Brevet FR2196875A1 — publié le 19740322

la présente invention concerne les matières de soudage, notamment les fils-électrodes pour le soudage et le rechargement des aciers de la classe ferritique sous protection gazeuse. L'invention peut être appliquée avec un maximum d'effica- cité au soudage et au rechargement de structures en tôles minces. Le soudage et le rechargement sous protection gazeuse ont trouvé des applications étendues dans l'industrie. En particulier, le soudage sous gaz carbonique est utilisé à grande échelle dans la fabrication de structures de wagons, autocars, etc... en aciers de la classe ferritique. le soudage et le rechargement de tels aciers sous gaz carbonique s'effectuent au moyen de fils-électrodes alliés au silicium et au manganèse. Ces fils sont bien connus et ont la composition pondérale suivante carbone jusqu a 0,22%, manganèse 0,4 à 2,50%, silicium 0,4 à 1,20%, aluminium résiduel 0,05% au maximum, fer le reste. le principal inconvénient de ces fils-électrodes connus est qu'ils provoquent pendant le soudage (ou le rechargement) beaucoup de projections se soudant au métal de base. La quantité de projections soudées est d'autant plus importante que le diamètre du fil est grand. Pour débarrasser le métal de base des projections soudées, on dépense jusqu'à 20% du temps nécessaire à l'exécution d'une soudure. les fils connus les plus répandus sont ceux de 1,2 à 1,4 mm de diamètre, bien que l'accroissement du rendement requiert l'utilisation de fils de 1,6 à 2,0 mm de diamètre. Un autre inconvénient de ces fils connus réside dans le fait qu'ils ne peuvent être utilisés que pour le soudage sous polarité inverse. Or, comme on le sait, l'utilisation de la polarité directe permet d'accroître la vitesse de rechargement d'au moins 70. De la sorte, l'emploi des fils connus pour le soudage sous protection gazeuse (par exemple sous C02 ou sous C02+02) limite le rendement des travaux de soudage. le but de l'invention est de supprimer les inconvénients énumérés. Il s'agissait donc de créer un fil-électrode pour le soudage et le rechargement des aciers de la classe ferritique, qui, grâce à la présence d'additions d'alliage, permettrait de réduire les projections (la quantité de projections soudées au métal de base) au cours du soudage et rendrait possible le soudage aussi bien sous polarité directe que sous polarité inverse. La solution consiste en un fil-électrode pour le soudage et le rechargement des aciers de la classe ferritique sous protection gazeuse, contenant du carbone, du manganèse, du silicium, de l'aluminium résiduel et du fer, ledit fil-électrode étant caractérisé d'après l'invention, en ce qu'outre ces constituants introduits dans les proportions pondérales suivantes : carbone 0,03 à 0,25%, manganèse 1,50 à 2,80%, silicium 0,20 à 1,50%, aluminium résiduel .... jusqu'à 0,08%, il contient des additions d'alliage dans lesquelles il y a au moins du zirconium en proportions de 0,1 à 0,6% en poids, le reste étant du fer. Le fil-électrode ayant la composition conforme à l'invention permet de diminuer sensiblement la quantité de projections se soudant au métal de base pendant le soudage, ce qui réduit considérablement les dépenses de temps pour l'exécution d'une soudure, permet d'exécuter le soudage sous polarité directe et d'augmenter par conséquent la vitesse maximale de rechargement. De préférence, la porportion pondérale de zirconium dans le fil-électrode proposé est de 0,15 à 0,25%. On obtient de très bons résultats quand le fil-électrode contient, en tant qu'additions d'alliage, du zirconium en proportions de 0,1 à 0,6% en poids, en association avec de l'aluminium en proportions allant jusqu'à 0,3% en poids. L'introduction desdites additions d'alliage dans la composition du fil-électrode contribue à lier l'oxygène et l'azote résiduels pour obtenir des composés stables n'affectant pas les propriétés plastiques du métal déposé. Pour améliorer les propriétés de résistance du métal déposé, il est avantageux que le fil-électrode, outre le zirconium en proportions de 0,10 à 0,604 en poids, en association avec l'aluminium en proportions allant jusqu'à 0,3%, contienne auss jusqu a 0,50% en poids de titane. les auteurs de l'invention ont établi que des teneurs du fil-électrode en carbone, manganèse et silicium inférieures aux proportions minimales précitées sont inadmissibles, par suite de la possibilité d'apparition de pores dans le métal déposé. les pourcentages maximaux des constituants précités ont été choisis en tenant compte du fait que des quantités plus élevées peuvent nuire aux propriétés plastiques du métal déposé. L'addition de zirconium en proportions inférieures à 0,1% (pour la composition du fil indiquée ci-dessus) ne donne aucun résultat utile. L'addition de zirconium en proportions supérieures à 0,6% en poids, est nuisible aux propretés plastiques du métal et complique le procédé de fabrication du fil. En outre, une teneur accrue du fil-électrode en zirconium peut conduire à une augmentation de la fragilité du métal de la soudure. La proportion maximale d'aluminium (jusqu'à 0,3% en poids) dans le fil proposé a été choisie en tenant compte du fait que des proportions plus élevées peuvent entraîner la formation de pores dans le métal déposé. les teneurs maximales du fil proposé en aluminium et en titane ont été choisies en tenant compte du fait que des proportions plus élevées de ces éléments peuvent provoquer l'apparition d'inclusions non métalliques dans le métal déposé, ce qui est nuisible à ses propriétés plastiques et de résilience. Il convient de tenir compte du fait que la présence de l'aluminium et du titane dans le fil proposé n'a pas d'influence sensible sur la quantité de projections soudées au métal de base, ni sur la vitesse maximale de rechargement. Ces éléments n'influencent que les caractéristiques mécaniques du métal déposé. L'invention deviendra plus compréhensible à la lecture des exemples de réalisation non limitatifs décrits ci-dessous. Exemple 1. En utilisant, pour le soudage (ou le rechargement! d'un acier contenant, en poids, 0,06 de carbone, 1,65% de manganèse, 0,29% de silicium, 0,032% de soufre, 0,015% de phosphore, un fil-électrode contenant,en poids carbone ........................... 0,05%, manganèse 1,82%, silicium 0,86%, aluminium résiduel 0,06%, zirconium 0,15%, on a obtenu les résultats indiqués dans le tableau 1 ci-dessous. TABLEAU 1 Diamètre du Polarité Courant Quantité de Vitesse maxifil-électrode, A projections male de rechar mm soudées, % gement, kg/h 1,2 inverse 160-180 0 2,8 inverse 240-260 0,70 3,0 1,4 directe 220-240 0,25 4,5 inverse 260-300 0,50 5,1 1,6 directe 240-260 0,20 5,9 inverse 420-440 0,35 5,9 2,0 directe 340-360 0,30 8,2 les données du tableau montrent que l'augmentation du diamètre du fil n'entraîne pratiquement pas d'augmentation de la quantité de projections soudées, tandis qu'au contraire la vitesse maximale de rechargement s'accroît. Cela contribue à augmenter le rendement des travaux de soudage (ou de rechargement). De plus, dans le cas de soudage sous polarité directe, outre l'augmentation de la vitesse maximale de rechargement, la profondeur de penetration diminue de 1,5 à 2 fois en comparaison de celle obtenue dans le soudage sous polarité inverse. Cette circonstance est particulièrement importante pour le soudage de tôles métalliques minces, car le risque de percées diminue. les tableaux 2 et 3 donnés ci-dessous résument les données caractérisant la qualité du métal du cordon de soudure obtenu dans deux exemples de soudage d'aciers au carbone et au siliciummanganèse au moyen d'un fil-électrode de 1,6 mm de diamètre. Exemple 2. Composition du métal de base (pourcentages en poids) C = 0,22 Mn = 0,82 Si = 0,59 S = 0,025 P = 0,023 épaisseur = 12 mm Composition du fil-électrode du type A, (pourcentages en poids) C = 0,120 Mn = 2,070 Si = 0,800 S = 0,028 P = 0,012 Zr = 0,210 Composition du fil-électrode du type B (pourcentages en poids) C = 0,05 Mn = 1,82 Si = 0,86 S = 0,016 P = 0,021 A1 = 0,06 Zr = 0,15 TABlEAU 2 Type limite Charge Allon- Résilience des éprouvet- Polade élasti- de ru- gement, tes, mesurée par la mé- rité fil que, pture, % thode de Mesnager, kg/mm kg/mm kg/cm à t C +20 -20 -40 A 40,2 54,0 25,3 11,4 8,0 5,3 inverse B 39,2 55,8 31,4 13,6 9,7 7,7 inverse B 40,5 53,8 27,4 14,6 8,9 8,2 directe Exemple 3. Composition du métal de base (pourcentages en poids) C = 0,06 Mn = 1,65 Si = 0,29 S = 0,032 P = 0,015 épaisseur = 12 mm le fil-électrode du type B a la même composition que dans l'exemple 2. le fil-électrode du type D contient les éléments suivants (pourcentages en poids) C = 0,09 Mn = 1,83 Si = 0,47 S = 0,017 P = 0,014 Zr = 0,22 A1 = 0,19 Ti = 0,37 TABLEAU 3 Type Limite Charge Allon- Résilience des éprou- Pola de élasti- de gement, vettes, mesurée par rité fil que, rupture % la méthode de Mesnager k/mm2 kg/mm2 kg/cm2 à tOC +20 -20 -40 B 44,2 58,8 28,7 14,4 7,6 4,6 inverse B 44,1 64,3 27,8 16,0 7,6 6,4 directe D 54,2 69,4 22,3 9,5 7,4 5,5 inverse Note relative aux tableaux 2 et 3 : les valeurs indiquées sont les valeurs moyennes pour 3 à 6 éprouvettes. les données des tableaux 2 et 3 permettent de conclure que le métal du cordon de soudure, dans le cas de soudage au moyen du fil-électrode proposé, a des propriétés mécaniques (résistance, plasticité et résilience) suffisamment élevées aux températures normales et aux températures inférieures à zéro. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tons les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selonresprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. - R E V E N D I C A T I O N S - 1.- Unfil-électrode pour le soudage et le rechargement des aciers de la classe ferritique sous protection gazeuse, du type contenant du carbone, du manganèse, du silicium, de l'aluminium résiduel et du fer, caractérisé en ce qu'outre ces constituants introduits dans les proportions pondérales suivantes carbone 0,03 à 0,25%, manganèse 1,50 à 2 80go silicium 0,20 à 1,50, aluminium résiduel jusqu'à 0,08%, il contient des additions d'alliage dans lesquelles il y a au moins le zirconium en proportions pondérales de 0,10 à 0,60%, le reste étant du fer. 2.- Un fil-électrode suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient du zirconium en proportions pondérales de 0,15 à 0,25. 3.- Un fil-électrode suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'outre le zirconium en proportions pondérales de 0,10 à 0,60%, il contient en tant qu'additions d'alliage de l'aluminium jusqu'à 0,30% en poids. 4.- Un fil-électrode suivant l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce qu'outre le zirconium en proportions pondérales de 0,10 à 0,60% en association avec l'aluminium en proportions pondérales allant jusqu'à 0,30%, il contient en tant qu'additions d'alliage du titane en proportions allant jusqu'à 0,50%0 en poids.