Procédé de soudage et produit en résultant. Cette invention a trait au soudage de profilés ou autres produits ouvrés en fer et en acier tels que: tôles d'acier, tubes d'acier, pièces d'acier laminées ou matricées, etc., par le procédé consistant à produire une jonction en métal ferreux le long des bords contigus des pièces de ce genre.
Ces pièces sont usuelle ment faites d'aciers de teneurs en carbone faibles ou moyennes ou, dans ces derniers temps et d'une façon croissante, d'aciers à teneur d'alliage relativement faible, tels que ceux contenant jusqu'à 1;501% environ de manganèse, les aciers dits au silico-man- ganèse, etc.
D'une façon essentielle et fondamentale, la présente invention tire parti des diverses propriétés,du carbone par des moyens qui n'avaient pas été appliqués jusqu'à ce jour en ce qui concerne le soudage. Ces propriétés du carbone ont leur maximum d'effet dans un milieu non oxydant.
Dans le procédé selon l'invention, on ef fectue une carburation des surfaces de bords contigus desdites pièces et un chauffage de ces surfaces à une température élevée pour fondre les parties carburées à une tempéra ture inférieure au point de fusion desdites pièces, et unit ces parties carburées fondues.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le carbone et le milieu non oxy dant sont tous deux fournis par l'acétylène, mais ils pourraient être fournis d'une autre manière: L'application du carbone peut, ou non, coïncider avec le soudage, mais est de préférence combinée avec lui et le soudage est de préférence effectué dans un milieu non oxydant.
Parmi les propriétés du carbone qui in terviennent dans cette invention, on citera les suivantes: 1 Il réagit avec l'oxyde de fer pour donner naissance à du fer et à de l'oxyde de carbone; 20 il est soluble dans le fer et rapidement absorbé par le fer chauffé à blanc; .30 il abaisse le point de fusion de l'alliage de fer et de carbone; 40 il augment> l'échelle des points de solidification du mé- lange de fer et de carbone; 50 il protège d'au tres ingrédients d'alliage, spécialement con jointement avec un milieu réducteur.
Une façon avantageuse d'exécuter le pro cédé selon l'invention est celle où l'on emploie une flamme à acétylène.
Jusqu'à ce jour, la flamme oxy-acétylé- nique neutre était universellement adoptée pour l'établissement des soudures autogènes par le gaz entre les pièces d'acier telles que: profilés, plaques, tubes, etc., la pratique usuelle consistant à appliquer cette flamme neutre de façon à fondre les bords contigus des pièces ià joindre et à remplir l'espace entre les surfaces fondues par du métal résultant de la. fusion d'une tige ou barrette d'acier ou de composition .à ingrédients d'alliage.
Dans cette flamme neutre, le réglage des propor tions de l'oxygène et de l'acétylène fournis est tel qu'il assure la température maximum à la pointe du cône de soudage de la flamme oxy-acétylénique.
Cette proportion comprend approximati vement 104 parties d'oxygène pour 100 par ties d'acétylène, en volume. Le réglage est usuellement déterminé approximativement par l'aspect de la flamme en ce sens que lorsque la quantité d'acétylène fournie est supérieure à la proportion ci-dessus, un cône intermédiaire, appelé ci-après "fleuron", com mence à apparaître à l'extrémité du dard ou cône interne blanc, la longueur de ce fleuron augmentant à mesure que l'excès d'acétylène augmente. Cette flamme, dite "neutre", exerce sur le métal de ,base une action oxy dante qui tend à augmenter au cours du sou dage, ce qui rend son état "neutre" difficile à maintenir.
Le mode opératoire usuellement appliqué pour établir un joint bout -à bout ou à rap prochement entre deux tôles, par exemple, consiste à biseauter les bords des tôles à sou der suivant un angle de 45 environ et à les placer à peu près parallèlement et presque en contact. On applique alors une flamme sou- dante "neutre" pour fondre profondément les parois de la rainure en V à 90 et remplir cette rainure du métal fondu produit par la fusion d'une barrette de soudure.
Le soudeur s'efforce d'empêcher que la masse de métal fondue avance le long de la rainure plus rapi dement que s'effectue la fusion profonde de la tôle ou métal de base par la flamme sou- dante. A cet effet, il manipule à la fois le chalumeau à souder -et la barrette de soudure dont il maintient l'extrémité dans la masse fondue.
Dans le soudage autogène des pièces d'a cier, en particulier, la nature oxydante de la flamme neutre est la source de divers incon vénients et de résultats médiocres parmi les quels on citera les suivants 1o Dans le soudage effectué avec la flamme dite "neutre", un degré considérable de surchauffage au-dessus du point de fusion est nécessaire dans le but de communiquer au métal une fluidité suffisante pour éliminer par flottage les particules d'oxyde produites. En effet, si ces particules étaient emprison nées dans la soudure en cours de solidifica tion, elles deviendraient des solutions de con tinuité non métalliques affaiblissant cette soudure.
Le surchauffa.ge du métal à un de gré trop élevé au-dessus de son point de fu sion aboutit. à une absorption excessive de gaz, le gaz absorbé se dégageant par la suite lorsque le métal se refroidit de nouveau à son point de solidification. Comme la surface su p6rieure se refroidit plus rapidement que l'intérieur de la masse fondue, une partie de ce gaz est emprisonnée et donne naissance à des "soufflures". Une température trop éle vée favorise aussi l'oxydation tant dans le mé tal déposé que le long des parois de la. rai nure en V à mesure que le soudage se pour suit et que le métal de base est porté à une température élevée.
20 La formation de recouvrements résul tant de l'étalement de la masse fondue sur le métal -de base non fondu. Lorsque ceci arrive, la pellicule d'oxygène revêtant le métal de base non fondu empêche la production d'une bonne soudure autogène entre les deux pièces.
30 Pour établir une soudure en V unique avec la flamme neutre, il est nécessaire de fondre les extrémités ou sommets des biseaux, ce qui permet usuellement au métal de pas ser à travers; par contre, si ces sommets ne sont pas fondus, il en résulte généralement une pénétration insuffisante et il reste au fond de la. rainure en<B>V</B> un interstice ou par tie incomplètement soudée et remplie d'oxyde. L'un et l'autre de ces résultats sont courants lorsqu'on effectue le soudage avec la flamme dite "neutre" et sont nettement pré judiciables dans la plupart des travaux.
40 Les ingrédients d'alliage de la tige de soudure sont appauvris et la teneur en car bone est réduite à une valeur indésirable. Deux inconvénients que présente cette com bustion des ingrédients d'alliage, et du car bone, sont d'élever le point de fusion du mé tal de remplissage et de diminuer l'échelle de ses points de solidification.
Jusqu'à ce jour, dans le soudage autogène des profilés, etc. (aciers -à teneur en carbone faible ou modérée) à l'aide de la flamme oxy-acétylénique neutre, tout variation du ré glage neutre, que ce soit vers un excès d'oxygène ou vers un excès d'acétylène, était considérée comme indésirable. La demande resse a découvert qu'un excès d'acétylène s'é levant à 6--10% environ par rapport à la proportion d'acétylène de la flamme "neutre" est au contraire nécessaire pour créer un état plus neutre en ce qui concerne son effet sur le métal de remplissage.
En d'autres termes, en ce qui concerne l'effet de la flamme sur le métal de remplissage, on obtient avec une seule flamme des conditions se rapprochant davantage de l'état neutre, lorsque le rapport volumétrique de l'oxygène fourni à. l'acéty lène est de 97 -à 100 environ. Avec une flamme de ce genre, le carbone et les autres ingrédients de l'acier restent pratiquement non oxydés et de qualité inchangée.
Dans la présente description, dans le but de se con former ;à l'usage, la flamme sera désignée se lon son aspect, c'est-à-dire qu'elle sera appe lée "neutre" lorsque le fleuron ou cône inter médiaire vient juste de disparaître du cône interne blanc et #à excès d'acétylène lorsque le cône interne sera prolongé par un fleuron épais. Dans l'application du procédé selon la présente invention @à l'aide d'une flamme oxy-acétylénique, on fait en sorte que les pa rois de la rainure formée entre les pièces à. souder absorbent du carbone à titre de prépa ration à la réception du métal de remplissage.
Ceci peut être effectué avant le soudage, par exemple par cémentation, ou par une fusion superficielle préliminaire des surfaces à l'aide d'une flamme à excès d'acétylène. Tou tefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'absorption du carbone est com binée avec l'opération de soudage par l'appli cation d'une flamme "à excès d'acétylène" selon la définition précédente.
Quoique des soudures excellentes aient été obtenues avec une seule flamme, suivant la présente invention, lorsque le rapport vo lumétrique de l'oxygène là l'acétylène est ap proximativement de 97 à 100, l'excès d'acéty lène appliqué peut varier entre les limites d'une échelle assez grande. D'une façon gé nérale, et sur la base d'une détermination vi sible, une flamme unique convenablement ré glée peut varier d'un point où le fleuron in termédiaire vient juste d'apparaître à. un point où il atteint une @à trois fois la lon gueur du cône interne blanc, mesurée à partir de l'extrémité de -ce cône.
Toutefois, il n'existe pas -de réglage unique de l'excès d'a cétylène susceptible de satisfaire à tous les desiderata parce que les becs ou ajutages à une seule flamme peuvent être de différentes dimensions, on peut faire usage de plusieurs becs, comme dans le soudage à plusieurs flammes, et le mode de manipulation de la ou des flammes (direction, point d'application et mouvement) est susceptible de varier avec différents soudeurs. Dans la pratique, la fa çon la plus simple actuellement connue de la demanderesse, de définir les limites de la quantité d'acétylène en excès qui convient pratiquement pour la plupart des cas dépend de certaines particularités visibles et faciles à discerner de l'opération de soudage.
En gé- général, l'excès d'acétylène employé est suffi sant lorsque la. surface non soudée située à une faible distance en avant de la soudure fond superficiellement, de façon spontanée en raison de l'absorption de carbone par le mé tal chauffé à blanc et d'un abaissement du point de fusion de la couche superficielle ainsi carburée. L'aspect "mouillé" de la sur face du métal de base sur une courte distance en aval de la soudure indique au soudeur que la quantité de carbone absorbée par cette surface est suffisante et que la flamme est convenablement réglée.
Le soudeur peut aussi discerner facilement le moment où la quan tité d'acétylène en excès employée est trop grande, car l'aspect des étincelles produites par la masse fondue au cours. du soudage constitue alors le critérium, les étincelles du type scintillant devenant plus nombreuses que d'ordinaire, ces étincelles scintillantes étant la caractéristique d'un acier à haute teneur en carbone usé par une meule en émeri.
Entre ces limites, un réglage précis n'est pas essentiel, la quantité désirable d'a cétylène en excès dépendant, d'une part, de l'ajutage ou bec du chalumeau, de ses dimen sions et du nombre d'ajutages employés et, d'autre part, de la soudure ainsi que, dans une faible mesure, de la manipulation, de la position de la flamme, etc.
Lorsqu'on soude bout à bout des tôles de chaudière ou des tronçons de tube d'acier, par exemple, le mode de biseautage et d'as semblage des pièces à souder peut être sensi blement le même, dans le présent procédé, que s'il s'agissait de souder à l'aide de la flamme neutre, excepté qu'on peut constituer une rai nure beaucoup plus étroite, par exemple -à 60 , et rapprocher davantage les éléments, alors qu'il est pratiquement nécessaire de constituer une rainure plus large, telle qu'un V de 90 , lorsqu'on effectue le soudage à l'aide de la flamme neutre à cause de la dif ficulté d'assurer la pénétration de la flamme jusqu'au fond de la rainure.
On peut adopter à volonté le soudage en avançant ou le sou dage en reculant, ce dernier mode opératoire étant préférable et particulièrement avanta geux dans ce procédé lorsqu'on effectue le soudage à la main avec une flamme unique produite par le type de chalumeau à souder qui existe à l'heure actuelle.
Dans certains cas, une tige de soudure, si l'on se sert d'une telle tige dans le présent procédé comme on le fait actuellement, peut être maintenue pres que verticalement par rapport -à l'ouvrage, mais il est préférable de la maintenir suivant un angle aigu avec cet ouvrage en l'inclinant dans une direction qui l'éloigne du chalumeau et en engageant son extrémité inférieure dans la masse d'acier fondu que renferme la rai nure, mais il est préférable que la tête du chalumeau à souder soit maintenue presque horizontalement ou qu'elle ne soit que légère ment inclinée par rapport ù une position ho rizontale,
afin que la flamme qui en émerge soit ou bien pratiquement horizontale, ou bien faiblement inclinée, par exemple de,30 en viron, par rapport au plan de la soudure. La chaleur est dirigée principalement vers l'ex trémité de la tige de soudure et il est préfé rable que le métal de base ne soit jamais chauffé au point de fusion de l'acier par la flamme du chalumeau. En temps ordinaire, dans le soudage à la flamme neutre, la tête du chalumeau et la flamme sont inclinées de 60 environ par rapport au plan de la sou dure.
Le présent procédé de soudage à excès d'acétylène permet d'effectuer une autre sim plification de la technique du soudage en ce sens qu'il n'est pas nécessaire d'effectuer une manipulation spéciale ou un mouvement de pivotement transversal du chalumeau et de la tige -de soudage en travers de la rainure ainsi qu'il est nécessaire dans le soudage à la flamme neutre.
Il suffit usuellement de faire mouvoir la tête pratiquement horizontale du chalumeau d'une faible distance dans la di rection de la rainure, alternativement dans un sens et en sens inverse, au-dessus de la partie non soudée de la rainure, la flamme tournée vers la tige, afin que la flamme à excès d'a cétylène vienne continuellement frapper la tige de remplissage pour fondre cette tige à la vitesse convenable et que, lorsque la flamme est déplacée d'une faible distance à l'écart de la tige, elle chauffe et carbure les surfaces adjacentes de la rainure. Dans cer- tains cas, ce mouvement du chalumeau et de la flamme n'est pas nécessaire.
La flamme peut être maintenue fixe par rapport à la soudure, à une faible distance de cette sou dure et en regard de la tige de remplissage. Le front avançant de la soudure réfléchit une quantité considérable de la chaleur et une partie de la flamme vers l'avant, le long de la. rainure non soudée, ce qui contribue à pré parer les parois de la rainure en vue de la ré ception du métal fondu et de leur union avec ce métal. Les parois de la rainure sont aussi préchauffées par conduction. Pendant l'opé ration de soudage entière, la masse fondue, l'extrémité fondante de la tige et les surfa ces de la rainure sur le point d'être soudées sont, bien entendu, enveloppées et protégées contre l'oxydation par la flamme à excès d'acétylène.
Lorsque l'opération de soudage élève la température des surfaces adjacentes de la rai nure au blanc soudant, le métal de base si tué à une faible distance en avant de la masse fondue peut absorber rapidement du carbone. Le carbone peut être appliqué soit sous forme d'une pâte convenable, soit sous forme d'un composé carburant, soit encore par le contact avec un bloc de graphite, mais il est préférable de le dériver de la flamme soudante elle-même en fournissant à cet ef fet à. celle-ci un excès suffisant d'acétylène et en la manipulant de la. façon décrite.
Dans le soudage d'un joint en V suivant l'inven tion, avec une flamme à excès d'acétylène convenablement manipulée, la pellicule su perficielle du métal -de base fond sur une courte distance (environ 12 millimètres lors qu'on soude des tôles d'acier de 10 milli mètres) à l'avant de la masse fondue mo bile. Ceci est dû au fait que le métal de base voisin de la soudure est porté au blanc soudant et absorbe rapidement le carbone de la flamme.
En raison de l'effet du carbone sur le fer, dont il abaisse le point de fu sion, le carbone provoque la fusion spontanée de cette pellicule superficielle, c'est-à-dire à une température sensiblement inférieure au point de fusion du métal de base original. Cette action est facilitée et protégée parle mi lieu non oxydant assuré par la flamme à excès d'acétylène lorsque cette flamme a été réglée pour fournir la quantité de carbone nécessaire pour précarburer la surface.
La. masse fondue qui avance et se répand par-dessus les surfaces fondues ainsi prépa rées se comporte d'une manière très diffé rente de celle dont elle se comporte dans le cas de la flamme neutre. Contrairement au mode opératoire adopté dans ce dernier cas, il n'est pas nécessaire de fondre la matière de base avec la flamme du chalumeau, étant donné que sa surface fond spontanément.
Avec la flamme neutre, la surface adjacente à la masse fondue est "sèche", la masse fon due ne la "mouille" pas et avance au con traire avec un ménisque convexe analogue à celui du mercure sur le verre ou au mé- nisque.de soudure fondue sur du cuivre so lide n'ayant pas été traité par le fondant. Par contre, en opérant conformément au pré sent procédé, la surface adjacente est usuel lement "mouillée" de 12 millimètres environ à l'avant de la masse fondue qui avance, avec un ménisque concave, comme le ménisque de soudure sur du cuivre convenablement pré paré.
Lorsque le métal de la masse fondue entre en contact avec les surfaces carburées fondues, le carbone se distribue de lui-même par diffusion et les métaux de base et de remplissage constituent un alliage parfait et un joint autogène. Comme les surfaces de la rainure ne sont de préférence fondues que superficiellement, la forme initiale de ces surfaces reste inchangée dans le joint fini, et les surfaces de contact qui existent entre deux éléments unis directement ou en tre des éléments de ce genre et le métal de remplissage intercalé sont exemptes de lai tier et d'oxyde à un degré susceptible d'être discerné au microscope comme marquant ou définissant les surfaces initiales.
Il existe -- physiquement et chimiquement - entre les métaux de remplissage et de base une transition graduelle qui est effectuée par dif fusion après solidification plutôt que par fusion comme dans le soudage à la flamme neutre. L'effet de pénétration de chaleur dans le métal de base, dans le présent procédé, est nettement inférieur à celui qui intervient dans le soudage à la flamme neutre. Par exemple, lorsqu'on soude une tôle de 10 mil limètres avec une flamme dite "neutre'e,. la profondeur du métal chauffé au-dessus du point de recristallisation. de l'acier est de 10 millimètres environ, tandis que,
dans le soudage à excès d'acétylène suivant le pré sent procédé, la profondeur moyenne n'excède pas 3 @à 4 millimètres environ. En général, la structure du métal de base est modifiée jus qu'à une profondeur d'une moitié au tiers de la profondeur à laquelle elle est modifiée par le soudage à la flamme neutre, dans le cas d'organes de mêmes dimensions. De plus, l'effet .de chaleur du métal de base va en di minuant vers le fond de la rainure en V.
La pellicule superficielle fondue à grande teneur en carbone réagit sur ses contours avec la pellicule d'oxyde qui est présente même sur des surfaces nettoyées mécaniquement. La réaction est. indiquée par une légère for mation de mousse provoquée par l'échappe ment du produit gazeux de la réaction, celle-ci 'étant terminée immédiatement et laissant la surface exempte d'oxyde et prête à s'unir au métal fondu.
Ceci évite la nécessité .d'éliminer l'oxyde superficiel par flottage, ainsi qu'il est nécessaire dans le soudage à la flamme neutre; en outre, l'in clusion d'oxyde sous forme d'une pellicule est sensiblement éliminée, de même que d'au tres types d'inclusions, qu'elles soient visibles ou invisibles au microscope.
Comme la sur face de métal de base est exempte d'oxyde et fond au-dessous .de son point de fusion initial, le métal de remplissage peut être ap pliqué à une température beaucoup plus basse qu'avec la. flamme neutre, ce qui éli- mine sensiblement l'absorption du gaz et empêche les soufflures.
Des vitesses de sou dage plus grandes peuvent être obtenues avec la flamme à excès d'acétylène en rai son de la formation de la pellicule super ficielle de haute teneur en carbone, étant donné que, malgré la température inférieure de la flamme à -excès d'acétylène, la soudure s'accomplit plus rapidement puisque le mé tal de base n'exige pas de fusion directe et profonde et que le métal de remplissage n'a pais besoin d'être chauffé à une température aussi élevée que dans le soudage à la flamme neutre. (3n réalise par conséquent de gran des économies de temps et de gaz.
Parmi les autres avantages résultant de cette façon d'opérer, qui contribuent à assu rer un -soudage plus rapide et plus économi que, on citera les suivants: Il n'existe pas d'oxydes à éliminer pair flottage; la tige de remplissage fond plus rapidement; l'habileté et les manipulations nécessaires sont moin dres; la quantité de chaleur nécessaire par unité de surface est moindre; on peut appli quer une quantité de chaleur plus grande par unité de surface; et l'on peut utiliser effica cement une rainure plus étroite.
Dans le pré sent procédé, une buse ou bec de chalu meau possédant un orifice beaucoup plus grand que cela serait praticable dans le sou dage à la flamme neutre peut être utilisé pour souder une épaisseur donnée de métal de base, principalement .à. cause du fait qu'il faut moins d'habileté et de manipulations et qu'on peut souder à une vitesse plus grande. Une vitesse plus grande résulte même de l'emploi du même numéro- de bec, ce qui di minue la. quantité de chaleur dépensée par mètre linéaire de soudure ou par kilo de mé tal fondu.
Cet accroissement de vitesse per met à son tour l'utilisation d'un bec plus gros tout en assurant le maintien d'une sou dure excellente. Il devient aussi possible d'employer une tige de remplissage beau coup plus grosse que dans le soudage à la flamme neutre (pour la même épaisseur de métal de baise), ce qui facilite la soudure et permet de chauffer la tige plus efficacement. De plus, les éléments d'alliage tels que le carbone, le manganèse, le silicium, etc. du métal de soudage ne sont pas diminués; par conséquent, le point de fusion de-l'acier ne subit aucun accroissement, pas plus que l'échelle de ses points de solidification n'est diminuée.
Non seulement le- métal est désoxydé par l'acétylène, mais l'oxydation est empêchée en raison de la gaine de gaz ré ducteur enveloppant l'extrémité inférieure. de la. tige, le métal fondu et les zones adjacentes (les organes en cours de soudage.
Les renseignements suivants, obtenus comme résultat d'un certain nombre d'essais comparatifs de vitesses de travail, consom- mation de gaz et quantité de métal déposé de la tige de remplissage, feront comprendre la nature des économies qu'il est possible de réa liser grâce à la présente invention dans le soudage à la main le long d'une rainure en <B>V</B> simple de tôles d'acier de 10 mm d'épais seur avec une flamme unique.
EMI0007.0008
<I>Type <SEP> de <SEP> flamme</I>
<tb> <B>EX,</B> <SEP> <I>c@s</I>
<tb> <I>neutre <SEP> cl'acélylàee</I>
<tb> <I>Vitesse <SEP> de <SEP> soudage</I>
<tb> Mètres <SEP> par <SEP> heure <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,2-1,8 <SEP> 3,6--ô,1
<tb> Poids <SEP> de <SEP> tige <SEP> fondu <SEP> par <SEP> heure <SEP> (kg) <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 0,9-1,3 <SEP> 2.7-3,6
<tb> <I>Consommation <SEP> de <SEP> gaz</I>
<tb> Volume <SEP> d'oxygène <SEP> par <SEP> kg <SEP> de <SEP> tige <SEP> fondu <SEP> (m@) <SEP> 0,73 <SEP> 0,51
<tb> Volume <SEP> d'acétylène <SEP> par <SEP> kg <SEP> de <SEP> tige <SEP> fondu <SEP> (m3) <SEP> 0,71 <SEP> 0,53 En ce qui concerne la table ci-dessus, on remarquera que les renseignements relatifs au soudage à la flamme neutre sont basés sur l'emploi d'une flamme aussi grande que celle qui peut être manipulée en toute sécurité sur l'épaisseur de tôle indiquée, savoir la flamme fournie par un bec Oxweld no 10 ayant un orifice de 2,5 mm de diamètre et consommant environ 1,02.
m3 d'oxygène par heure et environ 0,97 m3 d'acétylène par heure; tandis que les renseignements relatifs au soudage à l'aide de la flamme à excès d'acétylène sont basés sur l'emploi du nu méro de bec directement supérieur, savoir d'un bec Oxweld no 12 ayant un orifice de 3 mm de diamètre et consommant environ 1,84- m3 d'oxygène et 1,87 mg d'acétylène par heure.
Il va de soi que si, dans le but de réa liser une vitesse plus grande, on fait usage d'un bec plus gros avec une flamme neutre dans les conditions données, on obtient des soudures de qualité inférieure, même si le soudeur est très habile; tandis que la qua lité des soudures obtenues avec la flamme à excès d'acétylène, plus rapide, est meilleure que celle des meilleures soudures obtenues à l'aide de la flamme neutre et exige moins d'habileté de la part du soudeur.
Comme la pellicule d'oxyde du métal de base est éliminée par la pellicule fondue re couvrant les surfaces des rainures juste en avant de la zone de soudure, on évite la for mation de recouvrement, en particulier au fond d'une rainure à V simple; de plus, les sommets des biseaux des pièces à unir n'ont plus besoin d'être fondus par la flamme du chalumeau en vue d'assurer la pénétration et un soudage complet, comme cela est néces saire avec la flamme neutre, de sorte. que le métal fondu ne risque pas de traverser le V et de constituer des saillies sur la face de dessous du joint.
L'action de la flamme à excès d'acétylène sur la tige de soudure est aussi nettement avantageuse en ce sens que la surface extrê mement chauffée de la tige absorbe le car bone de la flamme, de telle sorte qu'elle fond rapidement à une température plus basse que son point de fusion normal. Dans le but d'ac célérer encore la fusion de la tige et l'opéra tion de soudage considérée dans son ensem ble, on peut préchauffer la tige, la. pièce ou les deux et fournir ainsi avantageusement une quantité de chaleur supplémentaire pour l'opération de soudage.
Ce préchauffage de la tige peut être effectué de façons diverses, par exemple en utilisant un chalumeau de soudage à plusieurs becs dont l'un dirige une flamme de chauffage (avec ou sans excès d'acétylène) vers la tige â une faible distance de l'extrémité de fusion de cette tige et dont l'autre ou les autres dirigent la flamme de soudageà excès d'acétylène vers la rainure et la masse de métal fondu. On pourrait encore dévier une certaine partie de la chaleur de la flamme à souder à excès d'acétylène en diri geant cette flamme vers le haut le long de la tige, de façon à préchauffer celle-ci.
Bien que la composition chimique et les ingrédients d'alliage d'une tige d'acier propre à être appliquée dans le présent procédé puissent varier considérablement, on a trouvé que certaines compositions conviennent mieux que d'autres. Toutefois, d'une façon générale., une tige de soudure satisfaisante pour le but envisagé peut contenir 0,05 à 0,50 % de car bone, 0,50 à<B>1,75%</B> de manganèse, 0,20 à 1,50 % de silicium.
Par exemple, grâce au pré sent procédé, on a obtenu avec une seule flamme à excès d'acétylène d'excellentes sou dures entre des pièces laminées en acier, telles que es tôles d'acier et des sections de tube de 10 mm d'épaisseur à l'aide d'une tige d'acier contenant 0,11 à 0,20 % environ de carbone; 0,90 â <B>1,15%</B> environ de manga nèse; 0,32 à 0,42% environ de silicium; pas plus de 0,04% environ :de chacun des élé ments: soufre et phosphore; le reste étant principalement composé de fer.
En plus des avantages marqués précédem ment énumérés et des économies réalisées dans la vitesse de soudage et la consommation de gaz, la flamme à excès d'acétylène pré sente l'avantage qu'elle est moins sujette à donner lieu à des retours de flamme que la flamme neutre, qu'elle empêche l'encrasse ment ou obstruction de l'orifice de l'ajutage, que l'oxyde du métal de base ne passe pas dans la soudure, comme cela a lieu dans le soudage à la flamme neutre, et qu'on obtient des soudures dont la teneur en carbone est au moins aussi grande que celle des pièces soudées et dont les qualités physiques sont supérieures à celles qu'il est possible d'obte nir avec la flamme neutre.
La demanderesse n'ignore pas qu'une flamme à excès d'acétylène avait déjà été utilisée dans une mesure limitée pour des buts spéciaux tels que le dépôt d'alliages spé ciaux, comme, par exemple, le dépôt d'un alliage non ferreux de tungstène, chrome, co balt sur des surfaces d'acier pour constituer un revêtement résistant à l'usure; le soudage d'alliages spéciaux tels que le fer au chrome et l'acier au nickel; et le traitement de piè ces d'acier à haute teneur en carbone telles que les rails en acier.
Toutefois, le but et la manière de procéder étaient tous deux très différents, ce qu'on cherchait à réaliser dans le premier cas, en déposant l'alliage non fer reux étant de produire une couche relative ment mince et résistant à l'usure sur une sur face de métal; dans les autres cas, simple ment de constituer un milieu non oxydant, ou d'introduire une quantité supplémentaire de carbone dans le métal de soudure déposé ou dans la pièce traitée, afin de créer une teneur plus grande en carbone et d'obtenir une sur face plus dure.
Bien que les avantages et résultats per fectionnés exposés précédemment soient obte nus de la façon la plus satisfaisante à l'aide d'une flamme à excès d'acétylène appliquée à la fois comme source de chaleur -à haute température et comme source de carbone de la manière décrite, on peut, dans certains cas, se servir d'une flamme neutre oxy-ac6tyléni- que ou d'un arc électrique à titre de source de chauffage à haute température et appliquer une flamme d'acétylène indépendante dans la zone chauffée par cet arc ou flamme neutre,
améliorant ainsi notablement le mode d'action de ce dernier lorsqu'il est appliqué dans le soudage de profilés et pièces en acier laminé. Dans certains cas, par exemple lors qu'on fait usage de plusieurs flammes de gaz, il se peut que la quantité totale d'ac6ty- lène de la flamme de chauffage considérée dans son ensemble n'excède pas le volume d'oxygène fourni, bien que les diverses flammes ainsi utilisées puissent néanmoins être appliquées de telle manière que les bords contigus à souder soient carburés et soudés suivant la présente invention.
Au lieu d'une seule flamme à excès d'acétylène telle que celle précédemment décrite, on peut appliquer conjointement des flammes ou groupes de flammes oxy-acétyléniques réglés indépen damment; par exemple, on peut diriger une flamme dite "neutre" ou une flamme conte nant un excès modéré d'acétylène sur la masse de métal fondu, principalement dans le but de fondre le métal de remplissage et de chauffer les parties à unir, et diriger une autre flamme contenant un excès plus grand d'acétylène vers les bords contigus du métal de base, à, l'avant de la masse de métal fondu principalement pour carburer le métal de base.
La ou les flammes carburantes mention nées en dernier lieu peuvent être composées d'acétylène seulement, mais il est préférable d'appliquer avec ce gaz une quantité suffi sante d'oxygène ou autre gaz à haute pres sion pour lui communiquer une vitesse suffi sante pour repousser la ou les flammes du groupe de fusion et de chauffage et provo quer la rencontre de la ou des flammes carbu rantes avec le métal de base en un point si tué ;juste en avant de la masse de métal fondu. Avec des flammes ou groupes de flammes réglés indépendamment de la fa çon précédemment décrite, il est possible de faire usage d'un métal de remplissage ou tige de soudure composé de fer presque pur ou d'un acier dont la teneur en carbone est inférieure à<B>0,10%</B> et la teneur en d'autres ingrédients, tels que le manganèse, le sili cium et le nickel, négligeable.
<B>il</B> est bien entendu que le présent procédé peut être appliqué au soudage à la main et au soudage à la. machine et qu'il est non seu lement applicable au soudage bout à bout ou à rapprochement, mais aussi au soudage à re couvrement et au soudage à cordon- ou filet. Ces modes de soudage sont conformes à la présente invention, étant donné que le terme "contigu" employé pour désigner la relation des pièces à unir s'applique aussi bien à des bords ou surfaces disposés à recouvrement qu'à des bords ou surfaces juxtaposés. Il est préférable que les bords ou surfaces à unir soient d'abord débarrassés de la rouille et de la couche d'oxyde inhérente au laminage, par exemple par une opération de brossage à la brosse métallique, meulage, fraisage, etc.
En effet, si l'épaisseur de la couche d'oxyde était considérable, cette matière pourrait em pêcher l'absorption du carbone et nuire de quelque autre manière à l'opération de sou dage.
Il est généralement préférable d'appli quer comme métal de remplissage une tige de métal propre à produire un joint soudé sui vant le présent procédé, mais on peut, dans certains cas, supprimer entièrement ou par tiellement une tige de ce genre et obtenir le métal de remplissage en tout ou en partie en fondant des parties du métal de base et fai sant couler ce métal sur des surfaces adjacen tes convenablement préparées du métal de base, c'est-à-dire sur les surfaces du métal de base qui ont été modifiées par la carburation et chauffées à une température fondant ces surfaces modifiées.
En outre, dans certains cas, on peut créer un joint soudé entre des pièces laminées en amenant simplement leurs surfaces en contact direct après qu'elles ont été mouillées superficiellement de la manière décrite. Par conséquent, dans tous les cas, il est essentiel que les bords contigus des piè ces soient carburés et chauffés à une tempé rature qui fond un métal neuf ou modifié de ce genre, mais non le métal de base qui se trouve au-dessous;
et d'amener alors des sur faces fondues ou préparées de ce genre en contact direct pour les unir de cette façon ou produire un joint soudé entre lesdites sur faces par la fusion d'un métal de remplis sage provenant d'une tige de métal distincte, des pièces elles-mêmes ou,à la fois d'une tige de métal et du métal de base et en faisant couler ce métal de remplissage fondu sur les surfaces fondues superficiellement du métal de base.
Welding process and resulting product. This invention relates to the welding of sections or other fabricated products of iron and steel such as: steel sheets, steel tubes, rolled or forged steel parts, etc., by the process of producing a junction in ferrous metal along the adjoining edges of such pieces.
These parts are usually made of steels of low or medium carbon content or, in recent times and increasingly, of steels with relatively low alloy content, such as those containing up to 1; 501 approximately% of manganese, so-called silico-manganese steels, etc.
Essentially and fundamentally, the present invention takes advantage of the various properties of carbon by means which have not been applied to date with respect to welding. These properties of carbon have their maximum effect in a non-oxidizing environment.
In the process according to the invention, carburization of the contiguous edge surfaces of said parts and heating of these surfaces to a high temperature is carried out to melt the carburized parts at a temperature below the melting point of said parts, and unites these parts. molten carburized parts.
In the preferred embodiment of the invention, the carbon and the non-oxidizing medium are both provided by acetylene, but they could be provided in another way: The application of the carbon may or may not coincide. with welding, but is preferably combined with it and the welding is preferably carried out in a non-oxidizing medium.
Among the properties of carbon which are involved in this invention are the following: 1 It reacts with iron oxide to give rise to iron and carbon monoxide; It is soluble in iron and rapidly absorbed by white-heated iron; .30 it lowers the melting point of the alloy of iron and carbon; 40 it increases> the scale of the solidification points of the mixture of iron and carbon; 50 it protects other alloying ingredients, especially in conjunction with a reducing medium.
An advantageous way of carrying out the process according to the invention is that in which an acetylene flame is employed.
Until today, the neutral oxy-acetylene flame has been universally adopted for establishing autogenous gas welds between steel parts such as: profiles, plates, tubes, etc., the usual practice of apply this neutral flame so as to melt the contiguous edges of the parts ià join and to fill the space between the molten surfaces with the resulting metal. fusion of a rod or bar of steel or of a composition with alloying ingredients.
In this neutral flame, the adjustment of the proportions of oxygen and acetylene supplied is such as to ensure the maximum temperature at the tip of the welding cone of the oxy-acetylene flame.
This proportion comprises approximately 104 parts of oxygen per 100 parts of acetylene, by volume. The setting is usually determined approximately by the appearance of the flame in that when the amount of acetylene supplied is greater than the above proportion, an intermediate cone, hereinafter referred to as a "finial", begins to appear. the end of the dart or internal cone white, the length of this floret increasing as the excess acetylene increases. This so-called "neutral" flame exerts on the base metal an oxidizing action which tends to increase during soldering, which makes its "neutral" state difficult to maintain.
The procedure usually applied to establish a butt or close joint between two sheets, for example, consists in bevelling the edges of the sheets to be welded at an angle of approximately 45 and placing them approximately parallel and almost in touch. A "neutral" welding flame is then applied to deeply melt the walls of the 90 V-groove and fill this groove with molten metal produced by the melting of a solder bar.
The welder tries to prevent the molten mass of metal from advancing along the groove any faster than the deep melting of the base sheet or metal by the welding flame. For this purpose, he handles both the welding torch and the welding bar, the end of which he holds in the molten mass.
In the autogenous welding of steel parts, in particular, the oxidizing nature of the neutral flame is the source of various drawbacks and mediocre results among which the following can be mentioned 1o In welding carried out with the so-called "neutral flame ", a considerable degree of superheating above the melting point is necessary in order to impart sufficient fluidity to the metal to float off the oxide particles produced. Indeed, if these particles were trapped in the weld during solidification, they would become non-metallic continuity solutions weakening this weld.
Overheating of the metal to a degree too high above its melting point results. excessive gas absorption, the absorbed gas subsequently being given off when the metal cools back to its solidification point. As the upper surface cools faster than the interior of the melt, some of this gas is trapped and gives rise to "blowholes". Too high a temperature also promotes oxidation both in the deposited metal and along the walls of the. V-groove as welding proceeds and the parent metal is heated to a high temperature.
The formation of laps as a result of spreading the melt over the unmelted base metal. When this happens, the oxygen film coating the unmelted base metal prevents the production of a good autogenous weld between the two parts.
To establish a single V-weld with the neutral flame, it is necessary to melt the ends or tops of the bevels, which usually allows the metal to pass through; on the other hand, if these tops are not melted, this generally results in insufficient penetration and it remains at the bottom of the. <B> V </B> groove with a gap or part incompletely welded and filled with oxide. Both of these results are common when welding with the so-called "neutral" flame and are clearly detrimental in most jobs.
The alloy ingredients of the weld rod are depleted and the carbon content is reduced to an undesirable value. Two disadvantages of this combustion of the alloying ingredients, and of the carbon, are that of raising the melting point of the filling metal and of reducing the scale of its solidification points.
Until today, in autogenous welding of profiles, etc. (low or moderate carbon steels) using the neutral oxy-acetylene flame, any change in the neutral setting, whether towards an excess of oxygen or towards an excess of acetylene, was considered to be undesirable. The application has discovered that an excess of acetylene amounting to about 6--10% relative to the proportion of acetylene in the "neutral" flame is, on the contrary, necessary to create a more neutral state in terms of concerns its effect on the filler metal.
In other words, with regard to the effect of the flame on the filler metal, with a single flame conditions are obtained which more closely approximate the neutral state, when the volumetric ratio of the oxygen supplied to. acetylene is about 97-100. With such a flame, the carbon and other ingredients of the steel remain virtually unoxidized and of unchanged quality.
In the present description, in order to conform to use, the flame will be designated according to its appearance, that is to say it will be called "neutral" when the finial or intermediate cone The inner cone has just disappeared from the white and # excess acetylene cone when the inner cone is extended by a thick finial. In the application of the process according to the present invention @ using an oxy-acetylene flame, it is ensured that the walls of the groove formed between the parts. welding absorb carbon as a preparation for receiving the filler metal.
This can be done before welding, for example by carburizing, or by preliminary surface melting of the surfaces using an excess acetylene flame. However, in the preferred embodiment of the invention, the absorption of carbon is combined with the welding operation by the application of a flame "with excess acetylene" according to the preceding definition.
Although excellent welds have been obtained with a single flame, according to the present invention, when the volumetric ratio of oxygen to acetylene is approximately 97 to 100, the excess acetylene applied can vary between limits of a fairly large scale. Generally, and based on visible determination, a properly adjusted single flame can vary from a point where the intermediate finial has just appeared to. a point where it reaches one to three times the length of the white internal cone, measured from the end of the cone.
However, there is no single adjustment of the excess acetylene which can satisfy all the requirements because the nozzles or nozzles with a single flame can be of different dimensions, several nozzles can be used, as in multi-flame welding, and the manner of handling the flame (s) (direction, point of application and movement) is likely to vary with different welders. In practice, the simplest way currently known to the Applicant, to define the limits of the quantity of excess acetylene which is practically suitable for most cases depends on certain visible and easily discernible features of the operation of welding.
In general, the excess acetylene employed is sufficient when the. non-welded surface located at a small distance in front of the weld superficially melts, spontaneously due to the absorption of carbon by the white-heated metal and a lowering of the melting point of the surface layer thus carburized. The "wet" appearance of the base metal surface a short distance downstream of the weld indicates to the welder that the amount of carbon absorbed by that surface is sufficient and that the flame is properly controlled.
The welder can also easily discern when the excess amount of acetylene employed is too great, as the appearance of the sparks produced by the melt during. Welding is then the criterion, the scintillating type sparks becoming more numerous than usual, these scintillating sparks being the characteristic of a high carbon steel content worn by an emery wheel.
Between these limits, precise adjustment is not essential, the desirable quantity of excess acetylene depending, on the one hand, on the nozzle or nozzle of the torch, its dimensions and the number of nozzles used and , on the other hand, soldering as well as, to a small extent, handling, flame position, etc.
When butt-welding boiler sheets or sections of steel tube, for example, the way of beveling and joining the parts to be welded can be substantially the same, in the present process, as in the present process. 'it was a question of welding with the aid of the neutral flame, except that one can constitute a much narrower groove, for example - at 60, and bring the elements closer together, whereas it is practically necessary to constitute a wider groove, such as a V of 90, when welding with the neutral flame because of the difficulty of ensuring the flame penetration to the bottom of the groove.
Forward welding or backward welding can be adopted at will, the latter procedure being preferable and particularly advantageous in this process when welding by hand with a single flame produced by the type of welding torch. that currently exists.
In some cases, a welding rod, if such a rod is used in the present process as is presently done, can be held almost vertically to the work, but it is preferable to do so. maintain an acute angle with this work by tilting it in a direction away from the torch and engaging its lower end in the mass of molten steel contained in the groove, but it is preferable that the head of the torch to weld is maintained almost horizontally or that it is only slightly inclined with respect to a horizontal position,
so that the flame which emerges from it is either practically horizontal, or else slightly inclined, for example by approximately 30, with respect to the plane of the weld. The heat is directed mainly to the end of the welding rod and it is preferable that the parent metal is never heated to the melting point of the steel by the flame of the torch. Usually, in neutral flame welding, the torch head and the flame are inclined about 60 from the plane of the solder.
The present process of welding with excess acetylene allows a further simplification of the welding technique in that it is not necessary to perform special handling or a transverse pivoting movement of the torch and the torch. the welding rod crosses the groove as required in neutral flame welding.
It is usually sufficient to move the practically horizontal head of the torch a short distance in the direction of the groove, alternately in one direction and in the opposite direction, above the non-welded part of the groove, with the flame facing towards the groove. rod, so that the excess acetylene flame continually hits the filler rod to melt that rod at the proper rate, and when the flame is moved a short distance away from the rod, it heats and carbides the adjacent surfaces of the groove. In some cases this movement of the torch and flame is not necessary.
The flame can be kept fixed with respect to the weld, at a small distance from this hard sou and opposite the filler rod. The advancing front of the weld reflects a considerable amount of the heat and some of the flame forward, along the. unwelded groove, which helps to prepare the walls of the groove for reception of molten metal and their union with this metal. The walls of the groove are also preheated by conduction. During the entire welding operation, the melt, the melt end of the rod and the groove surfaces about to be welded are, of course, enveloped and protected against oxidation by the flame. excess acetylene.
As the welding operation raises the temperature of the adjacent surfaces of the groove to the weld blank, the parent metal if killed a short distance ahead of the melt can rapidly absorb carbon. The carbon can be applied either as a suitable paste, or as a fuel compound, or by contact with a block of graphite, but it is preferable to derive it from the welding flame itself by providing to this effect. this a sufficient excess of acetylene and in handling of the. described way.
In welding a V-joint according to the invention, with a suitably handled excess acetylene flame, the superficial film of the base metal melts over a short distance (about 12 millimeters when welding steel sheets of 10 milli meters) in front of the molten mass mo bile. This is because the base metal adjacent to the weld is brought to weld white and quickly absorbs carbon from the flame.
Due to the effect of carbon on iron, of which it lowers the melting point, the carbon causes the spontaneous fusion of this surface film, that is to say at a temperature substantially below the melting point of the metal. original base. This action is facilitated and protected by the non-oxidizing medium provided by the flame with excess acetylene when this flame has been adjusted to supply the quantity of carbon necessary to precarburize the surface.
The molten mass which advances and spreads over the molten surfaces thus prepared behaves in a very different manner from that in which it behaves in the case of the neutral flame. Contrary to the procedure adopted in the latter case, it is not necessary to melt the base material with the torch flame, since its surface spontaneously melts.
With the neutral flame, the surface adjacent to the melt is "dry", the melt does not "wet" it and instead advances with a convex meniscus similar to that of mercury on glass or meniscus. solder melted onto solid copper that has not been treated with the flux. On the other hand, operating in accordance with the present method, the adjacent surface is usually "wetted" about 12 millimeters in front of the advancing melt, with a concave meniscus, like the solder meniscus on suitably prepped copper. ready.
When the metal in the melt comes into contact with the molten carburized surfaces, the carbon distributes itself by diffusion and the base and filler metals provide a perfect alloy and an autogenous seal. As the surfaces of the groove are preferably only superficially melted, the initial shape of these surfaces remains unchanged in the finished joint, and the contact surfaces which exist between two elements joined directly or between elements of this kind and the metal. interposed fillers are free of slag and oxide to a degree that can be discerned microscopically as marking or defining the initial surfaces.
There is - physically and chemically - between the filler and base metals a gradual transition which is effected by diffuse after solidification rather than by fusion as in neutral flame welding. The effect of heat penetrating into the parent metal in the present process is much less than that involved in neutral flame welding. For example, when welding a 10-millimeter sheet with a so-called "neutral flame, the depth of the heated metal above the recrystallization point of the steel is about 10 millimeters, while,
in the acetylene excess welding according to the present process, the average depth does not exceed about 3 to 4 millimeters. In general, the structure of the parent metal is changed to a depth of one half to one third of the depth to which it is changed by neutral flame welding, in the case of members of the same size. In addition, the heat effect of the base metal decreases towards the bottom of the V-groove.
The high carbon melted surface film reacts on its contours with the oxide film which is present even on mechanically cleaned surfaces. The reaction is. indicated by a slight foaming caused by the escape of the gaseous product of the reaction, the reaction being completed immediately and leaving the surface free of oxide and ready to unite with the molten metal.
This obviates the need to remove surface oxide by float, as is necessary in neutral flame welding; furthermore, the inclusion of oxide as a film is substantially eliminated, as are other types of inclusions, whether visible or invisible under the microscope.
Since the base metal surface is free of oxide and melts below its initial melting point, the filler metal can be applied at a much lower temperature than with. neutral flame, which appreciably eliminates gas absorption and prevents blowing.
Higher soldering speeds can be obtained with the flame in excess of acetylene due to the formation of the high carbon surface film, since despite the lower temperature of the excess flame. acetylene, the weld takes place more quickly since the base metal does not require direct and deep melting and the filler metal does not need to be heated to as high a temperature as in welding. the neutral flame. (3n therefore saves a lot of time and gas.
Among the other advantages resulting from this way of operating, which contribute to ensuring faster and more economical welding, the following are to be mentioned: There are no oxides to be eliminated by floating; the fill rod melts faster; less skill and handling are required; less heat is needed per unit area; a larger quantity of heat can be applied per unit area; and a narrower groove can be effectively used.
In the present process, a nozzle or heat nozzle having a much larger orifice than would be practicable in neutral flame welding can be used to weld a given thickness of base metal, mainly. To. because it takes less skill and handling and can weld at a higher speed. A higher speed even results from the use of the same nozzle number, which decreases it. amount of heat expended per linear meter of weld or per kilogram of molten metal.
This increase in speed in turn allows the use of a larger nozzle while ensuring the maintenance of an excellent hard penny. It also becomes possible to use a much larger filler rod than in neutral flame welding (for the same thickness of fuck metal), which makes welding easier and allows the rod to be heated more efficiently. In addition, alloying elements such as carbon, manganese, silicon, etc. welding metal is not diminished; therefore, the melting point of the steel does not undergo any increase, nor is the scale of its solidification points decreased.
Not only is the metal deoxidized by acetylene, but oxidation is prevented due to the sheath of reducing gas enveloping the lower end. of the. rod, molten metal and adjacent areas (the parts being welded.
The following information, obtained as the result of a number of comparative tests of working speeds, gas consumption and amount of metal deposited from the filler rod, will illustrate the nature of the savings that can be made. Thanks to the present invention, the invention is used in hand welding along a single <B> V </B> groove of 10 mm thick steel sheets with a single flame.
EMI0007.0008
<I> Type <SEP> of <SEP> flame </I>
<tb> <B> EX, </B> <SEP> <I> c @ s </I>
<tb> <I> neutral <SEP> cl'acélylàee </I>
<tb> <I> <SEP> speed of <SEP> welding </I>
<tb> Meters <SEP> per <SEP> hour <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 1,2-1,8 <SEP> 3,6 - ô, 1
<tb> Weight <SEP> of <SEP> rod <SEP> melted <SEP> by <SEP> hour <SEP> (kg) <SEP>. <SEP>. <SEP>.
<SEP> 0.9-1.3 <SEP> 2.7-3.6
<tb> <I> Consumption <SEP> of <SEP> gas </I>
<tb> Volume <SEP> of oxygen <SEP> per <SEP> kg <SEP> of <SEP> rod <SEP> melted <SEP> (m @) <SEP> 0.73 <SEP> 0.51
<tb> Volume <SEP> of acetylene <SEP> per <SEP> kg <SEP> of <SEP> rod <SEP> molten <SEP> (m3) <SEP> 0.71 <SEP> 0.53 In this Regarding the table above, it will be noted that the information relating to neutral flame welding is based on the use of a flame as large as that which can be safely handled over the sheet thickness indicated, namely the flame supplied by a No. 10 Oxweld burner having an orifice 2.5 mm in diameter and consuming approximately 1.02.
m3 of oxygen per hour and about 0.97 m3 of acetylene per hour; while the information relating to welding with excess acetylene flame is based on the use of the directly higher nozzle number, namely an Oxweld No.12 nozzle having a 3 mm diameter orifice and consuming approximately 1.84- m3 of oxygen and 1.87 mg of acetylene per hour.
It goes without saying that if, in order to achieve a higher speed, one uses a larger nozzle with a neutral flame under the given conditions, one obtains inferior welds, even if the welder is very skillful; while the quality of the welds obtained with the faster acetylene excess flame is better than that of the best welds obtained using the neutral flame and requires less skill on the part of the welder.
As the oxide film of the base metal is removed by the molten film covering the surfaces of the grooves just in front of the weld area, lapping formation is avoided, especially at the bottom of a single V-groove. ; in addition, the tops of the bevels of the parts to be joined no longer need to be melted by the flame of the torch in order to ensure penetration and complete welding, as is necessary with the neutral flame, so. that the molten metal does not run the risk of crossing the V and forming protrusions on the underside of the gasket.
The action of the flame in excess of acetylene on the welding rod is also clearly advantageous in that the extremely heated surface of the rod absorbs the carbon from the flame, so that it quickly melts at a temperature. temperature lower than its normal melting point. In order to further accelerate the melting of the rod and the welding operation considered as a whole, the rod can be preheated, the. part or both and thus advantageously provide an additional amount of heat for the welding operation.
This preheating of the rod can be carried out in various ways, for example by using a welding torch with several nozzles, one of which directs a heating flame (with or without excess acetylene) towards the rod at a short distance of 1. the fusion end of this rod and the other or others of which direct the welding flame in excess of acetylene towards the groove and the mass of molten metal. It would also be possible to deflect a certain part of the heat from the flame to be welded with excess acetylene by directing this flame upwards along the rod, so as to preheat the latter.
Although the chemical composition and alloying ingredients of a steel rod suitable for application in the present process can vary widely, it has been found that some compositions are more suitable than others. Generally speaking, however, a solder rod satisfactory for the intended purpose may contain 0.05 to 0.50% carbon, 0.50 to <B> 1.75% </B> manganese, 0.20 to 1.50% silicon.
For example, thanks to the present process, with a single flame with excess acetylene, excellent welds have been obtained between rolled steel parts, such as steel sheets and sections of 10 mm tube. thickness using a steel rod containing about 0.11 to 0.20% carbon; Approximately 0.90 â <B> 1.15% </B> manga nese; About 0.32 to 0.42% silicon; not more than approximately 0.04%: of each of the elements: sulfur and phosphorus; the rest being mostly iron.
In addition to the marked advantages listed above and the savings in welding speed and gas consumption, the excess acetylene flame has the advantage that it is less prone to backfire than the neutral flame, that it prevents fouling or obstruction of the orifice of the nozzle, that the oxide of the base metal does not pass into the weld, as occurs in neutral flame welding, and that welds are obtained whose carbon content is at least as great as that of the welded parts and whose physical qualities are superior to those which can be obtained with the neutral flame.
The Applicant is aware that a flame with an excess of acetylene had already been used to a limited extent for special purposes such as the deposition of special alloys, such as, for example, the deposition of a non-ferrous alloy. tungsten, chromium, co balt on steel surfaces to provide a wear resistant coating; welding of special alloys such as chromium iron and nickel steel; and the processing of high carbon steel parts such as steel rails.
However, the purpose and manner of proceeding were both very different, what one sought to achieve in the first case by depositing the non-iron alloy was to produce a relatively thin and wear resistant layer on the surface. one on metal face; in other cases, simply to constitute a non-oxidizing medium, or to introduce an additional quantity of carbon in the weld metal deposited or in the part treated, in order to create a greater carbon content and to obtain a sur harder face.
Although the advantages and improved results set forth above are most satisfactorily achieved with the aid of an excess acetylene flame applied both as a source of high temperature heat and as a source of carbon dioxide. As described, it is possible in some cases to use a neutral oxy-acetylene flame or an electric arc as a high temperature heating source and apply an independent acetylene flame to the heated area. by this arc or neutral flame,
thus significantly improving the mode of action of the latter when it is applied in the welding of sections and parts in rolled steel. In some cases, for example when more than one gas flame is used, the total quantity of acetylene in the heating flame considered as a whole does not exceed the volume of oxygen supplied, although the various flames thus used can nevertheless be applied in such a way that the contiguous edges to be welded are carburized and welded according to the present invention.
Instead of a single flame in excess of acetylene such as that previously described, it is possible to apply jointly flames or groups of oxy-acetylene flames regulated independently; for example, it is possible to direct a so-called "neutral" flame or a flame containing a moderate excess of acetylene on the mass of molten metal, mainly for the purpose of melting the filling metal and heating the parts to be joined, and directing another flame containing a greater excess of acetylene towards the contiguous edges of the base metal, at the front of the mass of molten metal mainly to carburize the base metal.
The last mentioned fuel flame (s) may be composed of acetylene only, but it is preferable to apply with this gas a sufficient quantity of oxygen or other gas at high pressure to impart to it a sufficient velocity to repel the flame (s) from the melting and heating group and cause the combustible flame (s) to meet with the parent metal at a point if killed; just in front of the mass of molten metal. With flames or groups of flames set independently of the manner previously described, it is possible to use a filler metal or weld rod composed of almost pure iron or a steel with a carbon content of less than <B> 0.10% </B> and the content of other ingredients, such as manganese, silicon and nickel, negligible.
<B> It </B> is of course understood that the present process can be applied to hand welding and to hand welding. machine and that it is not only applicable to butt welding or butt welding, but also to cover welding and bead or thread welding. These welding modes are in accordance with the present invention, given that the term "contiguous" used to designate the relationship of the parts to be joined applies equally to edges or surfaces arranged overlapping as to juxtaposed edges or surfaces. It is preferable that the edges or surfaces to be joined are first freed from rust and the oxide layer inherent in rolling, for example by an operation of wire brushing, grinding, milling, etc.
Indeed, if the thickness of the oxide layer were considerable, this material could impede the absorption of carbon and in some other way interfere with the soldering operation.
It is generally preferable to apply as the filler metal a metal rod suitable for producing a welded joint by the present process, but in some cases it is possible to completely or partially remove such a rod and obtain the metal. filling in whole or in part by melting parts of the base metal and pouring this metal onto suitably prepared adjacent surfaces of the base metal, that is to say on the surfaces of the base metal which have been modified by carburizing and heated to a temperature melting these modified surfaces.
Further, in some cases, a welded joint can be created between rolled parts by simply bringing their surfaces into direct contact after they have been superficially wetted in the manner described. Therefore, in all cases, it is essential that the adjoining edges of the parts be carburized and heated to a temperature which melts new or modified metal of this kind, but not the base metal below;
and then bringing molten or prepared surfaces of the kind into direct contact to join them in this way or produce a welded joint between said surfaces by the melting of a filling metal from a separate metal rod , pieces themselves or, both of a metal rod and the base metal, and pouring this molten filler metal onto the superficially molten surfaces of the base metal.