CH657555A5 - Flux fondu pour soudure avec arc incline submerge. - Google Patents

Description

Cette invention se rapporte au flux fondu pour soudure avec arc incliné submergé.

Le procédé de soudure avec arc submergé peut être exécuté à grande vitesse puisqu'il utilise des électrodes multiples et un grand courant électrique et il a été largement employé dans les secteurs concernés à cause de son travail excellent et efficace. L'un des secteurs d'application est la soudure de joint pour fabriquer des tuyaux soudés en spirale. Dans cette fabrication la vitesse de soudage de joint affecte directement l'efficacité de la fabrication de tuyaux et bien des recherches ont été faites pour l'accélérer.

L'augmentation de vitesse du soudage de joint par la soudure avec arc submergé est empêchée parce qu'un caniveau et une concavité excessive (creux au centre de la chenille) apparaissent dans la chenille intérieure. Comme contre-mesure pour contrôler de tels défauts, on a fait des progrès pour le procédé de soudure en soi et pour le flux fondu pour la soudure inclinée à grande vitesse.

Pourtant, puisque le procédé commande des directions d'arc en agissant avec un champ magnétique extérieur à l'arc, des moyens sont spécialement prévus pour déplacer l'arc de façon que le travail de soudage se fasse avec l'inconyénient d'un traitement compliqué.

D'autre part, les progrès de flux n'entraînent pas de tels inconvénients dans le traitement. Ce type de flux fondu usuel a été inventé pour un sondage incliné descendant, dans lequel la vitesse de soudage est relativement faible et inférieure à 2,5 m/min et les progrès de flux ont seulement un effet pour contrôler facilement la concavité se présentant dans la chenille de soudure inclinée descendante, et ne pourraient être utilisés dans la soudure à grande vitesse de tuyaux soudés en spirale.

Il faut dire que l'augmentation de vitesse est aujourd'hui la plus souhaitée dans un cas où la vitesse est de plus de 3 m/min, la soudure du tuyau soudé en spirale ayant une épaisseur de 9 à 12 mm. Si le soudage était exécuté à une telle vitesse sur l'intérieur du tuyau dans la position inclinée descendante, un bain fondu se formerait depuis un joint juste sous une électrode de soudure jusqu'à une position de descente raide et l'acier fondu coule de cette position à l'électrode de soudure par la force de gravité et ce phénomène ne pourrait être contrôlé uniquement avec les propriétés des flux et laitiers précédents, de sorte que des chenilles largement concaves et se chevauchant sont formées. Afin d'éviter la concavité et le chevauchement, la position de soudage devrait être changée en une position inclinée ascendante pour un soudage spiral à grande vitesse de plus de 3 m/min. Le soudage spiral dans ce cas n'est pas seulement le soudage incliné descendant et le bain fondu s'étend de la position ascendante à la position descendante à l'intérieur du tuyau. C'est pourquoi l'écoulement en arrière de l'acier fondu au voisinage de l'arc devient rapidement par la force de gravité là où un caniveau se forme facilement. L'écoulement en arrière ne peut pas être contrôlé par le flux de soudure incliné habituel.

La présente invention a été développée grâce à bien des recherches pour supprimer les désavantages dans le flux fondu usuel de la soudure avec arc submergé et cette invention permet un flux fondu pour la soudure avec arc submergé incliné, qui "peut former des chenilles désirées sans caniveau ni concavité excessive lors d'une vitesse de soudure spirale de plus de 3 m/min.

Pour atteindre ce but, l'invention prévoit un flux fondu comprenant principalement un composé de 20 à 30% en poids de A1203, de 15 à 30% en poids de Si02, de 15 à 30% en poids de MnO, de 10 à 25 % en poids de Ti02 et moins de 10 % en poids en oxyde de fer (total de FeO et Fe203).

Dans une forme préférée, le flux fondu riche en Al203-Si02-Ti02-Mn0 employé dans la soudure avec arc incliné submergé de tuyaux à spirale soudés avec une vitesse de plus de 3 m/min comprend 20 à 30% en poids de A1203, 15 à 30% en poids de Si2, de 15 à 30 % en poids de MnO, de 10 à 25 % en poids de Ti02, de 20 à 35 % en poids pour l'ensemble (MnO + Ti02) et moins de 10 % en poids pour l'ensemble d'oxyde de fer (FeO et Fe203) et le reste étant CaO, CaF2 et MgO de 1 à 8 % en poids respectivement.

La figure 1 est une représentation graphique schématisant la viscosité de caractéristiques de cette invention et de flux usuel.

La figure 2 est une représentation graphique montrant la relation entre la densité de volume du flux et la profondeur de la concavité de la chenille soudée.

La figure 3 est une représentation graphique montrant la rotation entre la quantité totale d'oxyde de fer dans le flux pendant une soudure en spirale et la proportion de caniveau, et la figure 4 est une vue explicative montrant le calcul de la proportion de caniveau.

On va maintenant exposer les raisons pour définir la composition du flux actuel.

A1203 possède des caractéristiques de viscosité pour le flux associé au Si02 comme on les voit schématiquement à la fig. 1. Ce composant est important pour donner un flux ayant des qualités empêchant le caniveau et la concavité. C'est pourquoi l'addition doit être supérieure à 20 % pour obtenir lesdites caractéristiques. Si elle dépasse 30 %, le point de fusion du flux est trop élevé et détériore la faculté du laitier de se détacher et les qualités de surface de la chenille. C'est pourquoi la proportion optimale est de 20 à 30%.

Si02 est ce qu'on appelle formateur de laitier et il devrait participer pour au moins 15 % au flux. S'il dépasse 30 %, les caractéristiques de viscosité sont perdues et la ténacité du métal de soudage est détériorée. Pour cette raison, il devrait participer pour 15 à 30 %.

MnO et Ti02 fournissent respectivement Mn et Ti au métal de soudage, et jouent un rôle métallurgique en contrôlant les formes des inclusions ou la microstracture fine du métal de soudage et en augmentant la densité du volume du flux par l'addition commune de MnO et de Ti02 et, comme représenté à la figure 2, en diminuant la profondeur de la concavité dans la chenille de soudure inclinée descendante. Si MnO est moins de 15 % on ne peut attendre d'effet pour augmenter la densité de volume et la couche de laitier n'est pas formée de façon uniforme. S'il y a plus de 30 % de MnO, la densité du volume est trop élevée et l'inclusion de laitier et le caniveau se produisent facilement. C'est pourquoi la proportion préférée pour MnO est de 15 à 30%.

D'autre part, lorsque TiOz représente moins de 10 %, la densité en volume du flux est si faible que ce métal fondu coule facilement et la soudure devient instable. S'il dépasse 25 % la densité du volume est trop élevée, des défauts se produiraient comme on l'a vu avec MnO. Ainsi la proportion de 10 à 25 % est préférée pour le TiO. Si MnO et Ti02 sont trop fortement additionnés, la densité en volume est trop élevée et c'est pourquoi il est préférable que le total de MnO et de Ti02 ne dépasse pas 40%, spécialement 20 à 35%.

Le total d'oxydes de fer est FeO et Fe203 et possède une caractéristique de contrôle de la concavité et améliore la forme de la chenille avec une faible quantité. S'il y en a plus de 10% dans le flux, l'adhésion du laitier se produirait et il ne devrait pas y en avoir plus de 10%.

On a réalisé un échantillon avec 25% d'Al203, 26% de Si02, 19% de MnO, 17% de TiO,, 1 % de CaO, 4% de CaF2 et 3% de MgO et un total d'oxydes de fer avec des variations de moins de 20 % et les soudures avec arc submergé incliné de tuyaux soudés en spirale ont été exécutées avec une vitesse de soudage de 4 m/min. La figure 3 montre la proportion de caniveau dans cette soudure. Par

5

10

is

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

657 555

suite de la vitesse élevée allant jusqu'à 4 m/min, le caniveau se forme, mais lorsque la proportion du total d'oxydes de fer reste inférieure à 10%, le caniveau est abaissé et au voisinage de 5% (de 4 à 6%) les résultats préférés ont été obtenus. De ce point de vue, on en additionne moins de 10%. s

Par rapport aux autres éléments, CaO, CaF2 et MgO sont préférés chacun pour au moins 1 % afin d'augmenter le caractère basique et augmenter la désoxydation du flux. Pourtant, si le pourcentage dépasse 8 %, des défauts de surface comme des pustules ou des creux se produisent facilement avec du CaO et du MgO, et la concavité de io la chenille devient profonde à cause d'une fluidité excessive avec du

CaF2. C'est pourquoi chacun d'eux devrait de préférence participer pour 1 à 8%.

On va encore se référer à des exemples :

Exemple I:

Les flux selon la liste du tableau 1 ont été utilisés au soudage de la surface intérieure d'un tuyau soudé en spirale de 12 mm et de 1016 mm de diamètre extérieur avec les conditions de soudage de l'électrode directrice de 1600 A, 28 V et 3,5 m/min, de l'électrode entraînée de 950 A, 36 V et 3,5 m/min et la distance entre les électrodes étant 22 mm.

Tableau 1

Flux n

O

<N <

N

O w

MnO

N

O

P

Oxyde de fer total

CaO

<N

tu U

1

MgO

1 1

c

O Ci

A

25

26

19

17

5

1

4

3

S .9

B

30

15

20

15

10

2

4

4

x 0

S u

C

30

20

19

22

4

1

1

3

tu .5

D

25

28

20

18

5

1

2

1

Flux usuels

E F G

1 5 4

45 41 53

45 28 0

0 9

1

2 0 0

I

II 26

4

5 7

2 1 9

Exemple II. tjon ^ canjveau a été obtenue selon l'expression :

Les formes des sections transversales des chenilles, profondeur 35 Proportion de caniveau (%) = 2 A -C/2-C x 100

de la concavité et la proportion de caniveau obtenue dans les condì- où •£ (mm) : longueur de la chenille tions mentionnées ci-dessus sont montrées au tableau 2. La propor- EA-6 (mm): longueur totale de caniveau

Tableau 2

Flux

Forme de chenilles

Profondeur de la concavité

Proportion de caniveau

Evaluation d'ensemble

Flux selon invention

A B C D

O

0,3 mm 0,6 mm 0 0

%

0 0 0 0

OOOO

Flux usuels

E F G

0,7 mm 2,3 mm 0

63 0

100

X .

X

X

Comme on le voit au tableau 2, dans la partie du flux selon l'invention, le caniveau et la concavité excessive se produisent rarement malgré la grande vitesse de soudage de 3,5 m/min et une forme souhaitable en coupe transversale de la chenille a pu être obtenue, si on la compare avec les flux usuels.

Le flux usuel G ne donne pas de concavité excessive, mais a une 65 proportion élevée de caniveau. Le flux F ne produit pas de caniveau mais donne une grande profondeur à la concavité. Pour le flux E, la concavité est plutôt faible mais le caniveau est grand.

Lorsque le flux selon l'invention est appliqué à la soudure incli-

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née, spécialement dans la soudure de grande vitesse supérieure à 3 m/min de tuyau spirale soudé, les formes désirées de chenilles peuvent être obtenues sans produire le caniveau ou la concavité excessive, tandis que l'augmentation de vitesse a pu être obtenue dans la soudure de joint spirale, de sorte que l'efficacité de production est exactement augmentée dans la production de tuyaux spirales soudés.

1

R

1 feuille dessin

Claims (2)

657 555 2 REVENDICATIONS

1. Flux pour soudure avec arc incliné submergé, comprenant 20 à 30 % en poids de A1203, 15 à 30 % en poids de Si02, 15 à 30 % en poids de MnO, 10 à 25 % en poids de TiOz et un total d'oxydes de fer — FeO et Fe203 — inférieur à 10%.

2. Flux fondu selon la revendication 1, comprenant en outre les composants CaO, CaF2 et MgO dans une proportion de 1 à 8 % respectivement.