zircon et de la silice, cette dernière substance n'intervenant que pour moins de 5%.
Selon l'invention, les Ingrédients cités se trouvent
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toua sous un état finement, broyé, sont mélanges entre eux de manière parfaite et sont réunis en granules s'écoulant librement, sans qu'ils réagissent entre eux chimiquement. A cet effet, on peut se servir d'un liant, tel que, par exemple le silicate de sodium ou le silicate de potassium. Le liant est généralement ajoute sous la forme d'une solution à 40% dans l'eau, l'eau étant ensuite éliminée dans un four de séchage.
Les termes "ingrédients acides", "ingrédients basiques" sont ceux normalement utilisés dans la technique de l'élaboration de l'acier, et dans la composition du fondant, ces ingeédients sont en général présents en proportions telles que, en fondant ensemble sous l'effet de la ohaleur dégagée par l'arc, ils réa- rissent entre eux pour fournir un produit neutre. Il n'est pas douteux que certains éléments basiques ont des basioités diffé- rentes et que si l'on modifie leurs quantités respectives, on doit modifier aussi les quantités des ingrédientâ aoides.
Dans certains cas, les oxydes d'aluminium et de titane peuvent Jouer le rôle d'ingrédients acides, mais pour les besoins de la présente invention, on considère ces mêmes oxydes sous l'as- peot de leurs qualités basiques.
Il est préférable que la composition de fondant soit' entièrement exempte de silice. On a trouvé, cependant, que lofe- que de la silice est introduite dans la composition accidentelle- ment sous forme d'impuretés contenues dans les autres ingrérdients ou qu'on ajoute de la silice intentionnellement, tat que aa te- neur reste inférieure à 5%, on n'observe ni points, ni tache à la surface de la soudure terminée. Au-del\ de cette limite, on voit réapparaître les points en quantités d'autant plus grand.. que la teneur en silice est plus élevée.
Le zircon constitue l'ingrédient principal du mélange
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qui doit en contenir au moine 25%. en poids,
On peut tolérer, et de préférence désirer, que la
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composition contienne une faible quantité de tluoturena par egem- ple des fluorures de sodium ou de calcium.
Pour autant qu'on ait pu le vérifier, les fluorures ne participent pas la réaction entre éléments acides et basiques, main leur présence affecte favorablement l'opération de soudure et c'est pourquoi on les
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4 cités,, leur usage étant da.llsura admis comme tléments habi- tuels d'une composition de fondant de ce typo,
On peut aussi tolérer et de préférence désirer inclure dans la composition une faible quantitéd'un agent cal-
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taarit, tel que les i'srrosiliaium, le sllico-.mangahbee et autres produits équivalente, lesquels agissent dans lt composition de 'la m'tniere que les tluorures, Parmi les agents aaimanta, op peut ritir l'aluminium, le silicium et* dans une mesure moindre< le m<!.ng<me8e,
le chrome et le vanadium, tous à l'état métallique et utilisés en faibles quantités. Si on en force la dose, ils de- Viennent des éléments d'alliages,
La quantité de ces derniers produits pouvant en+
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trier 4ané la composition dépend du pourcentage d'ingrédients gaz tifs qu'elle contient ainsi que de son aptlttide k se combiner leoxyzt-neo Dait4 les proportions qui seront indiquées oi-tpràa on admet que les 1'er1-owalliagéi utilisés comme agents calmants contiennent 50% d'ingrédients actifs# étant bien entendu que s'il y avait moins d'ingrédients actifs ou davantagoj la présence des premiers devrait être proportionnellement plus grande ou;, au
Contraire, plus faible.
L'invention englobe les cas où les divers éléments .
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d'alliage peuvent 8tre iru lue dans la composition du fondant jùuqt4-un constituer 60%, Si l'on se sert de oào éléments d'al-
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lisses nous forme de chrome, vanadium ou manganèse, on peut se dispenser de tout ou partie des additions d'agents callants.
L'oxyde de manganèse utilisé peut être le minrali d'oxy- de de manganèse usuel contenant environ 50% de mangenèse Métal- lique, les compositions décrites ci-après devant tenir compte du pourcentage de manganèse présent dans le minera.
L'oxyde de magnésium est, de préfrence, une magnésite grillée à mort ; l'oxyde d'aluminium est une bauxite calcinée du commerce.
Le bioxyde de titane est utilisé d'ordinaire sous la forme de rutile, mais on peut également se servir d'un titeante tel que la "Porovskite" répondant à la formule générale CaTiO3, auquel cas l'oxyde de calcium remplacerait partiellement l'oxyde de magnésium,
Il convient de faire ressortir que l'oxyde de calcium, utilisé tel qui comme ingrédient séparé, c'est-à-dire, sana être combiné, ne convient pas dans ce fondant, surtout lorsqu'on fait usage, comme liant, de silicate de potassium ou de sodim, En effet, l'oxyde de calcium se combine alors avec l'eau que renferme le liant, en formant de l'hydroxyde de calcium, qui est indési- rable.
eous iex ingr4dients employ4s doivent fltne f>emts
Tous les ingrédients employés doivent être finements broyée, soit avant, soit pendant l'opération de leur mélange, étant entendu que l'on peut graduer le degré de finesse. Dans le cas de zircon, un maximum de finesse est, cependant, préférable pour en tirer tout le bénéfice. On lui confère ainsi un maximum de surface réactive pour se combiner avec les autres produits de base qui constituent la formule du fondant.
On met, de préférence, tous les ingrédients dans un four rotatif et on en opère le mélange en présence d'une quantité de
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ebeàt.eur autt1aat.- pour chuner toute l'humidi%4 et pour obtenir' une granulation de la grosseur d.tl'e, chaque 81'&nul' fOl.' contenant *lors 108 Inarddlente sensiblement dans la même pro- gaorion que l'fln8Q0bl@. Il est important que la température soit 4e de 88n1ère à ce que les factions entre les constituante du ¯lange soient nulles ou presque. On a trouvé qu'une tempe- rature de l'ordre de 816C donne sat3soC,on, A la température indiquée, le liant silicate oomnonce à fondre et forme avec les autres ingrédients des granules de masses non tondues et qui n'ont pas encore réagi entre eux.
Voici maintenant quelques compositions typiques d'empli usuel avec les limites de composition de chacun des ingrédients :
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<tb> composition <SEP> du <SEP> mélange
<tb>
<tb> tel <SEP> que <SEP> t <SEP> après <SEP> séchage
<tb>
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zircon (ZrS10) 25 - 40 27 - 44 0 0 - ,o 20 - 45 t 22 - 50 .
Minerai tac 50% ma 0 - 45
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<tb> Al2O3 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 25 <SEP> : <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 27 <SEP>
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> " <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 22 <SEP>
<tb> CaF2 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> : <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 22 <SEP>
<tb>
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Ferro-ellielum à 50%
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<tb> (agent <SEP> calmant) <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 7 <SEP> :
<SEP> l <SEP> - <SEP> 8
<tb>
<tb> Silicate <SEP> de <SEP> sodium
<tb>
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(solution 40%) 10 - 17 1 4- 8
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Les limites de composition auxquelles on donne la préférence sont les suivantes (% en poida) :
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<tb> tel <SEP> Que <SEP> après <SEP> séchage
<tb>
EMI7.2
Zircon (Zrsio) S7 - 36 1 30 - 39 M90 0-27 ) Mgo Minerai à 50% Ma 0 - 32 22-40 22-44 2 > 0 - 20 1 0 - 22 T102 0 - 12 t 0-13
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<tb> CaF2 <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 14 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicium <SEP> à <SEP> 50%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (agent <SEP> calmant) <SEP> 1-6 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 7 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicate <SEP> de <SEP> sodium
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (solution <SEP> à <SEP> 40%) <SEP> 11 <SEP> - <SEP> 16 <SEP> :
<SEP> 5 <SEP> - <SEP> 8
<tb>
Une composition spécifique pour fondant convenant à la soudure d'aciers rapides, répondant au genre de composition indiqué et constituant une mise en oeuvre préférée de l'invention, est la suivante, en % en poids :
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Zircon (zrsio4) 31 t 33,9
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<tb> MgO <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 7,6
<tb>
EMI7.6
Minerai à 50% Mn 25, 5 s 27.9 A1203 7 8 7#6
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<tb> TiO2 <SEP> 7 <SEP> : <SEP> 7,6
<tb>
<tb> CaF2 <SEP> 3,5 <SEP> : <SEP> 3,8
<tb>
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Ferro-allicium 4 50%
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<tb> (agent <SEP> calmant) <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 5,5
<tb>
<tb> Silicate <SEP> de <SEP> sodium
<tb>
<tb> (solution <SEP> à <SEP> 40%) <SEP> 14 <SEP> :
<SEP> 6,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ' <SEP> 100,0 <SEP> 100,0
<tb>
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Ainsi qu' il a été dit ci-dessus, des éléments d'alllage peuvent être ajoutés à ces compositions jusqu'à at teindre 60% en poids du produit final* Ces éléments d'alliage sont le chrome, le vanadium, le manganèse, le nickel, le molyb- dèbe, le cobalt, le cuivre, le tungstène ou le colombium ou au- tres analogues, employés sous la forme élémentaire, ou sous for- me d'alliages ou de composés. Lorsqu'on opère de telles additions les proportions préférées des ingrédients du fondant doivent être légèrement modifiées, tout en s'en tenant aux limites ci-dessus indiquées.
Une composition préférée à utiliser dans le cas d'additions d'éléments d'alliage, est la suivante (en % en poids) avant ces additions :
Composition du mélange
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<tb> tel <SEP> que <SEP> : <SEP> après <SEP> séchage
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Zircon <SEP> (ZrSiO4) <SEP> 31 <SEP> 34,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mgo <SEP> 24 <SEP> 26,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> :
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Minerai <SEP> à <SEP> 50% <SEP> Mn <SEP> 6 <SEP> 6,6
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> A120 <SEP> 14 <SEP> 15,4
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CaF2 <SEP> 8 <SEP> 8,8
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicium <SEP> à <SEP> 50%
<tb>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (agent <SEP> calmant) <SEP> 2 <SEP> 2,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicate <SEP> de <SEP> sodium
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (solution <SEP> à <SEP> 40%) <SEP> 15 <SEP> ' <SEP> 6,6
<tb>
Les ingrédients cites sont mélangés dans les, proportions indiquées. Ensuite, on ajoute à ce mélngange encore hu mide les éléments d'alliage dans des proportions préswablemnt déterminées, après quoi, on -procède à un mélange intme de l'en semble.
Puis on procède au séchage dans un appareil @proprié, par exemple, un four rotatif Jusqu'à, ce que toute l'aumindité ait
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été pratiquement chassée et que - ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus - le silicate de sodium commence à fondre, moment auquel les ingrédients cités, de même que les éléments d'allia- ge, se trouvent mélangés de manière parfaite, sans avoir encore réagi entre eux et qu'ils se sont réunis en autant de globules, dont la grosseur dépend des conditions du mélange, de la tempé- . rature employée, etc...
Etant donné que cette question de gros- seur des particules et le procédé employé pour le séchage ne constituent pas des caractéristiques de la présente invention, ils ne seront pas discutés plus avant ici.
En utilisant un fondant de la composition indi- qués, avec des additions de substances servant d'éléments d'al- liages, il devient possible de se servir comme électrode d'un acier ordinaire, à faible teneur en carbone, sans autre métal d'alliage ou avec une faible proportion de ce dernier, pour sou- der des aciers spéciaux et obtenir une soudure faite du même alliage que le métal soudé ou encore en tout autre alliage que l'on peut désirer.
En faisant varier les proportions dans lesquelles on ajoute les éléments d'alliage, on peut régler à volonté la composition de la soudure.
On notera que, dans toutes les formules indiquées, il n'est pas question de silice, ce qui correspond à la mise en oeuvra préférée de l'invention.
Ainsi qu'il a été signalé précédemment,, on peut cependant tolérer la présence de silice jusqu'à la teneur de 5%, surtout lorsqu'on fait usage d'un minerai à haute teneur en man- ganèse, renfermant une faible teneur de silice libre.
Des compositions de fondants répondant à la des- oription ci-dessus ont démontré leur succès pratique et ont per-
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mis de faire des soudures saines et, notamment, des surfaces dépourvues de points ou de granulations,
Il va de soi que d'autres ingrédients connus, qui se trouvent présents en quantités faibles, soit qu'ils aient été introduits accidentellement sous forme d'impuretés ou intention-. nellement, équivalent aux ingrédients ci-dessus spécifiés, leur présence dans des compositions de ce genre ne sortant pas du cadre de l'invention.
Conformément à l'invention, la silice dont la présence est courante dans les fondants connus pour soudure, a été remplacée en totalité - ou presque - par du ziroon, qui constitue un élément principal du fondant.