Donald McKelvie Yenni, Indianapolis (Ind., USA), est mentionné comme étant l'inventeur La présente invention a pour objet un procédé de soudure à l'arc électrique de l'acier.
On a depuis longtemps cherché un procédé de soudure à l'arc de l'acier à l'aide d'une électrode en forme de baguette avançant de façon continue vers la zone de fusion, dans lequel l'arc et la zone de fusion peuvent être facilement protégés, ladite zone étant soumise à un raffinage.
Un procédé connu de ce genre utilise une élec trode nue continue alimentée et enfoncée dans la zone de fusion à travers une couche d'une matière de sou dure granuleuse qui fond et recouvre l'extrémité de l'électrode et le métal de soudure en fusion, qui sont ainsi protégés et soumis à un raffinage. Ce procédé est connu sous le nom de Procédé de soudure à métal en fusion noyé b. Quoique ce procédé permette de produire à bas prix des soudures ayant de bonnes qualités physiques (surtout en cas de soudure automa tique), le manque de visibilité de la masse en fusion limite les possibilités de ce procédé dans le cas de la soudure effectuée à la main.
Plusieurs autres procédés de soudure à avance ment continu de l'électrode ont été proposés. Certains de ces procédés exigent l'utilisation d'électrodes avec une âme de décapant. D'autres prévoient des revête ments appliqués de façon à permettre le passage du courant électrique vers le fil revêtu. Dans tous ces procédés, l'électrode est très coûteuse et il est diffi cile d'obtenir des soudures satisfaisantes.
Le procédé de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz a été mis au point dans le but d'obtenir un procédé qui ne soit pas limité à la sou dure horizontale et dans lequel l'arc et la zone de fusion soient visibles. Ce procédé consiste à faire avancer une électrode sous la forme d'une baguette nue continue vers la zone de soudure tout en proté geant simultanément la zone de l'arc et la masse de soudure par un gaz inerte relativement à la masse de soudure.
Ces procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz permettent difficilement d'ob tenir des conditions de soudure stables, si on utilise une source de courant de soudure continu à polarité directe ou du courant alternatif. Les anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz sont limités, au point de vue rendement, princi palement à l'utilisation de sources de courant continu de soudure à polarité inverse. On sait, depuis long temps, qu'en soudure à l'arc de métaux sous la pro tection d'un gaz, le dépôt de métal (kg de métal dé posé par heure) pourrait être plus élevé dans le cas de sources de courant continu à polarité directe, si on pouvait trouver un procédé donnant une bonne stabilité à l'arc dans les conditions considérées.
Ce procédé est encore limité à un autre point de vue. En effet, si l'arc et la masse en fusion sont con venablement protégés contre les contaminations de l'atmosphère, en revanche, il n'est pratiquement pas possible d'ajouter à la masse de soudure un décapant, un produit de raffinage ou un métal d'alliage sans avoir recours à des baguettes de soudure spéciale ment traitées qui sont très coûteuses.
En outre, avec ces anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, il. n'est pas possible de protéger convenablement le mé tal déposé contre l'air atmosphérique durant la so lidification finale et le refroidissement ; il faut uti liser de grandes quantités de gaz relativement coû teux comme l'argon, et il n'est pas possible de ré gler la vitesse de refroidissement du métal de sou- dure de manière à en diminuer la porosité et à en améliorer les propriétés mécaniques ; il est impossi ble d'ajouter des alliages spéciaux autres que ceux présents dans l'électrode et il n'est pas possible, si on n'a pas recours à des baguettes-électrodes spéciale ment traitées, d'utiliser du COz comme gaz de pro tection sans éclaboussures exagérées.
L'invention a pour but de remédier à ces incon vénients.
Le procédé selon la présente invention dans le quel on établit un arc de soudure entre une électrode fusible en acier et une pièce à souder en acier, on fait avancer l'électrode vers la pièce à souder de ma nière à entretenir l'arc et on protège l'arc à l'aide d'un courant gazeux de protection, est caractérisé en ce qu'une matière de soudure granuleuse, en suspen sion dans un courant gazeux secondaire séparé, est introduite dans la zone de soudure en fusion immé diatement à l'arrière de l'arc.
Il a été constaté que, si on introduit une matière de soudure granuleuse dans la zone de soudure en fusion de façon que celle-ci atteigne le plasma de l'arc, il s'ensuit une tendance de l'arc à l'instabilité. En outre, la partie de cette matière de soudure qui se dépose à l'avant et sur les côtés de l'arc est géné ralement perdue au point de vue du décapage et du raffinage. Si on introduit donc la matière de soudure granuleuse dans la zone de fusion immédiatement à l'arrière de l'arc, cette matière est utilisée au mieux et elle assure la stabilité de l'arc.
L'introduction de la matière de soudure granu leuse dans la zone de soudure immédiatement à l'ar rière de l'arc, a pour résultat un meilleur rendement de transfert du métal, une meilleure stabilité d'arc et une meilleure forme du cordon de soudure. Le cou rant gazeux dans lequel cette matière de soudure est en suspension peut être introduit, par exemple, de façon uniforme sur toute la largeur du cordon de soudure de manière à couvrir régulièrement toute la zone de fusion.
L'unique figure du dessin annexé représente, sché matiquement et à titre d'exemple, les appareils né cessaires à une mise en oeuvre du procédé selon l'in vention. Comme représenté, un fil de soudure en acier 10 est déroulé d'un rouleau de fil 12 par un dispo sitif de déroulement 14 entraîné par un moteur à vitesse variable 16 et passe à travers un porte-élec- trode 18 dans la direction d'une pièce à souder en acier 20. Un câble d'alimentation 22 pénètre dans le porte-électrode 18 où il alimente la baguette 10, tan dis qu'un câble semblable (non représenté) est re lié à la pièce à souder 20 de façon à compléter le circuit du courant de soudure.
Un câble de commande 24 est relié à la gâchette 26 du porte-électrode 18 et commande l'alimentation du circuit de soudure. De l'eau courante de refroidissement circule dans le porte-électrode 18 par une tuyauterie d'entrée 28 et une tuyauterie de sortie 30 qui entoure le câble d'alimentation 22. L'arc est protégé par un courant de gaz introduit dans le porte-électrode par une con- duite 31 et ressortant concentriquement autour de l'électrode. De la matière granuleuse pulvérulente 32 est véhiculée jusqu'au porte-électrode 18 par un cou rant de gaz secondaire traversant une conduite 34. La poudre est mise en suspension dans le courant de gaz secondaire à l'intérieur d'un distributeur de pou dre 36 comprenant une trémie fermée 38 contenant la poudre 32.
Un collecteur 40 monté sur des res sorts 42 est mis électriquement en vibration de façon à faire avancer la poudre par une conduite 44 dans le courant de gaz secondaire passant dans une con duite 46 qui est en communication avec la conduite 34 reliée au porte-électrode 18. L'intérieur de la tré mie au-dessus de la charge de poudre 32 est mis à la pression du gaz secondaire par une tuyauterie 48 du distributeur 36.
Quand le fil 10 est mis en contact avec la pièce à souder 20 pour amorcer l'arc 50 et commencer l'opération de soudure, du gaz de protection est dé bité de l'ajutage du porte-électrode autour de la ba guette 10 de façon à entourer l'arc d'une enveloppe de gaz de protection 52. La poudre introduite dans le porte-électrode 18 par la conduite 34 traverse une conduite 54 à l'intérieur du porte-électrode et est dé bitée dans la zone de soudure en fusion 56 à un en droit situé immédiatement à l'arrière de l'arc par rap port au sens d'avancement de la soudure, constituant ainsi une couche de scorie en fusion protégeant cette zone de soudure.
Dans un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise un appareil du type re présenté au dessin annexé pour souder de l'acier avec du fil d'acier d'un diamètre de 1,6 mm et avec un mélange gazeux de protection composé de 95 0/0 d'argon et 5 0/o d'oxygène. La matière de soudure granuleuse pulvérulente est mise en suspension dans un courant de gaz secondaire ayant un débit de 85 litres/heure et ayant la même composition que le gaz de protection utilisé ; ce courant gazeux est introduit par un tube d'un diamètre extérieur de 6,4 mm dans la zone de soudure à un endroit situé immédiatement à l'arrière de l'arc, ce dernier étant protégé par un courant ayant un débit horaire de 700 litres.
La sou dure est faite en une passe avec un courant de 360 ampères sous 27 volts, courant continu de polarité in verse ; l'arc obtenu est stable et le cordon de sou dure est lisse et bien formé.
Dans un autre exemple de mise en oeuvre du pro cédé selon l'invention, un appareil semblable est utili sé pour souder de l'acier avec un fil d'acier de sou dure d'un diamètre de 1,18 mm. Le gaz de protection utilisé se compose de 95 'o/o d'argon et 5 0/o d'oxygène et le débit gazeux horaire est de 1132 litres. La ma tière de soudure granuleuse pulvérulente est mise en suspension dans un courant gazeux secondaire de la même composition que le gaz de protection, et la poudre fluidifiée est introduite dans la zone de sou dure à un endroit situé immédiatement à l'arrière de l'arc par un tube d'un diamètre extérieur de 6,4 mm, le débit du courant secondaire étant de 425 litres/heu- re et le débit de poudre étant de 4,54 kg/heure.
La soudure est faite en une passe, l'électrode étant en position verticale, avec un courant de 185 ampères sous 30 volts, courant continu de polarité directe. Des photographies prises dans ces conditions à une vitesse de 10 000 images/seconde permettent d'obser ver la stabilité de l'arc qui est ainsi assurée pendant la soudure. Le tableau suivant résume les données relatives à une soudure d'une pièce d'acier par un courant continu à polarité directe et mouvement vertical as cendant de l'électrode, pour trois mises en oeuvre du 4s procédé selon la présente invention et pour trois sou dures effectuées selon un procédé courant de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz.
EMI0003.0003
Rendement
<tb> Débit <SEP> gazeux <SEP> Matière <SEP> de <SEP> transfert
<tb> Amp. <SEP> Volts <SEP> Gaz <SEP> de <SEP> protection <SEP> Lit/H <SEP> d'addition <SEP> du <SEP> métal
<tb> 190 <SEP> 28 <SEP> A <SEP> 1132 <SEP> Matière <SEP> 60'0/o
<tb> de <SEP> soudure
<tb> 185 <SEP> 30 <SEP> 95 <SEP> 0/0 <SEP> A <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 0/o <SEP> <B>0</B>. <SEP> 1132 <SEP> granuleuse <SEP> 80%
<tb> 200 <SEP> 33 <SEP> He <SEP> 1700 <SEP> <SEP> 95%
<tb> 275 <SEP> 30 <SEP> A <SEP> 1132 <SEP> rien <SEP> <B>00/o</B>
<tb> 265 <SEP> 31 <SEP> 95 <SEP> 0/o <SEP> A <SEP> - <SEP> 5 <SEP> 0/o <SEP> 02 <SEP> 1132 <SEP> rien <SEP> 30%
<tb> 250 <SEP> 36 <SEP> He <SEP> 1700 <SEP> rien <SEP> 0 <SEP> 0/0
<tb> N. <SEP> B.
<SEP> La <SEP> matière <SEP> de <SEP> soudure <SEP> granuleuse <SEP> est <SEP> ajoutée <SEP> à <SEP> raison <SEP> de <SEP> 4,54 <SEP> kg/heure. <SEP> Le <SEP> fil <SEP> utilisé <SEP> est <SEP> un <SEP> fil <SEP> d'acier <SEP> d'un <SEP> dia mètre <SEP> de <SEP> 1,18 <SEP> mm.
<tb> * <SEP> Le <SEP> rendement <SEP> de <SEP> transfert <SEP> du <SEP> métal <SEP> représente <SEP> le <SEP> pourcentage <SEP> du <SEP> métal <SEP> de <SEP> l'électrode <SEP> qui <SEP> atteint <SEP> la <SEP> tôle <SEP> dans <SEP> la <SEP> zone
<tb> de <SEP> soudure, <SEP> par <SEP> rapport <SEP> à <SEP> la <SEP> quantité <SEP> totale <SEP> du <SEP> métal <SEP> de <SEP> l'électrode <SEP> qui <SEP> est <SEP> fondu.
<SEP> Le <SEP> métal <SEP> fondu <SEP> est <SEP> projeté <SEP> au <SEP> hasard <SEP> dans
<tb> différentes <SEP> directions <SEP> par <SEP> suite <SEP> de <SEP> l'instabilité <SEP> de <SEP> l'arc, <SEP> de <SEP> sorte <SEP> qu'une <SEP> partie <SEP> de <SEP> ce <SEP> métal <SEP> n'atteint <SEP> pas <SEP> la <SEP> zone <SEP> de <SEP> soudure. Comme le montre ce tableau, l'introduction d'une matière de soudure granuleuse dans la zone de sou dure à un endroit situé immédiatement à l'arrière de l'arc, augmente le pourcentage de métal de l'électrode transféré dans la pièce à souder d'une valeur com prise entre 0 et 30 0/a à une valeur comprise entre 60 et 95 0/o dans le cas où la composition du courant de gaz de protection est la même que celle du cou rant de gaz secondaire.
Il va de soi que les matières de soudure granuleuses pulvérulentes qui peuvent être utilisées peuvent contenir, par exemple, un sili cate. Des désoxydants ou d'autres agents d'alliage modifiant la soudure peuvent être ajoutés à volonté.
Les matières de soudure granuleuses utilisées comprennent généralement, comme composants prin cipaux, un constituant contenant un silicate et produi sant une scorie capable de former une couche pro tectrice en fusion servant à protéger et à conformer la masse de soudure, et un halogénure métallique ser vant à rendre électriquement conductrice ladite sco rie. Certains des composés qui ont été utilisés avec succès dans le constituant produisant la scorie sont les suivants : le bioxyde de titane, l'oxyde manganeux, l'oxyde ferreux, la silice (sous la forme d'un silicate en combinaison avec au moins un des oxydes énu mérés), l'oxyde de calcium, l'oxyde de magnésium, la zircone, l'oxyde de potassium, l'oxyde de sodium, l'oxyde de lithium, l'oxyde de baryum et l'oxyde de strontium.
Certains des halogénures utilisés avec suc cès comme constituants donnant de la conductibilité électrique sont les suivants : le fluorure de sodium et d'aluminium, le fluorure de potassium et de silicium, le fluorure de calcium et le fluorure de titane et de calcium. Il est souvent utile aussi d'inclure dans la matière de soudure granuleuse des constituants qui sont transférés dans la matière d'apport pendant l'opé ration de soudure et apparaissent dans la soudure résultante en en modifiant les propriétés, par exemple le ferro-manganèse, le ferro-silicium, le ferrochrome, le molybdate de calcium, le carbone ou des composés chimiques réductibles de ce dernier, etc.
La dimen sion des grains de la matière de soudure granuleuse utilisée peut varier fortement, les limites étant déter minées par les dimensions des endroits de passage de la poudre dans l'appareillage et la faculté de dis persion et de suspension de la poudre dans le courant de gaz secondaire.
Le milieu gazeux de protection utilisé dans les procédés décrits, peut comprendre, de façon générale tout gaz de protection connu utilisé dans la soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, comme l'argon, l'hélium, l'anhydride carbonique ou des mé langes de ceux-ci, avec ou sans de petites quantités d'oxygène pouvant atteindre au maximum environ 15 0/0. De même, le courant de gaz secondaire utilisé dans les procédés décrits, peut comprendre, de façon générale, tout gaz connu utilisé en soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz et peut être identique ou différent du milieu gazeux utilisé pour la protection de l'arc.
La composition moyenne de la matière de sou dure granuleuse utilisée dans les mises en #uvre dé crites est la suivante
EMI0004.0000
CaO <SEP> + <SEP> BaO <SEP> 22,5 <SEP> %
<tb> CaF2 <SEP> .... <SEP> 5,5 <SEP> %
<tb> SiO2 <SEP> .... <SEP> 37,5 <SEP> %
<tb> A1203.... <SEP> 14,5 <SEP> 0/o
<tb> <B>MgO <SEP> ....</B> <SEP> 11,25 <SEP> 0/o
<tb> MnO <SEP> <B>....</B> <SEP> 7,25!0/o
<tb> avec: <SEP> BaO <SEP> <B>....</B> <SEP> 2,0 <SEP> 0/o <SEP> Max.