Brevet FR2403157A1 — publié le 19790413

La présente invention se rapporte-d1une manière générale aux électrodes pour lteleetrosoudage sous laitier des aciers alliés et concerne plus particulièrement une électrode et son utilisation dans un procédé d'électrosoudage sous laitier dans lequel cette électrode permet la formation d'une soudure ayant une résistance à la traction relativement élevée sans qu'il soit nécessaire de lui faire subir un traitementthermique de finition après sa formation. L'éleetrosoudage sous laitier est un procédé universellement connu. Dans ce procédé, on dispose bout àbout deux pièces métalliques et on forme entre elles une soudure en avançant en continu une électrode de soudage en même temps qu'une quantité suffisante d'un fondant pour assurer que la soudure reste couverte d'une couche de laitier pendant #toute l'opération. Un problème qui se pose spuvent avec les procédés d'electrosoudage sous laitier est que la soudure produite n'a souvent pas une résistance à la traction aussi élevée que les deux pièces qui sont soli darisées par elle. quand ces pièees sont relativement petites, ce problème peut être résolu en faisant subir un traitement thermique à celles-ci.Par contre, quand les pièces occupent une position fixe et/ou sont relativement volumineuses il est souvent difficile et parfois#impossible, d'exéeuter un tel traitement thermique. Or, il est- néanmoins souvent nécessaire que# les soudures aient une grande résistance à la traction quand les deux pièces ont été soudées l'une à l'autre. C'est ainsi par exemple que les fourches des chariots-6levateurs#peuvent être fabriquées en solidarisant par une opération d'éleetrosoudage sous laitier deux pièces rectilignes de façon à former une pièce en L dont l'une des parties sert de fourche et l'autre à la fixation au châssis du chariot-élévateur.Il est bien evident que de telles soudures sont soumises à des tensions extrêmement élevées et qu'elles doivent, par conséquent, avoir une très grande résistance à la traction et qui soit en harmonie avec la très grande résistance à la traction exigée des matériaux formant le corps de la fourche. En eonséquenee, I'électro- soudage sous laitier n'était pas utilisé jusqu'à présent industriellement pour produire de telles soudures. En effet, au lieu de cela, la technique antérieure s'est tournée vers des procédés de soudure manuels à la baguette, à des procédés de soudage semi-automatiques avec un fil plein ou encore à des procédés à fondant à noyau gazeux, qui sont tous lents et très difficiles à exécuter.On voit donc qu'il serait avantageux de disposer d'un procédé d'éleetrosoudage sous laitier capable de former des soudures ayant une résistance å la traction suffisante pour de telles applications et qui- pourrait opérer en une période de temps relativement courte. La présente invention vise à apporter une solution aux problèmes cidessus. A cette fin, la présente invention decrit une composition qui est utilisée sous une forme divisée dans une gaine pendant ltopération d'éleetrosoudage sous laitier afin de former des soudures ayant une grande résistance à la traction et qui ne demandent pas un traitement thermique final. Cette composition comprend un agent d'affinage du grain, un ralentisseur de la transformation ferrite-perlite, un dépresseur de la transformation en bainite et moins d'environ 0,5 % en poids de carbone. Vue sous un autre angle, l'invention comprend également un procédé d'élec- trosoudage sous laitier dans lequel on utilise comme électrode la matière divisée gai#nee ci-dessus. Enfin, sous un autre angle, l'invention comprend ltéleetrode ci-dessus. D'autres caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue en perspective d'une électrode de soudage conforme à la présente invention ; - la figure 2 est une vue en bout de l'electrode de la figure 1 ; et, - la figure 3 est une vue latérale en coupe d'une électrode telle que celle de la figure 1. En se référant au dessin, on voit une électrode 10 adaptée à être utilisée pour des opérations de soudage sous laitier conformément a la présente invention. L'électrode 10 comprend une gain#e 12 faite d'un alliage à base de fer, par exemple, d'acier ou autre, qui renferme une matière divisée 14 ayant une composition particulière qui confère aux soudures une grande résistance à la traction quand ltélectrode 10 est utilisée pour une opération de soudage sous laitier. La gaine 12 doit être aussi mince qu'il est raisonnablement possible et confère à l'éleetrode une certaine flexibilité, et sa composition doit être telle qu'elle n'affecte pas de manière sensible la qualité de la soudure produite# avec ltélee- trode 10. En général, le poids de la gaine ne représente pas plus de 55 % et de préférence, moins d'environ 25 % du poids total de ltélectrode 10. Ainsi, la matière divisée 14 forme la majeure partie de l'éleetrode 10. Un choix judicieux de la composition de la matière 14 est absolument essentiel pour la mise en pratique de la présente invention. Ce n'est que quand la composition de la matière~14 est appropriée que la présente invention permet de produire une soudure ayant la résistance à la traction voulue, sans que soit nécessaire un traitement thermique final de celle-ci. Une matière 14 satisfaisante doit remplir quatre conditions essentielles. Premièrement, elle doit comprendre un agent conduisant à la formation des grains ayant un maximum de finesse. Deuxièmement, la transformation ferrite-perlite doit être retardée par un ralentisseur en faisant partie. Troisièmement, elle doit contenir un répresseur de la transformation en bainite qui n'affecte pas la température de départ de la martensite. Quatrièmement, sa teneur en carbone doit être maintenue assez basse pour que la martensite formée ne soit pas trop cassante. Il est à noter que tous les pourcentages qui suivent sont des pourcentages en poids basés sur le poids total de la matière 14. En considérant-d'abord agent d'affinage du grain, on a trouvé que celui-ci devait être choisi dans le groupe comprenant l'aluminium, le titane, le zirconium et le vanadium et qu'il doit être utilisé dans une proportion comprise entre environ 0,5 % et 1,8 % ; de préférence, entre environ 0,7 % et environ 1 %. Les combinaisons de ces quatre éléments peuvent, évidemment, aussi être utilisées. Tous ces éléments peuvent etre présents sous une forme quelconque c'est-à-dire, sous la forme d'alliages avec le fer, d'alliages les uns avec les autres ou simplement sous la forme du métal lui-mime. Bien qu'il ne soit généralement pas souhaitable de présenter la matière sous une telle forme, les métaux pourraient être présents sous la forme de sels ou de composés organiques à condition que ces derniers se déeomposent à la température de soudage et que leurs composants non-métal- liques soient suffisamment mobiles~pour s'échapper de la soudure sans entrer dans la formation de celle-ci.Une partie, au moins de l'agent d'affinage peut être ajouté au moyen d'un produit-du commerce vendu sous la marque "GRAINAL 100" par la société Foote Mineral Company de Exton, Etat de Pennsylvanie, EUA. Le GRAINAL 100 est un alliage d'environ i3 % d'aluminium, 20% de titane, 4 % de zirconium, & # de manganèse, 5 % de silicium, 1-% de bore, le reste étant du fer. On a égale- ment constaté que cet agent d'affinage particulier donnait de très bons résultats dans la composition, dans l'électrode et dans le procédé de la présente invention. L'agent retardant la transformation ferrite-perlite se compose de pré- férence, de bore combiné avec du molybdène. En général, on utilise environ 0,01% à 1,08 % de bore et, de préférence, environ 0,03 % à 0,7 8 de bore, avec entre environ 2,5 % à 5,5 % et de préférenee, entre environ 3,5 g et 41,5 % de molybdène. Le molybdène peut être utilisé sous la forme d'un alliage avec le fer notamment, sous la forme FeMo. Le bore peut être ajouté en tant que partie du GRAINAL 100 mentionné ci-dessus ou bien peut ètreajoute séparément le cas échéant. Le dépresseur de la formation de bainite est généralement choisi dans le groupe comprenant FeTi, FeV, FeMo, FeCr, Mn, Ni, W et Cu et doit être utilisé dans une proportion comprise entre environ 11,8% et 17,6 %. Il est à noter que le titane, le vanadium, le molybdène et le chrome doivent être présents sous la forme d'alliages de fer pour être efficaces, tandis que le manganèse, le nickel-, le tungsten et le cuivre sont généralement présents sous la forme-de métaux elemen- taires. Les alliages fer-titane, fer-vanadium, et fer-molybdène sont prévus pour être les plus efficacespour freiner la transformation en bainite. Pour s'assurer que la soudure ne contient pas une quantité excessive de martensite, qui est cassante, la teneur en carbone. de la matière 14 est générale- ment maintenue au-dessous d'environ 0,5 %. La présence de certains autres composants est utile dans la matière 14 de la présente invention. C'est ainsi que FeSi est utile pour produire un acier calme en se combinant avec l'oxygène dissout, maintenant ainsi faible la porosité de la soudure. De plus, la présence de fluorine (CaF ) est également utile dans la 2 matière 14. La fluorine fait fonction de fondant dans la partie en poudre, assurant ainsi un bon mouillage et une dissolution rapide des différentes poudres. Enfin, la magnétite Fe304 a aussi son utilité dans la matière t4 car elle sert à régler la fluidité du laitier et fait fonction de fondant pour contribuer à la dissolution-des différentes poudres. En conséquence, la composition générale indiquée dans le tableau ciaprès s'est révélée être particulièrement avantageuse pour produire des soudures ayant une grande résistance à la traction et ne nécessitant aucun traitement thermique final. TABLEAU 1 Element ~ ~~ % en poids Limites Larges Préférées Fer 63-95 79-90 Nickel 2.5-6.0 2.8-4.o FeMo 2.5-5.5 2.6-3.8 FeCr 2.5-5.5 2.5-3.7 FeTi 0. 2-3.5 1.6-2.4 FeSi 0.2-3.5 1.6-2.4 Manganèse 0.5-5.5 -0.9-1.5 Cuivre 0.5-2.5 0;;9-1 5 Fluorine 0.5-2.0 0.8-1.2 Magnétite 0. 5-1.5 0.8-1#2 FeV 0.2-1.5 0.45-0.75 Silicium 0.1-2.0 0.5-0.9 Bore 0.005-0.05 0.01-0.03 Carbone -moins de 0.5 0.3-0.5 Il est à noter qu'il n'est pas seulement indispensable que les quatre conditions ci-dessus soient remplies pour assurer le bon fonctionnement de la présente invention, mais encore qu'il est hautement préférable que la matière 14 ne comprenne que ces composants. M~me de petites quantités de certaines impuretés peuvent avoir un effet nuisible sur la résistance à la traction des soudures. Le procédé de la présente invention consiste simplement à utiliser une électrode 10 dans un procédé d'éleetrosoudage sous laitier dans lequel suffisamment de fondant est ajoute# pendant l'opération pour maintenir constamment une couverture de laitier au-dessus de la soudure pendant sa formation. La soudure résultante a une grande résistance à la traction sans aucun traitement ultérieur. Les exemples qui suivent, dans lesquels des opérations d'électrosoudage sous laitier ont été exécutées et où la dureté de la soudure a été déterminée, feront mieux comprendre les particularités de l'invention. EXEMPLE 1 On soude ensemble, par-un procédé d'électrosoudage sous laitier classique, en opérant avec une intensité de 600 A et sous une tension de 36 V, deux pièces en acier allié T-1 (C, 0,10-0,20 ; Mn, 0,60-1 ; P, 0,035 ; S, 0,04 ; Si, 0,15-Q,35; Ni, 0,70-1 ; Cr, o,40-0,65 ; M#o, 0,40-0,60 ; Cu 0,15-0,50 ; B, 0,000-0,006 ; V, 0,03-0,08 le reste étant du fer, tous les nombres précédents représentant des pourcentages en poids) ayant une résistance à la traction à 70 kg/cm compris entre 115 et 135, selon les spécifications SATM#n0 A 514, A 517-F. La soudure résultante a présenté une dureté Rockwell C comprise entre. 26 et 28, ce qui correspond, à une traction à 70 kg/cm de 127 à 134.La résistance à la traction correspondante enculée était ainsi de 91700 kg/cm . La soudure n'a subi aucun traitement thermique après sa formation. Cet exemple démontre la possibilité de former une soudure ayant une grande résistance à la traction sans avoir recours àun traitement thermique en opérant conformément à la présente invention. EXEMPLE 2 En opérant sous 600 A et 36 V, on soude deux pièces d'acier allié T-1 par un procédé d'électrosoudage sous laitier en utilisant des blocs de refroidissement en cuivre pour éviter de- tremper l'alliage. La dureté Rockwell C a varié entre 33 et 35, ce qui correspond, à une traction de 70 kg/cm à environ 154. La résistance réelle calculée était de 11060kg/cm . Aucun traitement thermique n'a été exécuté sur la soudure après sa formation. Cet exemple démontre que des soudures ayant-une résistance à la traction plus élevée qu'un acier à haute ténacité tel que l'acier T-1 peuvent être formées conformément à la présente invention. EXEMPLE 3 On forme quatre soudures supplémentaires en opérant selon les mimes procédés que dans l'exémple 2 et en utilisant des blocs de refroidissement en cuivre comme dans cet exemple. Ces soudures représentent respectivement des résistances 2 la traction de 2 315 kg/cm 2 7 805 2 à la traction de 7 315 kg/cm ; 7 805 kg/cm ; 7 875 kg/em et 7 980kg/em . Aucune de ces soudures n'a subi un traitement thermique avant les mesures. Cet #exemple met en évidence que des soudures ayant une gaine relativement étendue de résistances à la traction peuvent être produites dans le cadre du pro cédé de l'invention. Dans chacun des exemples ci-dessus, la composition particulière de la matière divisée utilisée était : Fe, 79,2 ; Ni, 3,4 ; FeMo, 3,2 ; FeCr, 3,1 FeTi, 2 ; FeSi, 2 ; Mn, 1,2 ; Cu, t,2 ; CaF, 1 ; Fe3O4,1 ; FeV, 0,6 ; C, 0,4 et GRAINAL 100, 1,7 ; tous les pourcentages ci-dessus s'entendant en poids. La com position de GRAINAL 100 : AL-13 % ; Ti-20 % ; Zr-4 % ; Mn-8 % ; Si-5 % ; B-1 % le reste étant du fer. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent entre apportées aux exemples de réalisation représentés et décrits, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Composition pour l'éleetrosoudage sous laitier utilisable sous une forme divisée et gainée pour produire des soudures ayant une grande résistance à la traction sans traitement thermique, caractérisée en ce qu'elle comprend en poids un agent d'affinage de grain choisi dans le groupe comprenant AI, Ti,Zr et V dans une proportion comprise entre environ 0,5 et 1,8 %. un ralentisseur de la transformation ferrite-perlite qui comprend environ 0,01 à 1,8 % de Bore et environ 2,5 à environ 5,5 % de Molybdène un dépresseur de la transformation en bainite choisi dans le groupe comprenant FeTi, FeV, FeMo, FeCr, Mn, Ni, W et Cu dans une proportion comprise entre environ 11,8 et 17,6 % ; et, une quantité de-carbone ne dépassant pas environ 0,5 % ; tous les pourcentages ci-dessus s'entendant en poids. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est entourée d'une gaine en un alliage à base de fer et qui présente la forme d'un fil. 3. Electrode pour l'electrosoudage sous laitier, caractérisée en ce qu'elle se compose essentiellement des constituants suivants, dans des proportions sittiees à l'intérieur des limites de poids spécifiées, pour Ni, 2,8-4 ; FeMo, 2,6-3,8 ; FeCr, 2,5-3,7 ; FeTi, 1,6-2,4 ; FeSi, 1,6-2,4 ; Mn, 0,9-1,5 ; Ou, 0,91,5 ; CaF, 0,8-1,2 ; Fe304, 0,8-1,2 ; FeV, 0,45-0,75 ; Si, 0,5-0,9 ; B, 0,01-0,03 ; C, 0,3-0,5, le reste étant Fe. 4. Proeédé d'éleetrosoudage sous laitier qui consiste à disposer bout à bout deux pièces et à les souder avec une électrode d'éleetrosoudage sous laitier tout en fournissant une quantité de fondant suffisante pour maintenir une couverture de laitier au-dessus de la soudure pendant sa formation, caractdrisé en ce que pour produire. une soudure ayant une résistance à la traction accrue sans traitement thermique, on utilise comme électrode une gaine métallique entourant une composition de matière divisée comprenant un agent d'affinage de grain choisi dans le groupe comprenant AI, Ti, Zr et V dans une proportion comprise entre environ 0,5 et environ 1,8.% en poids ; un ralentisseur de la transformation ferrite-perlite comprenant environ 0,01 à environ 1,08 % en poids de Bore et environ 2,5 à environ 5,5 % en poids de Mo, undépresseur de la transformation en bainite choisi dans le groupe comprenant FeTi, FeV, FeMo, FeCr, Mn, Ni, W et Cu dans une proportion comprise entre environ 11,8 et 17,6 % en poids ; et dont la teneur en carbone ne dépasse pas environ 0,5 % en poids. 5. Eleetrode d'éleetrosoudage sous laitier, earactérisée en ce qu'elle comprend essentiellement les eonstituants suivants dans des proportions situées à l'intérieur des limites en poids spécifies : Ni, 2,5-6 ; FeMo, 2,5-5,5 ; FeCr, 2,5-5,5 ; FeTi, 0,2-3,5 ; FeSi, 0,2-3,5 ; Mn, 0,5-5,5 ; Cu, 0,5-2,5 ; CaF, 0,5-2 Fe3O4, 0,5-1,5 ; FeV, 0,2-1,5 ; Si, 0,1-2 ; B, 0,005-0,05 ; C moins de 0,5, le reste étant Fe.