Brevet FR2172848A1 — publié le 19731005

La présente invention concerne un flux pour soudage à l'arc, comportant un liant, et plus précisément un flux a' liant dépourvu de silicate, dont la résistance à la réhydratation est égale à celle des flux à liant silicaté de la technique antérieure ou meilleure. Les flux à liant, destinés à être utilisés pour le soudage à l'arc, sont constitués d'un flux en poudre, par exemple de matières minérales, d'oxydes, de sels et de métaux, destinés soit à être appliqués comme revetements sur des électrodes de soudage,soit à être agglomérés et utilisés avec l'électrode dans le procédé de soudure à l'arc sous flux électroconduc- teur. Le revêtement de flux de l'électrode est un mélange de la matière réelle du flux et d'un liant.Pour simplifier le présent mémoire, l'expression revêtement de flux" ou le mot Xflu? seul désigne la combinaison du flux et d'un liant, dans le cas d'utilisation sous forme d'un revêtement réel d'une électrode de soudage ou d'une agglomération et d'une utilisation avec l'électrode dans le procédé de soudure à l'arc sous flux électroconducteur. Pendant de nombreuses années, les silicates alcalins n'ont pas eu de concurrent sérieux comme liants de reveXte- ments de flux appliqués sur les électrodes de soudage ferreuses, en nickel ou à base de nickel ou de cuivre. Récemment, on les a aussi utilisés comme liant principal pour les fondants agglomérés mis en oeuvre par la technique de soudage à l'arc sous flux dlectroconducteurses liants silicatés sont commodes à utiliser, à conserver et ils donnent des reveAtements d'électrodes robustes et durables, capables de supporter une expédition dans les conditions normales et une utilisation sans détérioration ; de plus le réglage du soudage est facile du fait de la formation d'une coupelle stable et bien-délimitée formée par le revêtement à ltextrémité de l'électrode au cours du soudage. Cependant, les liants silicatés présentent certains inconvénients propres. Par exemple, lorsqu'on les utilise, il se forme un laitier qui comprend de la silice qui est parfois indésirable. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n9 3 501 354 décrit un reveAtement de flux dont le liant est en aluminate alcalin, le flux comprenant une matière de flux finement divisée et un liant comprenant un aluminate alcalin, de préférence de l'aluminate de sodium, en quantité comprise entre 1 et 7,5 % du poids du flux finement divisé, ces poids étant calculés sur la base sèche. Ce revêtement permet une certaine liberté souhaitable pour la formulation, car le flux n'est plus limité au liant silicaté utilisé jusqu'a présent. Cependant, de tels revêtements de flux présentent certains inconvénients propres. Les revêtements à liant en aluminate alcalin seul ont une resistance à la réhydratàtion inférieure à celle des revêtements silicatés de la technique antérieure. L'obtention et le maintien d'une faible teneur en humidité dans les flux de soudage sont bien connus.Avec les revê- tements de flux à liant en aluminate alcalin; tels que décrits dans le brevet des Etats-Unis d'dmérique précité, on constate qu'on peut obtenir des basses teneurs convenables en humidité de l'ordre de celles qu'on obtient avec les flux à liant silicaté, en mettant en oeuvre des techniques convenables de cuisson. Cependant, les vitesses de réhydratation sont au moins trois à quatre fois- supérieures à celles des meilleu- rs revêtements à liant silicaté.Ainsi, bien qu'un revête ment à liant en aluminate soit utile du point de vue expérimental, il présente un inconvénient industriel par rapport au re vetement à liant silicaté. On constate que certains nouveaux liants pour revêtements de flux de soudage à l'arc peuvent avoir simultanément une teneur en humidité et une résistance à la réhydratation égales ou supérieuredà celles des meilleurs revêtements silicatéqde la technique antérieure. L'invention améliore la résistance à la réhydratation des revetements à liant d'aluminate jusqu'à un niveau correspondant ou dépassant celui des reveAtements silicatés. De plus, le cas échéant, l'invention concerne aussi des revetements dépourvus de silice et d'alumine. Selon l'invèntion, un revêtement de flux pour soudage à l'arc comprend une matière finement divisée de flux et un liant comprenant une matière finement divisée, soluble ou capable d'être dispersée dans l'eau, formée d'un fluorure, d'un mélange de fluorures, dtun aluminate, d'un hydroxyde ou d'un carbonate alcalin, avec au moins une matière supplémentaire du type présent lorsqu'un aluminate est présent. Le liant existe en quantité au moins suffisante pour assurer une résistance convenable de liaison dans le revsstement du flux de soudage après un mélange intensif, un séchage et une cuisson entre 340 et 510OC de la matière de flux, du liant et d'eau. En général, le liant doit constituer au moins 1,1 % du poids de la matière de flux après cuisson du revetement et au moins 5 % en poids du liant doivent être formés de fluorure ou d'hydroxyde de lithium. Dans un mode de réalisation préféré, le liant est en quantité comprise entre environ 1,7 et environ 10 % du poids de la matière de flux après cuisson du reveAtement, et au moins 5 Xo du poids du liant sontlen fluorure ou en hydroxyde de lithium. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée qui va suivre. Dans une composition de reveAtement de l'invention qui comprend un aluminate alcalin comme liant, le revêtement comprend une matière finement divisée de flux et un liant formé essentiellement des constituants de la liste qui suit, en quantité égale au pourcentage en poids cité de la matière de flux, après séchage et cuisson du revêtement: : Aluminate alcalin, avec un rapport molaire d'oxyde alcalin à l'oxyde d'aluminium compris entre 0,9 et 1,4 environ 0,7 à 5 % Fluorure de lithium 0,4 à 3 % Fluorure de sodium O å 3 % Fluorure de potassium O à 3 po Oxyde alcalin obtenu à partir d'un hydroxyde ou d'un carbonate alcalin O à 3 % Total des matières ci-dessus 10 % au maximum Dans une autre composition dépourvue d'aluminate, le revêtement comprend une matière de flux finement divisée et un liant constitué essentiellement par les composants de la liste qui suit, en quantité égale auwpourcentagegen poids cités par rapport à la matière de flux, lorsque le revêtement a été sé- ché et cuit Fluorure de lithium O à 2 % Fluorure de sodium O à 4 Fluorure de potassium O à 3 % Oxyde de lithiuïoe provenant dlhydroxyde de lithium O à3% Oxyde de sodium provenant de soude O à 3 % Oxyde de sodium provenant de carbonate de sodium O à2o Oxyde de potassium provenant de potasse O à 3 r Oxyde de potassium provenant de carbonate de potassium O à 2 % Silicofluorure de potassium O à 1 % Total des constituants ci-dessus 1,1 à 10 % Il faut noter que les quantités de liant introduites sous forme dhydroxyde;/et de carbonates sont données en quantités d'oxyde, lorsqu'elles concernent le revêtement séché et cuit. Ceci est dû à ce que, lorsque le flux total est cuit à des températures par exemple de tordre de 340 à 510 C, les hydroxydes perdent leur radical OH et les carbonates peuvent perdre C02 ; ainsi, pour que le calcul des quantités des constituants du liant soit uniforme, en ce qui concerne le revê- tement terminé, on ne considère que l'oxyde dans le revêtement après cuisson. On prépare de préférence les revetements par mélange intensif des constituants du liant, sous forme finement divisée,-avec de liteau sous forme d'un liant liquide uniforme, on mélange ce liant liquide avec la matière sèche finement divisée du flux de manière à former un mélange humide de consistance voulue, on extrude le mélange humide sur un fil d'âme de composition désirée ou on agglomère ce mélange humide sous forme de particules de la dimension voulue, de manière à pouvoir l'utiliser comme flux électroconducteur, et on sèche puis on cuit enfin le revêtement à une température comprise entre 340 et 510 c. Cependant, les constituants du liant peuvent être aussi mélangés à l'état sec avec la matière de flux, l'eau étant ajoutée et mélangée de façon intensive avec le mélange sec obtenu.Il est essentiel dans tous les cas que le mélange soit uniforme et intime, entre le liant et le flux, car, dans le cas contraire, la liaison nécessaire n'existe pas et on pas pas assuré d'obtenir les autres propriétés du revetement terminé. Dans la préparation préférée décrite ci-dessus, la quantité de liant liquide nécessaire pour donner la consistance convenable en vue d'une extrusion ou d'une agglomération et la résistance suffisante de la liaison par mélange avec les ma des' tières de flux, dépendent/ matières particulaires utilisées et de leur granulométrie, comme cela est bien connu dans la technique. Cependant, on constate qu'avec des mélanges utilisés par exemple dans le soudage à l'arc, la quantité de liant liquide est telle que la quantité de liant dans le revêtement cuit est comprise entre environ 1,1 et 10 % du poids de la matière présente de flux. On constate aussi que, pour être efficaces comme revête- ment selon l'invention, les constituants finement divisés du liant doivent être solubles ou capables d'être dispersés dans l'eau, c'èst-à-dire capables de former au moins une suspension pratiquement colloidale par mélange intensif avec 11 eau. Ceci assure que le liant peut être réparti uniformément dans la matière de flux, que l'addition à cette matière soit réalisée sous forme d'un mélange aqueux qui peut être en partie une solution vraie et en partie une dispersion colloïdale, ou sous forme sèche finement divisée, avec addition ultérieure d'eau. Pour que la résistance à la réhydratation soit optimale pour le revêtement terminédil faut que 5 % au moins du poids du liant soient constitués/ fluorure et/ou d'hydroxyde de lithium. Ces composés du lithium ont un effet plus important sur la résistance à la réhydratation du revêtement terminé que les autres constituants du liant. Un type de fluorure de lithium qui donne satisfaction est une matière de qualité industrielle constituée par 99,5 % au minimum de LiF, et ayant une granulométrie telle que 100 fio ont des particules /une dimension inférieure à 0,149 mm et 90 % par exemple une dimension inférieure à 0,044 mm . Cette matière est pelucheuse et a tendance à s'agglomérer sous forme de petites boules sphériques lorsqu'elle est mélangée à l'état sec, si bien qu'on doit prendre un soin particulier pour s'assurer qu'elle est uniformément et intimement dispersée dans la matière de flux, lorsqu'on l'utilise comme constituant du liant. Un type d'hydroxyde de lithium qui donne satisfaction est du monohydrate d'hydroxyde de lithium de qualité industrielle contenant par exemple 57 % de LiOH, sous forme de cristaux ayant une dimension comprise entre 0,84 et 0,15 mm. Cette matière est facile à disperser dans l'eau. La liste qui suit donne une brève description d'autres constituants du liant qui donnent satisfaction dans le mode préféré de préparation du revêtement Aluminate de sodium - trihydrate d'aluminate de sodium, sous forme de granulés blanc g ndustriels, solubles dans l'eau, contenant environ 40 % d'Al203, 31 % de Na20, 23 % d'eau et quelques impuretés. Le rapport molaire de Na20 à Au203 de cet aluminate est de l'ordre de 1,1, et il forme facilement un liquide uniforme lorsqu'on le mélange avec de l'eau. Fluorure de sodium - fine poudre de qualité industrielle contenant 99 % de NaF au minimum. Fluorure de potassium - fines paillette41e qualité industrielle contenant au minimum 95 % de KF. Soude - fines paillettetde qualité industrielle contenant au minimum 98 % de NaOH. Potasse - fines paillettedde qualité industrielle contenant au minimum 90 % de KOH. Carbonate de lithium - fine poudre de qualité industrielle contenant au minimum 97 % de Li2CO3. Carbonate de sodium - fine poudre de qualité industrielle contenant au minimum 99 % de Na2CO3. Carbonate de potassium - poudre de qualité industrielle contenant au minimum 99 de K2C03. Silicofluorure de potassium - poudre de qualité industrielle contenant par exemple 99 % de K2SiF6. En ce qui concerne la teneur en humidité après cuisson et la vitesse de réhydratation, les meilleures électrodes à liant silicaté de la technique antérieure ont des teneurs en humidité comprises entre 0,06% et 12 % et une vitesse de rehydratation en atmosphère d'humidité relative de 88 % à 200C d'environ 0,15 et O,o% après des expositions de 1 et 6 heures respectivement. Il faut garder présent à l'esprit que la grande majorité des revêtements silicatés actuellement présents sur le marché ont des valeurs supérieures en ce qui concerne la vitesse de réhydratation. Ces chiffres sont utilisés comme références pour une série d'électrodes revêtues des nouveaux revêtements de l'invention. Les résultats des comparaisons figurent dans les tableaux donnés plus loin. Lors de la préparation de chaque exemple, on prépare une matière finement divisée de flux en combinant, au cours opération de mélange à sec, les matières de la liste suivante Sodium CMC de dimension inférieure à 0,42 mm 15 g Concentrés de rutile, de dimension comprise entre 0,42 et 0,074 mm 20 g Poudre de marbre, de dimension inférieure à 0,149 mm 150 g Carbonate de calcium de dimension inférieure à 0,074 mm 250 g Carbonate de calcium précipité 100 g Fluorine, dimension comprise entre 0,297 et 0,044 mm 450 g Ferrosilicium stabilisé, contenant 50 % de silicium, en particules de dimension comprise entre 0,42 et 0,044 mm 110 g Poudre de magnésium métallique de dimension comprise entre 0,42 et 0,177 mm 50 g Manganèse métallique électrolytique stabilisé, dimension comprise entre 0,297 et 0,044 mm 30 g Poudre de nickel de dimension comprise entre 0,297 et 0,044-mm 100 g Poudre de fer de dimension comprise entre 0,297 et 0,044 mm 320 g Poids total de matière de flux 1595 g La matière constante de flux citée ci-dessus est un exemple de celle qui est utilisée dans les revêtements dté- lectrodes de résistance élevée, à faible teneur en hydrogène, contenant de la chaux et des fluorures. Le tableau I donne les compositions de huit liants liquides différents ajoutés chacun à 1595 g de la composition précédente de matières de flux, à l'état sec. Il faut noter que, dans l'exemple 1, le liant comprend seulement de l'aluminate de sodium. Cet exemple permet la comparaison entre les rev- tements décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité no 3 501 354 et les reveAtements de l'invention. Chaque liant est préparé par addition des ingrédients et du chromate de sodium dans de l'eau, dans les proportions indiquées, puis mélange de l'ensemble à l'aide d'un mélangeur électrique à grande vitesse pendant plusieurs minutes, jusqu'à obtention d'un liquide uniforme.On ajoute au mélange liquide du chromate de sodium comme inhibiteur destiné à réduire la corrosion de l'appareillage de traitement ou des poudres métalliques du mélange de flux. On peut aussi ajouter certaines matières organiques, par exemple de la carboxyméthylcellulose sodique (sodium CMC) de manière à épaissir le liant et à favoriser l'uniformité de la dispersion des constituants du liant. Les spécialistes en la technique connaissent bien ces additions qui ne font pas partie de l'invention. On ajoute alors une quantité suffisante du liquide uniforme au mélange de matières sèches de flux pour former une pâte de consistance convenable, extrudée sur un fil d'ame en acier doux. Le tableau I donne la quantité de liant liquide nécessaire pour l1obtention de la consistance convenable, avec le mélange de matières sèches, dans le cas de chacun des liants. TABLEAU I Compositions de liant liquide Constituant du liant Exemple N 1 2 3 4 5 6 7 8 H2O 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm Chromate de sodium 0,3 g 0,3 g 0,3 g 0,3 g 0,3 g 0,3 g 0,3 g 0,3 g Trihydrate d'aluminate de sodium (40 % Al2O3, 31 % Na2O, 23 % (H2O) 15 g 15 g 10 g 10 g Fluorure de lithium 10 g 10 g 10 g 10 g Monohydrate d'hy- 5 g 15 g droxyde de lithium Fluorure de sodium 20 g 20 g 20 g 20 g 23 g Fluorure de potas- 30 g sium Soude 5 g 7 g 7 g Potasse 10 g 5 g 7 g 15 g 7 g Carbonate de sodium 8 g 8 g Carbonate de potassium 8 g 8 g Silicofluorure de potassium 5 g Poids de liant liquide utilisé pour 1595 g de matière de flux 181 g 262 g 280 g 276 g 242 g 229 g 243 g 229 g On cuit des échantillons de chacune des électrodes à 430 C pendant 2 heures.Une telle cuisson est un exemple de celle qu'on utilise pour les revêtements silicatés à faible teneur en hydrogène. Le tableau Il donne la quantité de chaque constituant du liant présent dans chaque revetement après cuisson, en pourcentage du poids de la matière de flux. TABLEAU Il Teneur en liant du revêtement cuit Constituant du liant 1 2 3 4 5 6 7 8 Aluminate de sodium 1,1 1,4 0,9 0,8 Fluorure de lithium 1,2 1,3 1,2 0,9 Oxyde de lithium (prove. nant de LiOH.H20) 0fi2 0,5 Fluorure de sodium 2,5 2,3 2,2 1,8 Fluorure de potassium 2,9 Oxyde de sodium (provenant de NaOH) 0,4 0,5 0,5 Oxyde de potassium (provenant de KOH) 1,0 0,5 0,5 1,2 0,5 Oxyde de sodium (provenant de Na2CO3) 0,4 0,4 Oxyde de potassium (provenant de K2C03) 0,5 0,5 Silicofluorure de potassium . 0,4 LIANT TOTAL 1,1 2,6 4,7 5,3 3,3 4,6 4,6 4,5 en poids du liant constitué par LiF et/ou Li O 0 46 28 23 6 19,5 11 0 Après cuisson, on vérifie chaque échantillon de reveAte- ment de manière à déterminer sa teneur en humidité et sa vitesse de réhydratation après des expositions de 1 et 6 heures à une atmosphère d'humidité relative de 88 fg à la température ambiante. Le tableau III donne les résultats réalisés sur les revetements, ainsi que, 'a titre de comparaison, les memes données pour les meilleurs revêtements silicatés de la technique antérieure. TABLEAU III Teneur en humidité et vitesse de réhydratation des revêtements après cuisson à 430 C pendant 2 heures Exemple N Meilleurs revêtements silicatés 1 2 3 4 5 6 7 8 % d'humidité 0,075 0,074 0,073 0,064 0,063 0,068 0,072 0,087 0,06-0,12 % d'absorption d'eau après 1 heure à 20 C en atmosphàre à 88 % d'humi0 dité relative 0,51 0,71 0,14 0,10 0,06 0,11 0,26 0,40 0,15 % d'absorption d'eau après 6 heures à 20 C en atmosphère à 88 % d'humidité relative 1,82 0,40 0,40 0,28 0,14 0,28 0,40 0,77 0,30 Les données des tableaux montrent plusieurs avantages et caractéristiques des revetements de l'invention.D'abord, par comparaison des exemples no 1 et 2, on note que l'addition de fluorure de lithium on quantité citée réduit la vitesse de réhydratation du revêtement d'un facteur trois après une exposition de 1 heure et d'un facteur d'environ quatre après une exposition de 6 heures, par comparaison avec la vitesse de réhydratation dtun revêtement à liant d'aluminate seul. L'utilisation supplémentaire de fluorure de sodium (exemple 3) et la combinaison de fluorure de sodium et de potasse (exemple 4) réduisent la vitesse de réhydratation du revêtement d'une valeur encore plus importante.Dans les trois exemples de revetement de l'invention contenant de ltaluminate (exemples 2, 3 et 4), la teneur en humidité et la vitesse de réhydratation du revê- tement cuit sont comparables à celles des meilleurs revête ments silicatés. Les quatre autres exemples ne contiennent pas d'aluminate. Les exemples 5, 6 et 7 montrent l'excellence de la teneur en humidité et de la vitesse de réhydratation des revêtements sans aluminate contenant du fluorure de lithium ou de l'hy- droxyde de lithium comme constituant préféré du liant. L'exemple 8 ne contient pas de composé de lithium comme constituant du liant, et bien que la teneur en humidité et la vitesse de réhydratation de ce revêtement soient supérieures à celles de exemple 1 qui ne contient que de l'aluminate, les résultats ne sont pas aussi bons que ceux des exemples contenant des composés du lithium. On préfère utiliser du fluorure et/ou de l'hydroxyde de lithium comme constituant du liant, en quantité égale à au moins 5 so du poids total du liant. Bien que les exemples décrits concernent plus précisément un flux de soudage destiné à des électrodes revêtues, ainsi que l'utilisation d'un liant liquide uniforme ajouté à une matière sèche de flux, il faut noter que l'invention s'ap plique aussi à d'autres types de flux et à d'autres dispositifs d'addition du liant aux flux.Par exemple, lors de la préparation de flux agglomérés pour soudage à l'arc sous flux électroconducteur, le liant finement divisé peut être ajouté au mélange sec des matières de flux, liteau étant ajoutée ensuite au mélange sec, dans un mélangeur.Le mélange est poursuivi jus qu'à l'agglomération voulue, et le flux est alors retiré du méiangeur, séché, cuit et tamisé par exemple à l'aide d'un tamis à mailles de 0,84 mm, de manière que le flux aggloméré soit utilisable. Dans tous les cas, il est essentiel que le mélange soit intensif de manière que le liant ait la résistance convenable d'associaion. Ainsi, l'invention concerne des revêtements de flux pour soudage à l'arc, dépourvus de silice et éventuellement d'alumine, ces revêtements ayant, après une cuisson normale entre 340 et 510OC, une teneur en humidité et une vitesse de réhydratation comparables ou supérieures à celles des meilleurs revetements silicatés de la technique antérieure. En conséquence, le soudage à l'arc peut être réalisé avec des revetements dépourvus de silice et d'alumine et qui, de plus, peuvent concurrencer les flux silicatés du commerce en ce qui concerne les propriétés importantes relatives à la teneur en humidité et à la vitesse de réhydratation. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Revetement de flux pour soudage à l'arc, comprenant une matière de flux finement divisée et un liant, caractérisé en ce que le liant comprend une matière finement divisée soluble ou capable d'être dispersée dans l'eau et comprenant un fluorure, un mélange de fluorures, un aluminate, un hydroxyde ou un carbonate alcalin, une de ces matières supplémentaires au moins étant présente lorsque le liant contient un aluminate, le liant étant en quantité au moins suffisante pour assurer une résistance convenable d'association dans le flux après mélange intensif, séchage et cuisson entre 340 et 510OC de la matière de flux, du liant et d'eau. 2. Revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant est présent en quantité au moins égale à 1,1 % du poids de la matière du flux, après cuisson du revetement. 3. Revêtement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le liant est en quantité comprise entre 1,7 et 10 % environ du poids de la matière de flux après cuisson du revêtement. 4. Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 5 au moins du poids du liant sont formés de fluorure ou d'hydroxyde de lithium. 5. Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le liant comprend essentiellement les constituants suivants, dans la quantité précisée, en pourcentage en poids de la matière de flux, après séchage et cuisson du revêtement : Aluminate alcalin, avec un rapport moléculaire d'oxyde alcalin à l'oxyde d'aluminium compris entre 0,9 et 1,4 0,7 à 5 Fluorure de lithium 0,4 à 3 % Fluorure de sodium O à 3 fui Fluorure de potassium O à30 Oxyde alcalin provenant d'hydroxyde ou de carbonate alcalin O à3% Total des constituants précédents 10 % au maximum 6. Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le liant comprend essentiellement les constituants suivants, en quantités correspondant aux pourcentages en poids cités de la matière de flux, après séchage et cuisson du revêtement : Fluorure de lithium O à 2 su Fluorure de sodium O à 4 % Fluorure de potassium O à 3 % Oxyde de lithium provenant d'hydroxyde de lithium 0 à 3 % Oxyde de sodium provenant de soude O à 3 % Oxyde de sodium provenant de carbonate de sodium 0 % 2 % Oxyde de potassium provenant de potasse O à 3 % Oxyde de potassium provenant de carbonate de potassium O à 2 % Silicofluorure de potassium O à 1 % Total des constituants 1,1 à 10 %