Brevet FR2390240A1 — publié le 19781208

La présente invention concerne un matériau d'appprt destiné à etre utilisé dans la réalisation de soudures de haute résistance mécanique entre des pièces ou des éléments en fonte à graphite sphéroidal, ainsi qu'un procédé pour produire ce matériau d'apport. Le soudage de fonte à graphite sphéroïdal (qu'il s'agisse du soudage oxy-acétylenique ou autogène ou du soudage à l'arc) a jusqu'à présent été effectué le plus souvent comme moyen de réparation plutôt que comme moyen d'assemblage de pièces pendant la fabrication, ce qui s'explique par le fait que la résistance mécanique des joints soudés réalisable était jusqu'à présent toujours très inférieure à la résistance mécanique du métal de base. Par exemple, lors du soudage de pièces en fonte à graphite sphéroïdal avec des baguettes de soudage autogène, on obtient un joint dont la qualité est génélalement médiocre en ce sens que la résistance mécanique du joint est de beaucoup inférieure à celle des pièces réunies par lui. La résistance du joint serait par exemple de 20-25 kg/mm2 pour une résistance des pièces pouvant aller de 50 à 90 kg/mm. La cause de cette diminution de la résistance mécanique est que, dans les régions où la fonte est fondue pendant le soudage, le graphite ne précipite pas sous forme sphéroidalemais sous forme de lamelles ; dans ces régions, la structure micrographique et les caractéristiques mécaniques seront celles d'une simple fonte grise. Il est évident qu'un tel soudage de la fonte à graphite sphéroïdal ne peut etre qu'effectué sur des pièces ou des éléments qui ne sont pas soumis à des contraintes élevées, Les inconvénients mentionnés ci-dessus peuvent être évités dans une certaine mesure lorsqu'on utilise, comme matériaux d'apport pour le soudage, des matériaux de bonne qualité tels que le nickel par exemple. Les joints ainsi obtenus sont acceptables mais leur résistance reste néanmoins inférieure à 50 kg/mm dans la pratique ; de plus, le joint fonte à graphite sphéroidal-nickel-fonte à graphite sphéroidal a une nette tendance a la corrosion en raison des différents potentiels de contact. L'invention a pour objet un matériau d'apport qui permet de réaliser des soudures de haute résistance entre des pièces ou des éléments de fonte à graphite sphéroidal, ainsi qu'un procédé pour produire un tel matériau, les soudures ainsi réalisables étant homogènes par rapport aux pièces soudées, peu côuteuses et faciles à réaliser, Selon l'invention > un matériau d'apport destiné à être utilisé pour réaliser des soudures de haute résistance entre des pièces ou des éléments en fonte à graphite sphéroïdal est essentiellement caractérisé en ce qu'il contient un produit qui provoque la sphérordisation du graphite lors de la coulée du matériau d'apport fondu et également lorsque le matériau est utilisé pour réaliser un joint soudé. Le procédé selon l'invention pour produire un tel matériau d'apport est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend la fusion et le mélange de 80 à 90 % en poids de fonte a graphite sphéroidal, 0,5 à 10 7O en poids, de préférence 5 %, de nickel, 0,5 à 15% en poids, de préférence 2 %, de cuivre et 1 à 10 % en poids, de préférence 5 %, d'un alliage de fer contenant des terres rares, comprenant de préférence du cérium, ainsi que la coulée à une température d'environ 1450oC de ce mélange fondu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif. Une particularité essentielle dans la préparation d'un matériau d'apport selon l'invention est l'inclusion d'un produit capable de provoquer la sphéroîdisation et possédant un point d'ébullition élevé, de manière que ce produit peut non seulement exercer son action pendant la coulée du matériau d'apport mais également par la suite, c'està-dire lors de l'utilisation du matériau pour réaliser un joint soudé. La composition du matériau d'apport objet de l'invention est analogue à celle d'une fonte à graphite sphéroïdal typique (C=2,7 - 3,4 % en poids ; Si=1,8 - 3,2 7O en poids) mais le matériau selon l'invention est enrichi à la fois avec des additifs qui interviennent dans certaines phases du processus de soudage pour provoquer la précipitation du graphite sous forme sphéroïdale et avec des additifs qui contribuent à ltobtent.on de bonnes caractéristiques mécaniques dans le joint soudé. Les additifs améliorent également les propriétés du matériau d'apport objet de l'invention en vue de son utilisation, soit sous forme de baguettes pour le soudage autogène, soit sous forme d'électrodes pour le soudage à l'arc. La composition d'un matériau d'apport préféré selon l'invention est la suivante, les pourcentages s'entendant en poids Silicium de 1 à 5 70, de préférence 3ss2 % Carbone de l a 4 %, de préférence 3 % Nickel de 0,5 à 10 %, de préférence 5 % Terres rares comprenant du cérium de 0,5 à 2 %, de préférence 0,8 % Cuivre de 0,5 à 15 %, de préférence 2 % Manganèse de 0,1 a 2 Z, de préférence 0,3 Z Soufre moins de 0,05 %, de préférence 0,010 Z Fer reste. Le procédé pour produire un matériau d'apport pour le soudage selon l'invention peut entre mis en oeuvre comme décrit ci-apres. On fait tout d'abord fondre un mélange de 80 à 90 Z en poids de jets de coulée et de masselottes perdus en fonte à graphite sphérotdal > 0 > 5 a 15 Z en poids de cuivre et 1 à 10 Z en poids d'un alliage de fer contenant des terres rares, de préférence du cérium en totalité ou en partie. Le pesage du nickel et du cuivre doit etre effectué avec un soin particulier pour que le matériau d'apport contienne ces constituants dans les proportions voulues. Pour obtenir un joint soudé d'une bonne résistance et une bonne fluidité du métal d'apport pendant la réalisation du joint, on peut utiliser, par exemple, un mélange de 5 Z en poids de nickel et 2 Z en poids de cuivre. Il est préférable de charger l'alliage de fer contenant le cérium directement dans la poche au dernier moment avant la coulée, ceci afin d'éviter l'oxydation des terres rares contenues dans l'alliage de fer, Il est en outre recommandé d'introduire l'alliage de fer dans la poche sous forme d'un mince filet ou d'un jet fin afin d'augmenter l'homogénéité. La coulée s'effectue a environ 14500c dans des moules conçus pour la production de baguettes d'un diamètre de 4 à 6 mm par exemple. Pour la production d'électrodes destinéèsau soudage à l'arc, les baguettes sont revêtues d'un des enrobages habituellement utilisés pour électrodes de soudage électrique, d'un enrobage dit "acide" par exemple (formé d'une composition d'oxydes de fer ; fer-manganèse ; fer-silicium ou oxydes de titane) ou encore d'un enrobage composé d'un tel enrobage acide et de rutile (bioxyde de titane). Avant le soudage de pièces en fonte ayant des épaisseurs différentes, il y a lieu de les préchauffer a 50e-600oC afin d'éviter la création éventuelle de tensions internes après le soudage. Pour le sondage oxy-acétylénîque (autogène), il faut utiliser un flux approprié, sous forme de pâte ou de poudre, pour décaper la surface du métal de base, de manière å enlever l'oxyde qui la recouvre, sans restreindre l'aptitude au mouillage de la surface métallique. Des composés à base de borax par exemple peuvent etre utilisés pour le soudage de fonte à graphite sphéroidal. Après le soudage, il faut effectuer un traitement thermique pour éliminer les carbures et supprimer les tensions internes. Tout ce qui a directement rapport aux opérations de soudage dans ce qui précède est connu dans le domaine du soudage. Le matériau d'apport selon l'invention est donc mis en oeuvre dans des techniques de soudage connues ; des dispositifs ou des additifs autres que ceux utilisés dans les opérations de soudage normales ne sont pas nécessaires et les joints soudés réalisés à l'aide du matériau d'apport selon l'invention ont une résistance mécanique élevée, pouvant atteindre 90 kg/mm apres un traitement thermique approprié. REVENDICATIONS 1. Matériau d'apport destiné à etre utilisé pour réaliser des soudures à haute résistance entre des pièces ou des éléments en fonte à graphite sphéroidal, caractérisé en ce qu'il contient un produit qui provoque la sphérotdisation du graphite lors de la coulée du matériau d'apport fondu et également lorsque le- matériau est utilisé pour réaliser un joint soudé. 2. Matériau d'apport selon la revendication 1, caractérisé en ce qu il possède la composition suivante (les pourcentages s'entendent en poids) a) Silicium de 1 à 5 Z, de préférence 3,2 % b) Carbone de 1 à 4 %, de préférence 3 % c) Nickel de 0,5 à 10 Z, de préférence 5 % -d) Terres rares de 0,5 a 2 %, de préférence 0,8 Z e) Cuivre de 0,5 à 15 %, de préférence 2 % f) Manganèse de 0,1 à 2 %, de préférence 0,3 % g) Soufre moins de 0,05 %, de préférence 0,010 % h) fer : reste. 3. Matériau d'apport selon la revendication 2, caractérisé en ce que les terres rares sont constituées par ou contiennent du cérium. 4. Procédé pour produire un matériau d'apport pour le soudage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend la fusion et le mélange de 80 à 90 % en poids de fonte à graphite sphéroidal, 0,5 à 10 Z en poids, de préférence 5 %, de nickel, 0,5 å 15 Z en poids, de préférence 2 %, de cuivre et 1 à 10 Z en poids, de préférence 5 %, d'un alliage de fer contenant des terres rares, comprenant de préférence du cérium, ainsi que la coulée à une température d'environ 1450cl de ce mélange fondu. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'alliage de fer contenant des terres rares est introduit sous forme d'un mince filet ou d'un jet fin directement dans une poche contenant un mélange fondu de fonte, nickel et cuivre.