Brevet FR2208754A1 — publié le 19740628

La présente invention concerne les produits pour le soudage à l'arc, notamment les fils-électrodes à âme en poudre pour le soudage et le rechargement de la fonte. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximaie au soudage et au rechargement de la fonte à graphite sphéroidal. On connaît des fils-électrodes à ame en poudre pour le soudage et le rechargement de la fonte, dans la gaine d'acier desquels, constituant 70 à 80% du poids total du fil, est enfermée une charge en poudre, contenant (en poids) graphite 5,8 à 7,5%, ferrosilicium 3,7 à 6,0%, poudre de fer.............. 0,01 à 20,00%, et, en tant qu'additions, ferromanganèse 0,5 à 1,7, ferrotitane 1,45 à 3,00%, poudre d'aluminai 0,4 à 2,5%, tes additions servent à augmenter le taux de graphitisation et, la coulabilité (poudre d'aluminium), la pulvérisation des inclusions de graphite, et à accroître la résistance mécanique du métal d'apport (ferromanganèse et ferrotitane). Ces fils à ame en poudre connus assurent, dans le métal des soudures ou dans le métal d'apport, l'obtention d'une fonte grise (à graphite lamellaire) ayant une composition chimique et une dureté prédéterminées. Lesdits fils trouvent des applications dans le soudage et le rechargement de pièces massives en fonte à graphite lamellaire, et permettent de satisfaire aux exigences sévères en ce qui concerne la résistance mécanique des assemblages soudés dont les propriétés sont proches de celles de la fonte grise. Toutefois, de tels fils sont inapplicables au soudage de la fonte à graphite sphéroïdal douée d'une haute résistance mécanique, car la présence de graphite lamellaire dans la fonte déposée lui confère une résistance mécanique et une plasticité relativement faibles, ces fils ne satisfont pas aux prescriptions relatives à l'homogénéité de structure et à la résistance mécanique uniforme des assemblages soudés, prescriptions qui sont primordiales dans le soudage et le rechargement de la fonte à graphite sphéroldal, caractérisée par une haute résistance. te but de l'invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. Il s'agissait donc de créer un fil-électrode à âme en poudre pour le soudage et le rechargement de la fonte, contenant des additions susceptibles d'assurer dans le métal de la soudure et dans la zone d'alliage l'obtention d'un graphite sphéroldal et d'une matrice métallique ferrito-perlitique, se traduisant par de hautes propriétés physico-mécaniques et une bonne usinabilité des soudures. La solution consiste en un fil-électrode à âme en poudre pour le soudage et le rechargement de la fonte, constitué par une gaine d'acier remplie d'une charge en poudre qui contient du graphite, du ferrosilicium, de la poudre de fer et des additions, ledit fil-électrode étant caratérisé, d'après l'in-. vention, en ce que la gaine d'acier constitue 65 à 80% du poids total du fil, et en ce qu'outre les constituants indiqués, introduits dans les proportions suivantes par rapport au poids total du fil graphite...................... 5 à 12% ferrosilicium 0,1 à 6,0% poudre de fer.............. 0,01 à 20,00%, laâme en poudre contient, en tant qu'addition, un inoculant complexe introduit à raison de 0,5 à 6,0% du poids total du fil, et dont la composition pondérale est la suivante magnésium ......................... 1 à 12%, métaux des terres rares .......... 0,1 à 10,0%, calcium................................. 8à22, silicium 50 à 65%, fer 8 à 20%, auxquels est ajouté un constituant scorifiant à raison de 0,1 à 7,0 du poids total du fil. On sait que pour la graphitisation d'une fonte rechargée au moyen d'un fil à âme en poudre il faut une teneur pondérale élevée (12 à 15%) en constituants graphitisants : graphite et ferrosilicium. tes auteurs de l'invention ont établi que lorsque la teneur pondérale en graphite du fil à âme en poudre est supérieure à 12%, le graphite n'est plus assimilé par le bain de soudage et se dégage sous forme de mélange non fondu ou de graphite déposé avant la solidification. La teneur pondérale en ferrosilicium du fil à âme en poudre est limitée à 6%, car une teneur plus élevée provoquerait une diminution de la résilience, dile à l'excâs de silicium dans le métal déposé. L'inoculant complexe est un pré-alliage obtenu en fondant ensemble du silicocalcium, du magnésium, du ferrosilicium, du fer et des constituants contenant des métaux des terres rares. En quantités pondérales inférieures à 0,5%, 11 inoculant complexe n'assure pas le dégagement du graphite sous forme sphéroïdale (sphéroldisation du graphite) dans le métal déposé, tandis qu'en quantités pondérales supérieures à 6% il altère les propriétés technologiques du fil à âme en poudre (stabilité du processus à l'arc, projections, etc.). La présence d'un constituant scorifiant dans le fil à ame en poudre est nécessaire pour assurer une meilleure assimilation de l'inoculant complexe, c'est-à-dire pour obtenir une forte réduction des pertes au feu des éléments sphéroidisant le graphite (magnésium, calcium, métaux des terres rares), et pour conférer des propriétés technologiques élevées au fil à âme en poudre stabilité du processus à l'arc, bonne formation du bain de soudage, absence de porosités dans le métal déposé, etc... te constituant scorifiant a une action efficace quand son pourcentage pondéral se situe entre 0,1 et 3 . au-dessus de 3% le bain de soudage est scorifié excessivement. En tant que constituant scorifiant on peut employer avec succès les halogénures des métaux des terres rares, que l'on peut utiliser soit séparément, soit conjointement. Les auteurs de l'invention ont établi que les résultats les plus favorables sont obtenus quand on emploie en tant que constituant scorifiant 0,3 à 2,5% en poids de fluorine contenant plus de 85% de fluorure de calcium. Une vérification exhaustive du fil proposé a montré que lors du soudage ou du rechargement de la fonte on obtient avec stabilité la structure requise d'une fonte à graphite sphéroidal douée d'une haute résistance mécanique et ayant des propriétés physico-mécaniques élevées, et que toutes les prescriptions concernant l'aspect extérieur de la soudure et du métal déposé sont respectées. t'invention sera plus compréhensible à la lecture des exemples de réalisation non limitatifs qui vont suivre. Exemple 1. Un fil à âme en poudre conforme à l'invention est constitué par une gaine d'acier dont le poids est égal à 78% du poids total du fil, remplie d'une charge en poudre de composition pondérale suivante (par rapport au poids total du fil) graphite...................... 6,0%, ferrosilicium 5,5%, poudre de fer.................. 6,8% inoculant complexe............. 1,1%, constituant scorifiant 2,6%, la composition pondérale de l'inoculant complexe étant magnésium 4,5%, métaux des terres rares....... 8,2%, calcium 10,0%, silicium 58,1%, fer 19,3%, et le constituant scorifiant contenant 90% en poids de fluorure de calcium et 10% en poids d'impuretés. Ire soudage avec un tel fil, de 3,2 mm de diamètre, a été exécuté à l'arc découvert, en courant continu sous polarité directe, et conformément au régime suivant vitesse d'avance du fil........ 120m/h, courant de soudage............. tension de l'arc .............................. 410 à 460 A, 26 à 30 V. Exemple 2. Un fil à âme en poudre pour le soudage et le rechargement de la fonte conformément à l'invention est constitué par une gaine d'acier, dont le poids est égal à 68,0% du poids total du fil, remplie d'une charge en poudre dont les constituants sont introduits dans les proportions suivantes (par rapport au poids total du fil) graphite 10,2%, ferrosilicium 0,8%, poudre de fer.................. 15,0%, inoculant complexe............. 5,7%, constituant scorifiant 0,3%, la composition pondérale de l'inoculant complexe étant magnésium 7,6%, métaux des terres rares 5,0%, calcium....................... silicium 60,8%, fer 11,4%, et le constituant scorifiant contenant 85% en poids de fluorure de calcium, 9% en poids de chlorure de baryum et 6% en poids d'impuretés. bye soudage avec un tel fil, de 2,8 mm de diamètre, a été exécuté à l'arc découvert, en courant continu sous polarité directe, suivant le régime; vitesse d'avance du fil ............................. 132 m/h, courant de soudage 420 à 465 A, tension de l'arc............. 27 à 32 V. Exemple 3. Un fil à âme en poudre pour le soudage et le rechargement de la fonte, selon l'invention, est constitué par une gaine d'acier, dont le poids est égal à 72,0% du poids total du fil, remplie d'une charge en poudre dont les constituants sont introduits dans les proportions suivantes (par rapport au poids total du fil) graphite 8,0%, ferrosilicium 3,0%, poudre de fer................. 13,5%, inoculant complexe............ 3,0%, constituant scorifiant 0, 5%:: la composition pondérale de l'inoculant complexe étant magnésium 9,7%, métaux des terres rares....... 3,0%, calcium....................... 19,0%, silicium 54,0%, fer 14,3%, et le constituant scorifiant contenant 87% en poids de fluorure de calcium, 2% en poids de chlorure de baryum, 3% en poids de chlorure de calcium et 8% en poids d'impuretés. te soudage avec un tel fil,de 3,0 mm de diamètre, a été exécuté à l'arc découvert, en courant continu sous polarité directe, selon le régime suivant vitesse d'avance du fil....... 112 m/h, courant de soudage............ 400 à 450 A, tension de l'arc.............. 25 à 28 V. dans les trois exemples donnés, le métal déposé, après traitement thermique (recuit avec séjour pendant 3 heures aux températures de 850 à 9000C), est une fonte ferrito-perlitique ou ferritique à graphite sphéroïdal. La fonte déposée est dense ; elle a une surface lisse sans porosités ni fissures ; la transition entre le métal de base et le métal déposé est continue, sans entailles. tes caractéristiques mécaniques du métal déposé, après ledit traitement thermique, se situent entre les valeurs extrêmes suivantes : résistance à la traction ..... 45-52 kg/mm limite élastique à la traction ............ 35-42 kg/mm2, allongement................... 5-9%, résilience.................... 4-7 kgm/cm Pour une dureté HB du métal de base de 170 à 212, le métal déposé a une dureté HB de 180 à 210, et la zone de transition une dureté HB de 210 à 230. De telles valeurs de la dureté permettent d'usiner facilement le métal déposé avec n'importe quel outil. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVEDICAT T0N 1)- Un fil-électrode à âme en poudre pour le soudage et le rechargement de la fonte, du type constitué par une gaine d'acier remplie d'une charge en poudre contenant du graphite, du ferrosilicium, de la poudre de fer et des additions, caractérisé en ce que la gaine d'acier constitue 65 à 80 du poids total du fil-électrode et en ce qu'outre les constituants précités, introduits dans les proportions suivantes par rapport au poids total du fil-électrode graphite..................... 5 à 12% ferrosilicium 0,1 à 6% poudre de fer................ 0,01 à 20,00% la charge en poudre contient, en tant qu'addition, un inoculant complexe introduit en proportions de 0,5 à 6,0% du poids total du fil-électrode et dont la composition pondérale est la suivante magnésium..................... 1 à 12%, métaux des terres rares........ 0,1 à 10,0%, calcium 8 à 22%, silioium...................... 50 à 65%, fer 8 à 20%, auxquels est ajouté un constituant scorifiant à raison de 0,1 à 3,0% du poids total du fil-électrode. 2)- Un fil-électrode à âme en poudre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le constituant scorifiant est constitué par des halogénures de métaux alcalino-terreux utilisés soit séparément, soit conjointement. 3)- Un fil-électrode à âme en poudre suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le constituant scorifiant est la fluorine à teneur en fluozur e de calcium supérieure à 85%, la quantité de fluorine étant de 0,3 à 2,5% du poids total du fil-électrode.