Brevet FR2391806A1 — publié le 19781222

La présente invention concerne les matériaux de soudage et a notamment pour objet un fil-électrode pour le soudage sous gaz carbonique. L'invention peut titre avantageusement appliouée au soudage de structures métalliques en aciers à bas carbone et aciers faiblement alliés. On connalt des fils-électrodes pour le soudage sous gaz carbonique, dans la composition de l'ame en poudre desquels entrent des désoxydants, des scorifiants, des stabilisants. Les fils-électrodes dans lesquels le constituant scorifiant de 1 ame en poudre est le bioxyde de titane (rutile) sont caractérisés par de bonnes propriétés technologiques de soudage, une excellente formation des cordons, des projections insignifiantes du métal de l'électrode lors du soudage. Dans les fils connus de ce genre, ayant une structure tubulaire, l'fume a la composition pondérale suivante concentré de rutile 20 à 40% ferromanganèse 10 à 13% feldspath 0,6 à 6,0% silicofluorure de sodium 0,6 à 4,5% ferrosilicium 0,6 à 2,0% poudre de fer le reste. Dans d'autres fils connus du meme genre, toujours à structure tubulaire, l'fume a la composition pondérale suivante manganèse 16,0% ferrosilicium 14,0% rutile 55% magnétite 15,0% En ce qui concerne le soudage de structures métalliques sous gaz carbonique à des régimes forcés (courant jusqu'à 800A et vitesse de soudage jusqu'à 100m/h) les principaux inconvénients des fils-électrodes connus à structure tubulaire sont les suivants irrégularité de la fusion des matériaux de l'ame et de la gaine du fil, ce qui ne permet pas ltexécution du soudage avec un courant allant jusqu'à 800A, vu la formation, à l'extrémité du fil, d'une émergence en matériaux non fondus de l'âme, suivi de la chute de cette émergence dans le bain de soudage formation insatisfaisante des soudures d'angle avec un courant dépassant 500A, car aux vitesses de soudage allant jusqu'à 50 m/h on observe l'apparition d'excroissances, et aux vitesses supérieuresà70m/h, l'apparition d'entailles; impossibilité d'obtenir, avec un courant supérieur à 600 A, une haute plasticité du métal du cordon, notamment une résilience de valeur élevée aux températures négatives. L'irrégalarité de la fusion de l' me et de la gaine Iil-Q1-ectrode est d'ordinaire évitée de deux façons, à savoir: en employant des fils à section complexe de la gaine ; en ajoutant de la poudre de fer dans 1' me. La première façon complique la méthode de fabrication du fil-électrode, la seconde présente les inconvénients suivants la teneur potentielle de l'ame en gaz apportés par la poudre de fer(tels que l'oxygène, l'azote, l'hydrogène), augmente, d'où une altération des caractéristiques mécaniques du métal du cordon et du joint soudé; la résistance électrique de l' me du fil-électrode reste très grande par rapport à celle de la gaine, par suite de la surface de contact développée de la poudre de fer et de la présence d'une couche oxydée sur la surface des particules, ce qui ne permet pas d'obtenir une fusion tout à fait uniforme de la gaine et de l'ame. Le but de l'invention est de créer un fil-électrode qui ne présenterait pas les inconvénients indiqués. On s'est proposé pour cela de créer un fil-électrode pour le soudage sous gaz carbonique, dans lequel la composition de lt^ame serait telle qu'elle supprimerait l'irrégula- rité de sa fusion par rapport à celle de la gaine, assurerait une bonne formation des soudures d'angle et un accroissement de la résilience des cordons de soudure et des joints soudés exécutés en régimes forcés. La solution consiste en un fil-électrode ayant une gaine en acier doux (à bas carbone) et une ame en poudre dans la composition de laquelle entrent du feldspath, du sili coSlorure de sodium, du ferromanganèse et du ferrosilicium, ainsi que, d'après l'invention,un concentré de titane réduit, la composition pondérale de l'axe étant la suivante feldspath 1,8 à 10,4% silicofluorure de sodium 1,6 à 10,0% ferromanganèse 13,0 à 20,0% ferrosilicium 0,6 à 1,6% concentré de titane réduit 58 à 83%. Afin d'accrottre la plasticité du métal du cordon et du joint soudé, on ajoute à l'ame du fil-électrode du ferrotitane à un taux de 2,6 à 5,2%, les autres constituants étant introduits dans les proportions pondérales suivantes feldspath 2,2 à 10,2% silicofluorure de sodium 1,6 à 10,0% ferromanganèse 13,0 à 20,0% ferrosilicium 0,6 à 16% concentré de titane réduit 53 à 80%. Il est universellement connu que la base du concentré de titane réduit (70 à 75% en poids) est constituée par des oxydes de titanes de transition, principalement Ti305 et Ti407, qui diffèrent du TiO2 (bioxyde de titane), constituant la partie principale du rutile, par une conductivité plus grande (de 106 fois). Ceci permet de supprimer l'irrégularité de la fusion de l'âme du fil lors du soudage avec un courant allant jusqu'à 800A. Le concentré de titane réduit contient aussi du fer métal (20 à 25% en poids), caractérisé par une grande finesse (dispersion) et une distribution uniforme dans les grains de la base. La présence de fer métal permet, dans ce cas, d'augmenter la quantité de métal déposé.Le concentré de titane réduit, dans la plage de taux indiquée plus haut, permet également d'obtenir une bonne formation des cordons et un arc stable avec des projections insignifiantes avec des courants allant jusqu'à 800A, grâce à l'élévation des propriétés technologiques de la scorie : pouvoir couvrant, plage optimale de solidification. Les auteurs de l'invention oiit établi que cette propriété du concentré de titane réduit peut outre obtenue quand il est introduit dans l'amie du fil de pair avec les taux précités de feldspath. En outre, grâce à sa haute teneur en oxydes de potassium et de sodium, le feldspath permet de stabiliser l'arc de soudage. Le silicofluorure de sodium entrant dans la composition de l'amie du fil sert à lier l'hydrogène, se trouvant dans la zone de l'arc, en un composé(hydrogène fluoré)insoluble dans le métal liquide. La présence, dans l'âme, de silicofluorure de sodium à un taux au-dessous de la limite inférieure indiquée entraine la formation de pores dus à l'hydrogène. Si le taux de silicofluorure de sodium dépasse la limite supérieure indiquée, l'arc devient moins stable, les projections du métal de l'électrode augmentent. La présence de ferromanganèse et de ferrosilicium aux taux indiqués assure la désoxydation et l'alliage nécessaires pour que le jdht soudé ait les caractéristiques de résistance et de plasticité prescrites. La présence de ferrotitane aux taux indiqués contribue à l'affinement de la structure du métal du cordon, ce qui accrott la plasticité, notamment la résilience. Les avantages du fil proposé, comparativement aux fils connus, sont mis en évidence par les exemples concrets mais non limitatifs donnés ci-après. Exemple 1. Fil-électrode de 2,5 mm de diamètre, constitué par une gaine en acier doux (80%) et une ame contenant (en poids): concentré de titane réduit 62,0% feldspath 9,446 silicofluorure de sodium 9,0% ferromanganèse 18,0% ferrosilicium 1,6%. Avec un tel fil, le soudageen régime: courant 600 ampères, tension d'arc 35 volts, débit de gaz C02 30 à 40 1/ mn, assure l'obtention d'un cordon d'angle de bonne qualité, à côté de 5 mm, à une vitesse de 100 m/h; en régime r courant 800 A, tension 42 volts, même débit de gaz C02, le soudage permet d'obtenir un cordon d'angle de bonne qualité, à côté de 7 mm, à une vitesse de 80 m/h.Enossoesou avec le fil connu faisant l'objet du certificat d'auteur d'invention N 280801 délivré en URSS, un cordon d'angle de bonne qualité, à côté de 5 mm, est obtenu à une vitesse de 50 m/h avec un courant de 500 ampères. Les propriétés mécaniques du métal du cordon et du joint soudé réalisés avec un tel fil sur acier doux (à bas carbone) contenant (en poids) 0,11% de carbone, 0,6% de manganèse 0,2% de silicium, 0,02% de soufre et 0,02% de phosphore, sont caractériséos par les indices suivants Régime de oudage Résistance à la Allongement Résilience en kgm/cm, traction relatif % aveo entaille arrondie, kg/mm à une température de Courant Tension A V +20 C -20 C -40 C 600 35 57,3-58,1 21,2-23,0 10,5-11,7 8,5-9,6 7,5-8,1 57,6 22,1 10,8 9,1 8,3 800 42 55,3-56,2 20,1-21,7 9,5-10,2 7,8-9,2 5,2-6,3 55,9 20,8 9,8 8,6 5,4 Exemple 2. Fil-électrode de 3,0 mm de diamètre, constitué par une gaine en acier doux(75%) et une ame contenant (en poids): concentré de titane réduit 81,0% feldspath 2,0% silicofluorure de sodium 1,8% ferromanganèse 14,6% ferrosilicium 0,6%. Avec un tel fil, le soudage d'un acier faiblement allié, de composition indiquée ci-dessus, permet d'obtenir une soudure d'angle de bonne qualité à côté de 7 mm, à une vitesse de 90 m/h, avec un courant de 780 ampères, une tension de 45 volts et un débit de gaz C02 de 30 à 40 ijmn. Les propriétés mécaniques du métal du cordon et du joint soudé réalisés avec un tel fil sur acier faiblement allié, contenant (en poids) 0,15% de carbone, 0,77% de manganèse, 0,78% de silicium, 0,85% de chrome, 0,7% de nickel, 0,5% de cuivre, 0,02% de soufre et 0,028% de phosphore, sont caractérisées par les indices suivants Résistance à Allongement Résilience, kgm/cm2 la traction relatif (entaille arrondie) kg/mm % l +20 C -200C -400C 58.7-59ç6 22.4-23.1 9.6-11.3 6,2-10.1 6.9-8,7 59,1 22,7 10,8 9,2 7,8 À De la @orte, comparativement aux fils-étrectrodes connus pour le soudage sous gaz carbonique, on obtient un accroisBement de la productivité des travaux de soudage de 1,5 à 2,0 fois, gracie à l'augmentation de la quantité de métal déposé lors du soudage avec des courants allant jusqu'à 800 A et à l'augmentation des vitesses linéaires de soudage. L'accroissement de la plasticité du métal du cordon, notamment de la résilience, quand du ferrotitane est ajouté à l'ame du fil, est mis en évidence par les exemples ci-après, EXEMPLES 3 et 4 Fil-électrode de 2,5 mm de diamètre, constitué par une gaine en acier doux (80%) et une âme contenant (en poids) Exemple 3 Exemple 4 concentré de titane réduit 61,0% 61,0% feldspath 9,4% 9,4% silicofluorure de sodium sous 9,0% ferromanganèse 17,0% 15,0% ferrosilicium 0,8% 0,6% ferrotitane 2.8% 5,0% Le soudage, avec un tel fil-électrode1 d'un acier faiblement allié de 16 mm d'épaisseur, contenant (en poids) 0,10% de carbone, 1,8% de manganèse, 0,7% de silicium, 0,022% de soufre et 0,022% te phosphore, a permis d'obtenir, comparativement au fil d t 'exemple 1, les valeurs de résilience suivantes Fil de soudage Résilience en kgm/cm2 (entaille arrondie) à une température de +200C -200C -40 C selon l'exemple 1 10,2-11,6 9.1-10.3 7.8-8.9 10,8 9,5 8,1 selon l'exemple 3 12,0-13.4 11,3-12,4 10,4-11.6 12,6 11,8 10,8 selon l'exemple 4 14.1-15.3 12.1-13.7 10.9-11,7 14,6 12,8 11,2 Régime de soudage : courant de soudage = 720 A, tension = 39 V. De la sorte, l'utilisatIon du ferrotitane permet d'accrottre la résilience et d'améliorer la qualité du métal du cordon et du joint soudé. La description de l'invention et les exemples donnés montrent que le fil-électrode proposé par la présente invention pour le soudage sous gaz carbonique des acier doux (à bas carbone) et des aciers faiblement alliés assure un accroissement de la productivité des travaux de soudage et une amélioration de la qualité du métal du cordon et du joint soudé. 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. REVENDICATIONS 1. Fil-électrode pour le soudage des aciers doox (à bas carbone)et des aciers faiblement alliés sous gaz carbonique, du type comportant une gaine en acier doux(à bas carbone) et une ame en poudre comprenant du feldspath, du silicofluorure de sodium, du ferromanganèse et du ferrosilicium, caractérisé en ce que, outre les constituants indiqués, l'ame contient un concentré de titane réduit. 2. Fil-électrode selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient (en poids) feldspath 1,8 à 10,4% silicofluorure de sodium 1,6 à 10,0% ferromanganèse 13,0 à 20,0% ferrosilicium 0,6 à 1,6% concentré de titane réduit 58 à 8396. 3. Fil-électrode selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, outre les constituants indiqués, l'ame contient du ferrotitane. 4. Fil-électrode selon la revendication 3, caractérisé en ce--qu'i-l contient (en poids) feldspath 2,2 à 10,2% silicofluorure de sodium 1,6 à 10,0% ferromanganèse 13,0 à 20,qu ferrosilicium 0,6 à 1,6% ferrotitane 2,6 à 5,2% concentré de titane réduit 53 à 80%.