Fondant pulvérulent ou granulé pour le soudage électrique Dans les procédés d'assemblage ou de recharge- ment de pièces en acier ordinaire ou spécial par sou dage électrique à électrode fusible où le bain de fusion est protégé totalement ou partiellement par une couche de laitier, ce dernier provient de la fusion d'un flux.
Dans les procédés dits à l'arc submergé ou sous flux électro-conducteur, ce flux, consistant en, une matière pulvérulente ou granulée, est disposé à l'avance sur les pièces à assembler ou à recharger, de sorte qu'il recouvre à la fois l'extrémité du fil nu utilisé comme électrode fusible et le bain de fusion. Dans d'autres procédés dits à arc visible, ce flux peut être amené, par des moyens divers, à proximité de l'arc, où il fond en formant le laitier protecteur, sans cacher l'arc aux yeux de l'opérateur.
La plupart des flux classiques utilisés industrielle ment à l'heure actuelle sont à base de silicates de manganèse, d'aluminium et de métaux alcalino- terreux. Leur principal inconvénient est la mauvaise résistance aux chocs de la soudure obtenue, carac térisée par les valeurs médiocres des résiliences rele vées par exemple sur barreaux UF.
De nombreuses tentatives ont déjà été faites pour essayer d'éviter ce défaut en augmentant la basicité du flux. Pour que les composants basiques puissent agir efficacement, il s'est avéré indispensable de leur adjoindre une quantité notable de fondants, consis tant en fluorures de métaux alcalins, alcalino-terreux ou d'aluminium. Moyennant cette addition, on a pu élaborer les flux dits basiques permettant d'obtenir des joints résistant bien aux chocs. Malheureusement ces flux n'ont jamais trouvé un débouché industriel important, car ils présentent un inconvénient majeur.
On a observé en effet que, dès qu'ils contiennent une certaine quantité de silice, le dépôt métallique se charge très vite en silicium qui compromet la valeur des caractéristiques mécaniques du métal rapporté et notamment sa résilience. Pour une même teneur du flux en silice, cette augmentation de la teneur en silicium du dépôt est d'autant plus forte que le flux contient plus de métaux protecteurs tels le manga nèse, le titane, l'aluminium ou autres.
D'où l'obliga tion de n'élaborer comme flux basiques que des com positions pauvres en silice et en métaux protecteurs, obligation entraînant de nombreux inconvénients et en particulier une grande sensibilité du dépôt aux piqûres sur joints mal ajustés ou sur pièces rouillées, surtout si on utilise du courant alternatif, et utilisa tion peu économique, ces types de flux exigeant beaucoup plus d'intensité en courant alternatif que les flux classiques pour effectuer le même travail à la même vitesse, déposant une couche de laitier plus abondante, conduisant par suite à une consomma tion de flux supérieure, et supportant moins bien la surintensité.
Suivant l'invention, il est possible contrairement aux apparences, et moyennant un choix particulier des composants et de leurs proportions, d'introduire des quantités importantes de silice dans un flux ou fondant basique contenant des métaux protecteurs, sans que la teneur en silicium du dépôt ne dépasse les valeurs admissibles. Les flux conformes à l'inven tion, sont d'un emploi aussi général et aussi écono mique que les meilleurs flux classiques et confèrent au dépôt métallique une meilleure résistance aux chocs.
Ce fondant pulvérulent ou granulé suivant l'in vention pour le soudage électrique par les procédés dits à l'arc submergé ou sous fondant électro-conduc- teur des aciers ordinaires ou spéciaux, fabriqué au moins partiellement par agglomération, c'est-à-dire sans atteindre la fusion de tous ses constituants, con siste en une partie non métallique et une partie métallique et est caractérisé en ce que la partie non métallique comprend, en proportion de poids 28-58% de silice ; 9-34% d'oxydes de métaux alcalino-terreux, cette proportion devant de plus rester inférieure aux 7/10 de celle de la silice, 15 % au plus desdits oxy des étant de métaux autres que le calcium ;
9-48 % de fluorures de métaux alcalins, alca lino-terreux ou d'aluminium, 15 % au plus de fluo- rures étant de métaux autres que le calcium.
Une forme spéciale de ce fondant est caractérisée en ce que la somme de la silice, des oxydes de mé taux alcalino-terreux et des fluorures est au moins 601% et la somme des oxydes de métaux alcalino- terreux et des fluorures est de 20 à 58 % en poids de la partie non métallique. Selon une autre varian te, la partie non métallique comprend jusqu'à 40 0/0 d'alumine, la somme de la silice, des oxydes de mé taux alcalino-terreux, des fluorures et de l'alumine étant au moins de 70 '0 /0.
On décrira ci-après la préparation d'un fondant selon l'invention ainsi qu'un cas particulier de ce fondant dont l'emploi peut être apprécié.
Avant de préciser la nature des composants et les proportions à respecter pour réaliser le flux sui vant l'invention, il est nécessaire de faire deux re marques préliminaires 1. Toutes les proportions qui seront ci-après indi quées sont exprimées en poids, les pourcentages étant calculés par rapport au poids total de la partie non métallique du flux. L'addition de mé taux est elle-même exprimée en pourcentage du poids de cette même partie non métallique. Les additions métalliques pouvant varier notablement sans sortir du cadre de l'invention, cette conven tion permet de mieux définir les proportions des autres constitutants ; 2.
Les compositions chimiques indiquées sont celles qui ressortent d'une analyse globale, sans tenir compte de combinaisons, éventuelles entre les composants ou de leur état physique. Peu im porte par exemple que la silice soit introduite sous forme de quartz ou de silicate de soude, seule la teneur globale en SiO2 du flux est à prendre en considération.
Ces remarques étant faites, il a été observé que les composants les plus efficaces dans le laitier sont, comme constituant acide, la silice et comme consti tuants basiques les oxydes de métaux alcalino- terreux.
Aussi, pour obtenir un flux présentant à la fois les qualités d'un flux acide et celles d'un flux basi que, la première condition est qu'il soit constitué, pour 60 % au moins de sa partie non métallique, de silice; d'oxydes de métaux alcalino-terreux et de fluorures. Parmi les oxydes de métaux alcalino-terreux, on choisira de préférence la chaux CaO, la somme des autres oxydes de métaux alcalino-terreux ne devant pas dépasser 15 0/0.
Parmi les. fluorures, on choisira de préférence le spath-fluor CaF2, la somme des autres fluorures ne devant pas dépasser 15 0/0.
Tous les autres composants non métalliques se ront considérés comme agissant peu sur les propriétés d'affinage du laitier, à condition de ne pas dépasser une teneur limite. En dessous de cette limite, leur présence pourra par contre, dans de nombreux cas, être intéressante pour obtenir une fusion correcte et un aspect convenable de la soudure.
Dans un fondant préféré selon l'invention la som me des composants non métalliques autres que la silice, les oxydes de métaux alcalino-terreux, les fluo rures et l'alumine ne dépasse pas 30 0/0, chacun d'eux étant lui-même limité comme spécifié ci-des sous : jusqu'à 30% de bioxyde de titane ou de zirconium jusqu'à 20% d'oxyde de manganèse jusqu'à 20% d'oxyde de chrome jusqu'à 15 % d'oxyde de fer jusqu'à 1010/0 d'alcali jusqu'à 10 % d'anhydride borique. La somme des autres composants non métal liques pourra atteindre jusqu'à 10%.
A cette partie non métallique, il faut ajouter des métaux protecteurs, indispensables pour obtenir une soudure présentant une bonne résilience même si elle est diluée fortement dans un métal de base de qua lité douteuse. Il faudra aussi, dans certains cas, rem placer des métaux autres que le fer contenus dans le fil et perdus partiellement lors de la fusion, ou introduire dans la soudure des métaux non contenus dans le fil. Cette addition de métaux alliés ou non entre eux ou au fer, que nous appellerons actifs comme le manganèse, le titane ,l'aluminium, le ma gnésium, le chrome, le molibdène, le nickel, le vana dium, le cobalt, le tungstène,
le niobium ou le cui- vre, sera de 3 -% au minimum et de 25 % au maxi- mum. Il faut compter également, dans cette partie métallique, les additions éventuelles de silicium, bien qu'il s'agisse d'un métalloïde.
On pourra enfin, si on le désire, ajouter égale ment des. métaux d'apport, identiques à ceux conte nus dans le fil utilisé avec le fondant, et mélangés ou alliés entre eux dans des proportions sensiblement analogues à celles du fil. Par exemple, si le flux est destiné à être utilisé avec un fil en acier Martin doux pour souder de l'acier ordinaire, le métal d'ap port sera de la poudre de fer du commerce.
On aug mente ainsi le poids du dépôt pour un même poids de fil, on modifie également les caractéristiques élec triques, magnétiques, thermiques, économiques du flux sans en changer notamment le comportement, même pour des additions massives pouvant aller jus qu'à 75 '0 /0. Evidemment, les additions de métaux protecteurs devront alors être elles-mêmes augmen tées tout en restant limitées à 25 % maximum.
Etant donné les proportions notables de fluo- rures et de métaux de ce flux, sa fabrication ne peut se faire par fusion de l'ensemble des constituants. On peut procéder par fusion préalable des compo sants les plus réfractaires ; suivie d'une pulvérisa tion par broyage ou par tout autre moyen, et d'une agglomération des grains obtenus avec les autres composants, dont les fluorures et les métaux avec ou sans l'aide d'un liant, à une température nettement plus basse que celle de la première fusion.
Cepen dant, il est plus simple de procéder sans fusion préa lable, par agglomération directe des constituants uti lisés en poudre, avec ou sans l'aide d'un liant, à une température telle qu'une partie au moins du mélange ne soit pas liquéfiée. Il est même possible de procéder par agglomération à froid, avec l'aide d'un liant comme par exemple un silicate alcalin hydraté, sui vie d'une cuisson à une température assez élevée pour éliminer l'eau de ce silicate et les constituants vola tils éventuels, mais suffisamment basse pour qu'au cun des composants ne fonde. En pratique, dans ce dernier mode de fabrication une température de 300 à 700 C est convenable.
Dans le cas usuel où le fon dant doit être utilisé sous. forme de poudre ou de grains, la granulométrie désirée est obtenue soit directement pendant l'agglomération, soit par broya ge ultérieur.
Une application pratique intéressante du procédé de fabrication par fusion préalable d'une partie des constituants consiste à utiliser comme composants partiels de l'agglomérat des sous-produits industriels ou des produits de récupération, obtenus à l'origine par fusion, et dont l'analyse chimique cadre avec les conditions imposées par l'invention, comme, à titre d'exemples non limitatifs, des laitiers métallurgiques ou des déchets de céramique.
Pour illustrer l'invention, on peut citer un exem ple de fondant conforme aux conditions. imposées, et contenant exclusivement dans sa partie non métal lique, autant que possible, sous forme de produits minéraux naturels, des mélanges ou combinaisons chimiques de SIO2, CaO, CaF2, TiO2, A1203, ZrO2, Na2O K20, qui se présentent comme les plus intéres sants parmi les composants possibles cités plus haut.
Si nous agglomérons à froid, à l'aide de 29 kilos d'un silicate de soude liquide contenant 62 % H20 ; 31 % Si02 et 7% Na2O, un mélange de poudres contenant
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40 <SEP> kilos <SEP> de <SEP> wollastonite <SEP> à <SEP> 52,5 <SEP> % <SEP> Si02 <SEP> et <SEP> 47,5 <SEP> %
<tb> CaO
<tb> 16 <SEP> kilos <SEP> de <SEP> spath-fluor <SEP> à <SEP> 100 <SEP> % <SEP> CaF2
<tb> 5 <SEP> kilos <SEP> de <SEP> quartz <SEP> à <SEP> 100 <SEP> % <SEP> SiO2
<tb> 3 <SEP> kilos <SEP> de <SEP> rutile <SEP> à <SEP> 100 <SEP> % <SEP> Ti02
<tb> 7 <SEP> kilos <SEP> de <SEP> bauxite <SEP> à <SEP> 100 <SEP> % <SEP> A1203
<tb> 6 <SEP> kilos <SEP> de <SEP> zircon <SEP> à <SEP> 33,3 <SEP> % <SEP> Si02 <SEP> et <SEP> 66,7 <SEP> % <SEP> ZrO2
<tb> 12 <SEP> kilos <SEP> de <SEP> feldspath <SEP> à <SEP> 75 <SEP> % <SEP> Si02;
<SEP> 16,5'% <SEP> A1203
<tb> et <SEP> 8,5 <SEP> % <SEP> K20 8 kilos de ferro-manganèse à 80% Mn et 20% Fe 2 kilos de ferro-titane à 45 % Ti et 55 % Fe.
On obtient, après cuisson à 500 C et granulation 110 kilos de flux pour soudage à l'arc submergé, contenant approximativement
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<B>100</B> <SEP> kilos <SEP> de <SEP> produits <SEP> non <SEP> métalliques, <SEP> dont
<tb> 46 <SEP> de <SEP> SiO2
<tb> 19 <SEP> de <SEP> CaO
<tb> 16 <SEP> de <SEP> CaF2
<tb> 3 <SEP> de <SEP> TiO2
<tb> 9 <SEP> de <SEP> A103
<tb> 4 <SEP> de <SEP> ZrO2
<tb> 2 <SEP> de <SEP> Na2O
<tb> 1 <SEP> de <SEP> K20
<tb> et
<tb> 10 <SEP> kilos <SEP> de <SEP> métaux <SEP> dont
<tb> 6,4 <SEP> de <SEP> manganèse
<tb> 0,9 <SEP> de <SEP> titane
<tb> 2,7 <SEP> de <SEP> fer. Dans les nombres ci-dessus on a pris comme base un poids total tel que les poids partiels aient la même valeur que les pourcentages plus haut définis.
Il est donc facile de vérifier que ces poids partiels sont conformes à l'invention, les autres conditions étant également respectées puisque, en poids
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SiO2 <SEP> + <SEP> CaO <SEP> + <SEP> CaF2 <SEP> = <SEP> 81 <SEP> 0/0
<tb> CaO <SEP> + <SEP> CaF- <SEP> = <SEP> 35 <SEP> 0/0
<tb> CaO
<tb> <B>SiO2 <SEP> =</B> <SEP> 0,41
<tb> 2
<tb> Mn <SEP> + <SEP> Ti <SEP> = <SEP> 7,3 <SEP> 0/0 On donnera ci-après l'indication d'un essai per mettant d'apprécier la supériorité des flux conforme à l'invention, aussi bien sur les flux classiques que sur les flux basiques à basse teneur en silice.
Cet essai consiste à assembler en une seule passe en courant alternatif, par le procédé dit à arc sub- mergé, avec un fil d'acier Martin doux à 0,5 % de manganèse de diamètre 5 mm, deux plats de 12 mm d'épaisseur, en acier Thomas ordinaire, bout à bout sans chanfrein, avec écartement de 5 mm et plat de soutien de 12 mm.
Pour parvenir à un résultat con venable, il faut régler la tension d'arc à environ 36 volts, la vitesse d'avance du fil à environ 140 cm/ minute, la vitesse d'avance du chariot à environ 50 cm/minute, ce qui exige une intensité de 900 à 1000 ampères selon le flux utilisé.
Dans de telles conditions, les flux classiques non basiques donnent des résiliences médiocres du fait du cycle thermique défavorable dû à la formation d'une passe unique de forte épaisseur. Les flux basi ques à basse teneur en silice donnent pour la plu part des piqûres dans la soudure puisque l'essai réu nit deux conditions défavorables, à savoir une forte intensité en courant alternatif et un joint sans chan frein avec écartement. Ceux qui réussissent à ne pas donner de piqûres conduisent à des résiliences aussi faibles que les flux classiques. Les résiliences UF obtenues dans tous les cas varient selon les flux de 4 à 8 kg/cm2. Par contre, avec un fondant conforme à l'invention, les résiliences sont nettement plus for tes, de l'ordre de 11 à 15 kgm/cm2.