Flux pour soudage La présente invention est relative à un flux pour soudage, et en particulier, à un flux pour soudage convenant au soudage d'aciers faiblement alliés à forte résistance.
Les flux de soudage sont indispensables pour réaliser des soudures de haute qualité, leur nature et la manière de les employer dépendant du type de métal uni par la soudure et du procédé de soudage utilisé. Sans tenir compte de ces variables, le but habituel d'un flux de soudage est la formation d'une couche protectrice du métal dans la zone de soudage, pour éviter l'oxydation et/ou d'autres changements indésirables du métal durant le soudage.
Le procédé de soudage à arc submergé utilise une couche de flux fondu pour protéger contre l'at mosphère l'électrode de soudage et le métal fondu déposé. Dans le soudage à l'arc submergé d'aciers faiblement alliés à résistance élevée employant le fil métallique de soudage et un flux neutre commercial semblable à celui décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique No 2751478 et mis sur le marché par la firme Linde Air Products comme flux neutre de qualité 80,
on a constaté que les propriétés de résistance des soudures n'étaient pas entièrement sa tisfaisantes avec des fournitures de calories suffisantes pour réaliser des vitesses de soudage économiques.
La présente invention a pour objet un flux de soudage consistant essentiellement, en poids, en 17 à 400/o de fluorure de sodium et d'aluminium, 5 à 20'0/o d'oxyde d'aluminium, 5 à 15'0/o d'oxyde de magnésium, et en silice et chaux dans un rapport pondéral approximatif silice et chaux de 2 : 1.
Un tel flux est utile pour la soudure d'aciers faiblement alliés de haute résistance qui donne un métal soudé déposé ayant des propriétés mécaniques supérieures à celles que donnent les flux antérieure ment connus et utilisés. Alors que les avantages de la présente invention seront illustrés avec référence aux techniques de soudage à l'arc submergé, on se souviendra que les flux sont utiles avec d'autres pro cédés de soudage, tels que la méthode dite : Elec- tro-Slag .
L'invention a également pour objet l'utilisation du flux décrit ci-dessus dans la liaison de deux articles en acier faiblement allié de haute résistance par des techniques de soudage.
Alors que les flux de soudage compris dans les limites indiquées de matières ont été constatés satis faisants, la composition préférée contient, en poids, 30 *0/o de fluorure de sodium et d'aluminium, 150/o d'oxyde d'aluminium, 10 1% d'oxyde de manganèse, et le reste en silice et chaux dans le rapport de poids approximatif de deux parties de silice pour une partie de chaux.
Les matières brutes utilisées pour préparer le flux conforme à la présente invention sont de pré férence de la pureté commerciale habituelle, bien que des impuretés accidentelles n'affectent pas appré- ciablement le flux de soudage.
Les matières brutes sont de préférence d'un calibre de particule tel que 100 0/o de celles-ci passe par un tamis à côté d'ou verture de maille inférieur à 0,508 mm. Pour pré parer les flux conformes à la présente invention, la silice, la chaux, l'oxyde manganeux, l'alumine et le fluorure de sodium et d'aluminium sont combinés en proportions déterminées d'avance et mélangés à l'état sec pour obtenir un mélange uniforme et homo gène.
La silice peut être de qualité minérale, conte nant au moins 90'0/o SiO2 et un maximum de 5 0/0 d'aluminium. La chaux peut être de qualité commer- ciale et contenir au moins 92 % CaO après séchage à 10930 C. Elle peut contenir aussi un maximum de 1,5 % de magnésium et de 2 % d'aluminium. L'oxyde manganeux peut être de qualité commerciale contenant un minimum de Mn de 45 %, un maxi mum de Fe de 8'0%, un maximum d'Al de 5 %, un maximum de 10% de Zn, As, Pb, et 2 % au maxi mum de Ba.
L'alumine est calcinée, de qualité commerciale et contient 99'% d'A1203 après séchage à 1093,) C. Le fluorure de sodium et d'aluminium est fourni par une cryolite de qualité industrielle.
Le flux de soudage conforme à la présente in vention peut être réalisé suivant l'une quelconque des méthodes habituelles employées dans la tech nique, c'est-à-dire soit par fusion, soit par frittage, soit encore par alliage.
Dans la technique de fusion, les constituants sont mélangés mécaniquement les uns avec les autres et le mélange est placé dans un creuset et chauffé à en viron 1315 à 14260 C jusqu'à ce qu'il fonde. Après chauffage de la masse fondue pendant environ 20 minutes supplémentaires pour assurer sa fusion com plète, on la refroidit à la température ambiante et ensuite on la broie et on la meule. Les granules de flux peuvent être stockés pendant un temps indéfini sans adsorption d'humidité.
Le flux conforme à la présente invention peut aussi être préparé suivant la technique de frittage où le mélange mécanique des constituants est chauffé dans un four à 8980 C pendant 1 1/2 heure. La masse est ensuite refroidie, broyée, tamisée et utilisée de la même manière que les matières fondues. Quand le flux conforme à la présente invention est préparé par une technique de liaison, le mélange des constituants est combiné avec du verre soluble dans un rapport d'une partie de verre soluble à trois parties de mélange du flux.
Cette masse est alors chauf fée à 4820 C pendant trois heures, broyée, tamisée puis employée de la manière habituelle. Des trois méthodes décrites, pour la préparation du flux con forme à la présente invention, on préfère la technique de fusion.
Le tableau 1 donne un certain nombre d'exemples caractéristiques de flux conformes à l'invention pré parés par la méthode de fusion qui se sont révélés comme donnant des soudures de haute résistance avec des aciers faiblement alliés de haute résistance et à une vitesse de soudage économiquement avan tageuse. L'analyse a été déterminée sur le mélange de constituants avant fusion. Les flux X et Y sont des échantillons de comparaison ne contenant pas de Na3AlF6 et sont indiqués ici dans ce but.
EMI0002.0034
<I>Tableau <SEP> 1</I>
<tb> <I>Analyse <SEP> de <SEP> flux <SEP> en <SEP> pourcentage <SEP> en <SEP> poids</I>
<tb> Flux <SEP> Na3AlF6 <SEP> A1203 <SEP> MnO <SEP> SiO2 <SEP> CaO <SEP> MgO <SEP> CaF2
<tb> A <SEP> 5 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 47 <SEP> 23 <SEP> - <SEP> B <SEP> <B>1</B>0 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 43 <SEP> 22 <SEP> - <SEP> C <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 40 <SEP> 20 <SEP> - <SEP> D <SEP> 20 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 37 <SEP> 18 <SEP> - <SEP> E <SEP> 30 <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 30 <SEP> 15 <SEP> - <SEP> X <SEP> 0 <SEP> 12 <SEP> 16 <SEP> 36 <SEP> 20 <SEP> 8 <SEP> 8
<tb> Y <SEP> 0 <SEP> 12 <SEP> 8 <SEP> 40 <SEP> 24 <SEP> 8 <SEP> 8 L'acier HY 80 qui est un acier faiblement allié d'une haute résistance ayant une limite
d'élasticité de 5624 à 7030 kg/cm2 a la composition chimique suivante
EMI0002.0040
Elément <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids
<tb> Carbone <SEP> ................ <SEP> 0,22 <SEP> max.
<tb> Manganèse <SEP> .... <SEP> . <SEP> .<B>........</B> <SEP> 0,1 <SEP> à <SEP> 0,4
<tb> Phosphore <SEP> <B>................</B> <SEP> 0,035 <SEP> max.
<tb> Soufre <SEP> .................. <SEP> 0,04 <SEP> max.
<tb> Silicium <SEP> <B>..................</B> <SEP> 0,15 <SEP> à <SEP> 0,35
<tb> Nickel <SEP> <B>..................</B> <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 2,75
<tb> Chrome <SEP> ..
<SEP> .<B>...............</B> <SEP> 0,9 <SEP> à <SEP> 1,4
<tb> Molybdène <SEP> <B>..............</B> <SEP> 0,23 <SEP> à <SEP> 0,35 Les caractéristiques complètes de l'acier HY-80 peuvent se trouver dans la spécification du Gouverne ment -américain MIL-S-1621 D (Marine).
Dans certaines des expériences résumées sur le tableau 2, particulièrement pour les flux X et Y, des plaques d'acier HY-80 ont été soudées avec un fil métallique de soudure de 3,9 mm de diamètre con formément à la demande de brevet américain ci- dessus spécifié, ayant la composition ci-dessous
EMI0003.0000
3
<tb> Elément <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> poids
<tb> Carbone <SEP> ................ <SEP> 0,12 <SEP> max.
<tb> Manganèse <SEP> .............. <SEP> 1,30-1,60
<tb> Phosphore <SEP> .............. <SEP> 0,015 <SEP> max.
<tb> Soufre <SEP> ..................
<SEP> 0,015 <SEP> max.
<tb> Silicium <SEP> ................ <SEP> 0,20 <SEP> max.
<tb> Nickel <SEP> <B>..................</B> <SEP> 0,75-1,00
<tb> Chrome <SEP> ..... <SEP> . <SEP> .......... <SEP> 0,15 <SEP> max.
<tb> Molybdène <SEP> .............. <SEP> 0,15-0,25
<tb> Cuivre <SEP> .................. <SEP> 0,60-0,90
<tb> plus <SEP> 0,15 <SEP> max.
<tb> comme <SEP> revête ment <SEP> éclair
<tb> Zirconium <SEP> <B>................</B> <SEP> 0,15-0,25
<tb> Aluminium <SEP> .............. <SEP> 0,04 <SEP> max.
Les expériences du tableau 2 désignées comme flux A à E ont utilisé des plaques d'acier HY-80 que l'on a soudées avec un fil métallique de soudure de 3,9 mm de diamètre conformément au texte de demande de brevet américain mentionnée ci-dessus, le métal de soudure ayant l'analyse suivante
EMI0003.0002
<I>Analyse <SEP> chimique <SEP> du <SEP> métal <SEP> de <SEP> soudure</I>
<tb> <I>(% <SEP> en <SEP> poids)</I>
<tb> C <SEP> S <SEP> P <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Mo <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Cu <SEP> Zr
<tb> A <SEP> 0,09 <SEP> 0,011 <SEP> 0,014 <SEP> 0,84 <SEP> 1,07 <SEP> 0,28 <SEP> 1,13 <SEP> 0,30 <SEP> 0,40 <SEP> 0,01
<tb> B <SEP> 0,10 <SEP> 0,013 <SEP> 0,008 <SEP> 0,72 <SEP> 1,11 <SEP> 0,28 <SEP> 1,12 <SEP> 0,28 <SEP> 0,39 <SEP> 0,01
<tb> C <SEP> 0,10 <SEP> 0,027 <SEP> 0,013 <SEP> 0,73 <SEP> 1,21 <SEP> 0,
29 <SEP> 1,07 <SEP> 0,27 <SEP> 0,42 <SEP> 0,01
<tb> D <SEP> 0,12 <SEP> 0,013 <SEP> 0,010 <SEP> 0,66 <SEP> 1,16 <SEP> 0,30 <SEP> 1,09 <SEP> 0,29 <SEP> 0,42 <SEP> 0,02
<tb> E <SEP> 0,07 <SEP> 0,010 <SEP> 0,014 <SEP> 0,64 <SEP> 1,28 <SEP> 0,29 <SEP> 1,08 <SEP> 0,21 <SEP> 0,42 <SEP> 0,02 Les propriétés mécaniques de l'acier HY-80 en plaques soudées avec les flux de soudage des exemples donnés par le tableau 1 et les fils métalliques de soudure décrits ci-dessus sont indiquées sur le tableau 2. On y a aussi porté par comparaison les caractéristiques de résistance de deux plaques soudées avec un flux n'ayant pas de fluorure de sodium et d'aluminium.
EMI0003.0006
<I>Tableau <SEP> 2</I>
<tb> Flux <SEP> Epaisseur <SEP> '/o <SEP> de <SEP> Voltage <SEP> Résistance <SEP> Limite <SEP> /o <SEP> d'allonge- <SEP> /o <SEP> de <SEP> Tempé- <SEP> Essai <SEP> de <SEP> dureté <SEP> au
<tb> de <SEP> de <SEP> la <SEP> Na3AlF6 <SEP> de <SEP> à <SEP> la <SEP> d'élasticité <SEP> ment <SEP> basé <SEP> réduction <SEP> rature <SEP> choc <SEP> avec <SEP> entaille
<tb> soudage <SEP> plaque <SEP> dans <SEP> l'arc <SEP> traction <SEP> 2 <SEP> /o <SEP> de <SEP> sur <SEP> 4D <SEP> ou <SEP> de <SEP> ambiante <SEP> en <SEP> V <SEP> Charpy <SEP> (énergie
<tb> (mm) <SEP> le <SEP> flux <SEP> (kg/cm2) <SEP> déformation <SEP> D=diamètre <SEP> surface <SEP> d'impact <SEP> en <SEP> mkg)
<tb> (kg/cm2) <SEP> de <SEP> la <SEP> barre
<tb> d'essai <SEP> -17,7o <SEP> C <SEP> -50 <SEP> -62o <SEP> C
<tb> Flux <SEP> X <SEP> 25,
4 <SEP> 0 <SEP> 27 <SEP> 7101 <SEP> 6609 <SEP> 20 <SEP> 50,5 <SEP> 287 <SEP> 248 <SEP> 153 <SEP> N.D.
<tb> Flux <SEP> Y <SEP> 25,4 <SEP> 0 <SEP> 27 <SEP> 7726 <SEP> 6387 <SEP> 18,6 <SEP> 46 <SEP> 218 <SEP> 175 <SEP> 146 <SEP> N.D.
<tb> Flux <SEP> A <SEP> 25,4 <SEP> 5 <SEP> 27 <SEP> 8049 <SEP> 6784 <SEP> 19,4 <SEP> 50,3 <SEP> 226 <SEP> 146 <SEP> 107 <SEP> 87
<tb> Flux <SEP> B <SEP> 25,4 <SEP> 10 <SEP> 27 <SEP> 8101 <SEP> 6309 <SEP> 18,7 <SEP> 50,0 <SEP> 386 <SEP> 240 <SEP> 138 <SEP> 107
<tb> Flux <SEP> C <SEP> 25,4 <SEP> 15 <SEP> 27 <SEP> 8260 <SEP> 6485 <SEP> 19,4 <SEP> 52,5 <SEP> 452 <SEP> 321 <SEP> 189 <SEP> 124
<tb> Flux <SEP> D <SEP> 25,4 <SEP> 20 <SEP> 27 <SEP> 9272 <SEP> 6855 <SEP> 18,6 <SEP> 51,1 <SEP> 496 <SEP> 381 <SEP> 287 <SEP> 189
<tb> Flux <SEP> E <SEP> 25,4 <SEP> 30 <SEP> 27 <SEP> 8014 <SEP> 5941 <SEP> 21,5 <SEP> 57,
8 <SEP> 554 <SEP> 496 <SEP> 292 <SEP> 277
<tb> Nota <SEP> : <SEP> Les <SEP> données <SEP> N.D. <SEP> non <SEP> déterminées <SEP> sont <SEP> celles <SEP> qui <SEP> ont <SEP> donné <SEP> lieu <SEP> à <SEP> des <SEP> mesures <SEP> non <SEP> satisfaisantes. Les données indiquées sur le tableau 2 ont été obtenues à partir de soudures faites avec le fil de 3,9 mm de diamètre décrit plus haut et une four niture de chaleur d'environ 40 000 Joules pour 25,4 mm donnée par un courant continu et des arcs à polarités inverses de 550 à 800 ampères avec une électrode se déplaçant le long du joint de soudure à une vitesse de 32 à 55 cm à la minute.
Le fil de soudure d'électrode était dix métal en barre et le flux granulé était amené à la soudure en quantités suffi santes par gravité concentriquement à l'électrode de soudage. Néanmoins, le flux pouvait recouvrir les électrodes si on le désirait.
11 apparaît sur le tableau 2 que les flux conformes à la présente invention contenant de 17 à 40,0/o de fluorure de sodium et d'aluminium et le reste des ingrédients indiqués réalisent des soudures supé rieures à celles qui sont obtenues en utilisant les flux de la technique habituelle antérieure.
On notera par ticulièrement l'augmentation marquée de la durée dans l'essai avec entaille à -62() C de soudures faites avec le flux au fluorure de sodium et d'aluminium, en contraste avec celles qui utilisent les flux X et Y.
D'après ces données, il est évident que l'ordre de grandeur préféré pour le fluorure de sodium et d'alu minium est de 20 à 30 9/o et que le flux E a réalisé d'excellentes soudures avec une quantité économique de 300/o de fluorure de sodium et d'aluminium.
Bien que l'utilité du flux conforme à la présente invention ait été décrite en considérant la technique de soudure submergée on comprendra que le flux peut être utilisé avec d'autres procédés de soudage. Par exemple, le flux de la présente invention peut être utilisé comme noyau de flux pour un fil tubulaire creux. De plus, l'addition de certaines matières au flux du noyau qui forment un écran de vapeur sur la zone de soudage peut aussi être envisagée ainsi comme dans le procédé décrit dans l'article de R.
A. Wilson dans Welding Journal , volume 40, No 1, janvier 1961. De plus, le flux conforme à la présente invention peut être mélangé avec des particules mé talliques, ayant par exemple la même composition analytique que le fil métallique de soudage ou que l'acier à souder. Ce type de mélange de flux est bien connu dans la technique et parce qu'il est attiré dans la zone de soudage par magnétisme dans le soudage électrique, il peut être utilisé dans les si tuations où l'alimentation en flux ne peut être réalisée par gravité.