Brevet FR2375945A1 — publié le 19780728

La présente invention concerne un mélange ternaire de gaz de protection pour soudage ou rechargement b des aciers. On utilise une atmosphère de protection dans les procédés de soudage ou rechargement des aciers mettant en oeuvre un arc électrique entre une électrode consommable constituée par un fil d'acier et un bain métallique en fusion ; en particulier pour les aciers alliés e structure austénitique et austénoferritique a faible teneur en ferrite, tels les aciers au nickelchrome. Différents procédés permettent de réaliser le soudage ou rechargement des aciers alliés. En régime électrique forte intensité, le transfert du métal fondu de l'électrode consommable au bain métallique en fusion se fait par pulvérisation en gouttelettes. L'application de ce procédé en régime très chaud, connu sous la dénomination "Spray-Arc", dans lequel le taux de dépôt du métal est de 5 a 10 kg/heure, selon le diamètre des fils, est limité sux tales d'épaisseur > - supérieure å 4 mm, en dessous de cette valeur les tôles sont percées. Dans le procédé selon Lequel le transfert se fait par contact en régime présentant des successions de courts-circuits ec le bain fondu et d'arcs-courts, connu sous la dénomina on "Short-arc", avec un taux de dépôt de métal de 1'ordre ce cc,eure, on peut souder des tôles d'épa-isseur inférieure a 4 mm et jusqu'a 1,5 mm environ. On met également en oeuvre pour le soudage ou rechargement des éléments en aciers alliés un procédé en régime de chaleur intermédiaire entre le "Spray-Arc" et le "Short-arc". Selon cette technique dénommée "Arc-pulsé" le transfert du métal fondu de l'électrode se fait par impulsion commandée. On a appliqué la technicue du soudage en TIG ou en micro-plasma pour les tôles en acier allié de faible épaisseur. Les résultats sont intéressants, mais le processus de soudure est lent de l'ordre de 10 h 30 cm h la minute. Certains mélanges de gaz de protection, connus z ce jour, conviennent bien pour assurer le soudage des métaux précédemment cités, en particulier une atmosphère protectrice a quatre composants désignée sous la marque "Noxalic", constituée par 20 à 90 % d'hélium, 0,5 à 2 % d'hydrogène, libre ou combiné, des gaz et vapeurs contenant du carbone et de l'oxygène, de préférence 2 à 6 % de dioxyde de carbone et le complément en argon. D'autres atmosphères sont également adaptées au soudage ou rechargement des aciers alliés à l'arc électrique sous protection gazeuse utilisant un fil continu. Cependant, l'évolution des matériels et des techniques a montré que les procédés de l'art antérieur présentent certaines difficultés d'emploi dans le cas d'assemblage de très faible épaisseur. C'est ainsi qu'en dessous de 1,5 mm d'épaisseur, il est improbable d'escoipter de bons résultats a' l'aide des atmosphêres protectrices existant sur le marché. On a recherché une atmosphère de protection permettant le soudage des tôles de faibles épaisseurs, et la réalisation d'assemblage possédant un bel aspect, de compacité excellente avec la mise en oeuvre avantageuse des procédés "Spray-Arc", "Short-Arc" et "Arc pulsé" précédemment cités. Il a été trouvé un mélange protecteur à base de gaz rare, tel l'argon et contenant un gaz actif tel le dioxyde de carbone et un gaz réducteur tel l'hydrogène. Ce mélange permet d'obtenir d'excellents résultats notamment en faible épaisseur. La présente invention permet le soudage en régime "Short-Arc" dans de bonnes conditions d'éléments dont l'épaisseur se situe entre 0,5 et 1,5 mm. Au-delà de cette épaisseur, il est aussi possible d'escompter des résultats très satisfaisant. Dans le cas du soudage en régime de transfert par gouttelettes -régime forte intensité ou "Spray-Arc" et pulsion commandée ou "Arc pulsé't on obtient à l'aide de la composition de l'invention des résultats supérieurs à ceux obtenus précédemment. Dans ce mélange gazeux, la présence de dioxyde de carbone permet un transfert finement divise du métal, ce qui évite les projections métalliques, celle de l'hydrogène joue un rôle positif et bénéfique, son action réductrice permettant un décapage du métal fondu de telle sorte que le mouillage soit correctement assuré sans apporter de porosité dans la soudure. Les examens analytiques n'ont pas permis de déceler un enrichissement en carbone du métal déposé. De plus, ce mélange est avantageux au point de vue économique du fait de l'absence de l'hélium, et en raison d'un conditionnement plus simple, puisqu'il ne comporte aue trois constituants au lieu de quatre. Ce conditionnement peut être fait a l'état gazeux ou liquide. Le mélange ternaire de gaz de protection, pour soudage ou rechargement à l'are des aciers alliés selon l'invention, contient en volume de 2,5 a 3,5 % de dioxyde de carbone, 0,8 a 1,2 d'hydrogène, le complément étant de l'argon. Par argon, on entend de l'argon pur a une pureté supérieure a 99 %. Un mélange contenant en volume 3 /0 de dioxyde de carbone, 1 7 d'hydrogène et 96 7 d'argon, constitue une atmosphère de protection particulièrement intéressante. En présence d'une atmosphère protectrice contenant de 2,5 à 3,5 7 de dioxyde de carbone la stabilité de l'arc (stabilité de l'intensité du courant et stabilité de tension) est excellente et la soudure régulière. En dessous de 2 % elle devient moins bonne et vers 1,5 % elle se détériore. L'instabilité de l'arc provoque l'inconfort du soudeur du fait des projections de métal, et une certaine irrégularité de la soudure. Le gaz de protection de l'invention permet le soudage ou le rechargement sans enrichissement du cordon de soudure en carbone. Un enrichissement en carbone constitue pour les aciers alliés un risque de formation de carbure de chrome qui entraîne une détérioration des caractéristiques intercristallines, avec pour conséquences une sensibilité excessive vis å vis de la corrosion et un abaissement des caractéristiaues mécaniques du joint. L'examen analytique confirme le choix de la limite supérieure en dioxyde de carbone. Avec un fil de soudage contenant 0,02 7 de carbone (0,019 a 0,0217), dans une techniaue "Spray-Arc", les teneurs en carbone du métal transféré sont les suivantes - sous atmosphère "Noxalic" a 3,25 % C02 C = 0,0290 7. - sous Mélange ternaire å 3 7. C02 C = 0,0263 % - sous Mélange ternaire a 4,5 % C02 C = 0,0375 7. Dès 4 /e de CO2 dans le mélange on constate un enrichissement en carbone, et a 4,5 7 le rôle du C02 est néfaste. Le rôle de l'hydrogène n'est bénéfiaue pour le décapage des bords de la soudure que dans des limites bien précises. Avec une teneur convenable en hydrogène, il se produit un décapage adjacent, qui facilite le mouillage et favorise la liaison avec la tôle de base. Le nettoyage du cordon avec réduction des oxydes permet d'obtenir des cordons de soudure brillants avec liserés blancs. L'examen visuel des éprouvettes montre qu'en dessous de 0,8 I l'hydrogène nta pas une action suffisante pour assurer un bon décapage. Entre O et 0,5 7 dwhydrogènes on n'observe aucune action de décapage, et les soudures sont ternes, car nettement oxydées. IL a été constaté par contrôle radiographique qu'audela de 1,2 7 la présence d'hydrogène devient un inconvénient vis a vis de la porosité de la soudure. Le contrôle radiographique montre des porosités quand, en régime "Spray-arc" la teneur d'hydrogène atteint 1,5 7 , cette incidence fâcheuse est d'autant plus nette que le taux de dioxyde de carbone est moins élevé.Le mélange ternaire de l'invention contenant 3 % de dioxyde de carbone et 1 ' > d'hydrogène est pratiquement exempt de porosité, il est affecté de la note M = 19,7s, tandis que le "Noxalic" correspond a 18, en faisant référence a un joint de soudure standard de porosité nulle affecté du coefficient 20, pour un assemblage de 6 mm d'épaisseur et un joint de 20 cm de long.Pour un mélange ternaire contenant 1,5 V/ F et 3 7 C02 M = 17,25 (ce chiffre correspondant, dans les mêmes conditions que précédemment, a 6 soufflures de diamètre 0,5 mm ou 3 soufflures de diamètre lmmX Avec un mélange ternaire contenant H 2 7c d'hydrogène la note radiographiaue/est de L4, c'est-a-dire que sur un cordon de soudure de 20 cm on observe 9 a 10 soufflures d'un diamètre de l'ordre du millimètre. A titre d'exemples non limitatifs, Les indications ci-après peuvent être données. Exemple 1 On dépose du métal dans un moule a partir d'un fil d'acier inoxydable du type 18/8 a faible teneur en carbone, de 0,8 mm de diamètre, le courant de soudage a une intensité moyenne de 120 A et une tension moyenne de 17 V. Le résime choisi est celui des courts-circuits et des arcs-courts se succédant a cadence rapide. Le soudage est réalisé en position verticale montante. L'atmosphère protectrice, fournie par une bouteille où le mélange est comprimé, répond k la spécification suivante en volume C02 3 H@2 1% Argen 96 % Les enregistrements oscillographiques montrent la bonne régularité du régime d'arc. On prélève des éprouvettes d'essais mécaniques dans Le cordon de étal déposé, les caracteristioues sont très bonnes. Caractéristiques mécaniques Assembliage 12 mm, tole 18/8, soudure verticale montante manuel le, 120 A/17 V. - Résistance a la traction (éprouvette cylindricue de 0,78 mm de diamètre) 61,11 kg/mm - Allongement (longueur égale N 7 fois le diamètre) : 40 7 - Coefficient de striction : 57,7 % - Résilienne (Charpy V : Kc, 18, 37 kg.cm2 a + 20 C, 18,25 a o@ c, 14,85 à -20 c. 15,2 à -40 C, 14,67 à -60 C, 11,07 a 800 C et 5,67 N 1960 C Corrosion La résistance a La corrosion, en solution sulfuricue et cuivriaue a température d'ébuliition est narfaite. Analyses chimicues C Si Mn Ni Cr o Fil 0.026 0,89 1,68 9,6 20,70 0,07 Dépôt hors dilution en "Short-Arc" (HD) C Si Mn Ni Cr mélange ememple 0,026 0,76 1,56 10,02 @0,62 Compacité note 19,5 tôle 12 min verticale ; note 20 tole 1,5 plat Exemple 2 De même que dans les conditions de l'evemple 1, on réalise Le soudage en régime Sprav-Arc. Le courant a une intensité moyenne de 280 A et une tension moyenne de 30 V C Si @n Ni Cr Composition du fil 0,026 0,75 1,56 @@@@ 20,62 HD. 0,26 0,89 1,58 9,44 17,7 Compacité tôle 6 mm plat 18,75 REVENDICATIONS 1. Mélange ternaire de gaz de protection pour soudage ou rechargement a l'arc des aciers alliés, caractérisé en ce qu'il contient en volume 2,5 a 3,5 t0 de dioxyde de carbone, 0,8 a 1,2 > / d'hydrogène, le complément étant de l'argon. 2. Mélange ternaire de gaz de protection selon la revendication-4 caractérisé en ce qu'il contient en volume 3 / de dioxyde de carbone, 1 t d'hydrogène et 96 % d'argon. 3. Application du mélange ternaire de protection au soudage ou rechargement a l'arc des aciers, selon la revendication 1 ou 2 caractériséeen ce au'elle met en oeuvre un arc électrique entre une électrode consommable constituée par un fil d'acier allié et un bain métallique en fusion avec l'utilisation d'une atmosphère de protection constituée par le dit mélange ternaire. 4. Application du mélange ternaire de protection selon la revendication 3, caractérisée en ce que le transfert du métal fondu de l'éEectrode consommable au bain métallique en fusion se fait par pulvérisation en gouttelettes selon le procédé connu sous la dénomination "Spray-arc 5. Application du mélange ternaire de protection selon la revendication 3, caractérisée en ce que le transfert du métal fondu de l'électrode consommable au bain métallique en fusion se fait par contact en régime présentant des successions de courts-circuits avec le bain fondu et d'arcs-courts, selon un procédé connu sous la dénomination "Short-arc". 6. Application du mélange ternaire de protection selon la revendication 3, caractérisée en ce aue le transfert du métal fondu de l'électrtde consommable au bain métallique en fusion se fait par impulsion commandée, selon un procédé connu sous la dénomination " Arc-pulsén. 7. Application du mélange ternaire de protection selon la revendication 1 au soudage ou rechargement des aciers alliés a structure austénitique et austéno-ferritique å faible teneur en ferrite, tels les aciers au nickel-chromé. 8. Application du mélange ternaire de protection selon la revendication 5, au soudage d'éléments dont leépais8eur se situe entre environ 0,5 et environ 1,5 mm.