Brevet FR2395102A1 — publié le 19790119

La présente invention concerne les matériaux de soudage et a, plus précisément pour objet un fil-électrode. Il est avantageux d'utiliser la présente invention pour le soudage des charpentes métalliques en aciers à faibles teneurs en carbone et faiblement alliés lors de l'exécution de cordons de sos dure en différentes positions dans l'espace. Pour obtenir des cordons de soudure de qualité lors du soudage en position inférieure on utilise des fils-électrodes connus(cf. le certificat d'auteur de l'URSS nt 201 564), qui permettent d'atteindre une haute productivité des travaux de soudage , une bonne qualité de formation des cordons de soudure, une séparation facile de la croûte de laitier , de hautes propriétés mécaniques du métal du cordon et du joint soudé. Pour exécuter des cordons de soudure dans des positions autres que la position inférieure, on utilise d'autres filsélectrode connus (certificat d'auteur de L'URUS no 271 281, brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 566 073). La charge servant à préparer le noyau (âme) du fil-électrode suivant le certificat d'auteur de l'URSS n0 271 281 se compose des constituants suivants (% en poids): marbre 8 à 15, fluorure de calcium 16 à 27, dioxyde de titane 4 à 16, ferromanganèse 4 à 8, ferrosilicium 3 à 6 alumine 4 à 12, carbonate de sodium 4 à 18s fluosilicate de sodium 1 à 4, fer en poudre le complément à 100. Le fil-électrode suivant le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3566.073 contient (o en poids) fluorure de calcium 3,89 à 4,52, fluosilicate de plassium 0 à 0,18, Oxyde de magnésium 0,75 à 0,83, alumine 0 à 0,75, magnésium 0,96 à 1,34; marbre 0,38 à 1,27, aluminium 2,15 à 2,38, fluorure de baryum 1,02 à 1,24, fonte en poudre O à 5,61 ferrotitane O à 0,03, cuirasse enveloppe d'acier 83 à 85 Le fil-électrode ci-dessus présente des inconvénients sérieux quand il est utilisé pour la réalisation de cordons de soudure en différentes positions dans l'espace. Le fil-électrode suivant le certificat d'auteur de l'URSS n0 271 281 ne permet de réaliser les cordons verticaux que par la méthode du soudage "montant", avec des courants allant jusqu'à 150 A. Le fil-électrode suivant le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 566 073 permet d'exécuter des cordons de soudure en différentes positions dans l'espace avec des courants de soudage de faibles intenités(de 50 à 100 Ax, ce qui rend le soudage désavantageux au point de vue de la productivité en comparaison du soudage manuel avec des électrodes unitaires. La formation des cordons dans un plan vertical lors du soudage evec les fils-électrodes indiqués ci-dessus est assurée par le laitier visqueux résultant de la fusion de la charge et contribuant à maintenir le bain de fusion dans ledit plan vertical; toutefois, le volume du bain, dans ce cas, doit être peu important, et le soudage, pour cette raison, est fait avec des courants de faible intensité, dlsu la faible productivité du soudage. On s'est donc proposé de créer un fil-électrode pour le soudage à l'arc nu, dont la charge aurait une composition permettant de réaliser des cordons en positions variées dans l'espace et cela avec une haute productivité. Ce problème est résolu grace à un fil-électrode ayant une cuirasse ou enveloppe en acier à faible teneur en carbone et un noyau (âme) constitué par une charge comprenant les constituants suivants : marbre, concentré de fluorine, fluosilicate de sodium, ferromanganèse, ferrosilicium, fer en poudre, ainsi que , suivant l'invention, un concentré de pérovskite et de la wollastonite, les proportions desdits constituants étant les suivantes (% en poids): marbre 10 à 25, concentré de pérovskite 10 à 20, wollastonite 5 à 10, concentré de fluorine 12 à 20, fluosilicate de sodium 3 à 8 ferromanganèse 6 à 10, ferrosilicium 4 à 7 fer en poudre le complément à 100. Il est universellement connu que la formation de cordons de soudure de qualité dans des positions autres que la position inférieure est assurée en présence d'un laitier visqueux et dans l'intervalle optimal de températures de fusion dudit laitier. De telles propriétés sont propres aux laitiers du type basique. Il a été établi par les auteurs de l'invention que les laitier qui se forment lors de la fusion de la charge du fil-électrode et qui contiennent une forte proportion d'oxyde de calcium, permettent d'atteindre des caractéristiques de soudage favorables en cas de soudage sur un plan vertical et se prient également à l'exécution de cordons verticaux par n'importe quel procédé de soudage connu, y compris le soudage "descendant" ainsi que le soudage au plafond. Les laitiers à haute teneur en oxyde de calcium présentent en outre un haut pouvoir de raffinage , ce qui assure d'excellentes proprié- tés mécaniques au métal composant le cordon et le joint soudé. L'augmentation de la basicité du laitier par élévat--r. de sa teneur en oxyde de calcium (indispensable pour obtenir une haute productivité du soudage en différentes positions dans l'espaec) ne peut être acquise par simple augmentation de la teneur en marbre (en carbonate de calcium), c2r elle risque d'intensifier les projections de métal, de détériorer les caracteristiques fie soudage et la qualité du métal du cordon de soudure, étant donne l'augmentation des dégagements de gaz carbonique se foinant lors de la décomposition thermique du carbonate. L'introduction, au sein de la charge, d'oxyde de calcium pur est impossible, étant donné sa haute hygroscopicité. La composition requise du laitier pour la formation de cordons de soudure de qualité en position verticale e1 au plafond s'obtient en introduisant dans le noyau du fil-électrode des sels complexes de calcium sous forme de wollastonite(oxyde de calcium et dioxyde de silicium) et de pérovskite (oxyde de calcium et dioxyde de titane). Outre la formation de cordons de qualité en toutes positions dans l'espace, y compris au plafond, le rapport des oxydes TiO2 / SiO2 dans la composition proposée de la charge du fil-électrode, grâce à l'introduction de la pérovskite et de la wollastonite, assure aussi un bon pouvoir couvrant du laitier et la rétention du métal liquide du bain aussi bien sur le plan vertical qu'au plafond. il est bien connu qu'une haute qualité du métal est obtenue en associant la protection par gaz à la protection par laitier. Ba protection par gaz est assurée par le dégagement de gaz carbonique et de fluorures volatils. Le marbre qui entre dans la composition de la charge du fil-électrode proposé est le principal constituant gazogène. Les auteurs de l'invention ont établi qu'une teneur en marbre inférieure à 10 n'assure pas une protection par gaz convenable du métal en fusion.Par ailleurs, si la teneur en marbre dépasse 25% , il y a des projections de métal trop intenses. ma présence, au sein de la charge, d'un concentré de fluorine permet d'obtenir un laitier doué d'un bon pouvoir couvrant et de propriétés d'affinage. Si la teneur en concentré de fluorine est inférieure à 12% en poids, le pouvoir couvrant du laitier baisse et la protection du métal fondu par le laitier n'est pas assurée. il s'ensuit une détérioration des propriétés plastiques du métal. Un accroissemenT de la teneur en concentré de fluorine au-delà de la limite indiquée se traduit par une brusque augmentation de la fluidité du laitier, affecte la formation des cordons de soudure et abaisse la statif té de l'arc. e fluosilicate de sodium au sein de la charge du noyau du il-électrode améliore la tenue du métal d'apport déposé à la formation de pores provoquée par la présence d'hydrogène. L'Aydro- gene pénètre dans la zone de l'arc à cause de la présence, à la surface du fil-électrode, de résidus de lubrifiant technologique et d'eau contenue dans les constituants de la charge. La gamme des teneurs en fluosilicate de sodium est choisie compte tenu de l'entrée en combinaison de l'hydrogène présent dans la zone de lam avec formation d'un composé (fluorure d'hydrogène) insoluble dans le métal liquide d'hydrogène. La présence de ferromanganèse et de ferrosilicium dans les limites indiquées plus haut a été prévue pour réaliser la désoxydation requise ainsi que l'alliage du métal, visant à conférer les caractéristiques de résistance mécanique et les caractéristiques plastiques requises au joint soudé. On introduit du fer en poudre pour élever au cours de la fusion du fil la quantité de métal d'apport déposé et, par conséquent, la productivité du rechargement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plu-- sieurs exemples de réalisation concrets mais non limitatifs. Exemple 1. Un fil-électrode de 2,0 mm de diamètre composé de deux couches, dans lequel la cuirasse en acier doux à bas carbone constitue 74% du poids de tout le fil a un noyau de composition suivante: marbre 21%, concentré de pérovskite 14,5%, wollastonite synthétique 7,5%, concentré de fluorine 16,5%, fluosilicate de sodium 5,5%, ferromanganèse (à 90% de manganèse) 7,0%, Qerrosilicm (à 7,5% de silicium) 5%, fer en poudre 33%. L'exécution de stldures avec un fil de ce genre sur un plan vertical est possible par soudage "descendant" avec des courants allant jusqu'à 250 A, ce i dépasse sensiblement les intensités tolérées lorsqu'on exécute ce genre de cordons au moyen des fils connus.De plus, que les cordons de soudure soient réalisés sur un plan vertical ou au plafond, on obtient d'excellentes caractéristiques de soudage et une haute productivit é. Les caractéristiques mécaniques du cordon de soudure et du joint soudé obtenus avec un tel fil sur l'acier de construction à faible teneur en carbone, contenant (% en poids): carbone-O,12, manganèse-0,63, silicium-0,26? soufre-0,002, phosphore-0,002, sont illustrées par les chiffres suivants: Tableau I Position Charge de Allongement Résilience, kag/cm (entaille Charpy) du cor- :rupture en:relatif, % :aux températures de: don dans traction, l'espace kgf/mm + 20 C - 20 C -40 C Verticale 58,5à59,6 22,4 à 25,0 11, Oà12,4 6,0 à 10,8 3,2 à 6,0 (soudage 59,0 24,2 11,8 8,9 4,3 descendant Au 56,9à57,9 22,3 à 26,0 10,4à11,8 5,8 à 10,1 3,3 à 5,2 plafond : 57,4 : 23,4 : 10,4 : 8,1 : 4,0 ------------±-------------±-----------------±---------------±--------------+ Dans tous les cas, le soudage avec le fil considéré a été effectué en courant continu de polarité inverse. La productivité lors de l'exécution des cordons de soudure indiqués dépasse de 1,5 à 3 fois la productivité du soudage manuel. semple Un fil-6lectrode de 2,4mm de diamètre, dont la cuirasse en acier à faible teneur en carbone constitue 72% en poids a un noyau de compos:Ltioa suivante: marbre-12%, concentré de pérova:ite-i6%, wollastonlte-8%, concentré de fluorine-18% fluosilicate de sodium 6%, ferromanganèse (à 90% de Mn)-q4, ferrosilicium ( à 75% de Si)6%, fer en poudre-26%. Le métal du cordon de soudure et du joint soudé exécutés avec du fil. de ce genre présente une haute résistance mécanique et une grande plasticité, ne le cédant en rien aux caractéristiques obtenues lors du soudage avec des électrodes du type au fluorure de calcium. Ira productivité du soudage avec un fil de ce genre est de deux à quatre fois supérieure à celle du soudage avec des électrodes unitaires. Dans le cas des cordons verticaux et des cordons au plafond, la productivité du soudage avec le fil considéré dans cet exemple : tableau 2 ------------------------------------------------------------------------------- Position :Charge de :Allongement:Résilience, kgm/cm (entaille du cordon rupture en : relatif, %:Charpy) aux températures de: dans l'es-:en traction: pace kgf/mm + 20 C - 20 C -40 C Horizontale 55,5 à 57,5 23,3 à 26,7 12,3 à 13,6 10,1à11,4 8,2à9,6 56,5 25,0 12,9 10,8 8,9 Verticale :50,1 à 51.5:23,4 à 27,0:10,7 à 12.0:7.2 à 10,4:3,6à5,8 (soudage 50,7 24,2 11,4 8,6 4,4 montant) est de 1,3 à 2,0 fois plus élevée qu'avec les fils connus. Lors du soudage des aciers faiblement alliés avec les fils décrits dans cet exemple, on arrive à obtenir de hautes caractéristiques mécaniques du métal du cordon et du métal du joint soudé. C'est ainsi que dans le soudage en position inférieure d'un acier d'une épaisseur de 20 mm, contenant (% en poids) : carbone-0,11, manganèse-1,58, silicium-0,32, soufre-0,025 et phosphore-0,022, on a obtenu les caractéristiques mécaniques suivantes (tableau W tableau 3 -------------------------------------------------------------------------------- Charge de : Allongement :Résilience (entaille Charpy), kgm/cm rupture en : relatif, : températures de traction, % kgf/mm + 20 C - 20 C -40 C 60,6 à 61,6 22,3 à 24,3 15,0 à 16,5 13,9 à 14,8 10,4 à 11,2 61,1 23,1 15,8 14,1 10,8 Dans le soudage d'un acier faiblement allié, d'une épaisseur de 20 mm, contenant (% en poids) : carbone-G,15, manganèe 0,77 silicium-0,78, chrome-0,85, nickel-0,7, cuivre-0,5, soufre 0,020 et phosphore-0,028, avec un fil de composition indiquée dans cet exemple, on a obtenu les caractéristiques mécaniques suivantes: Tableau 4 Charge de rup- Allongement Résilience (entaille Charph), kgm/cm ture en tradction relatif, % aux températures de:: kgf/mm + 20 C - 20 C - 40 C 57,7 à 60,4 26,0 à 26,7 18,2à19,0 14,0 à 16,1 9,7 à 13,2 58,5 26,3 18,6 15,0 11,1 La description et les exemples qui précèdent montrent que le fil-électrode faisant l'objet de l'invention assure la formation de coi Cons de soudure de qualité dans différentes positions dans ltespace, ainsi qu'une haute productivité. On obtient par ailleurs d'excellentes caractéristiques mécaniques du métal du cordon et du joint soudé. @@en entendu , l1invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation dderitset représentés qui n1 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 d'aciers à faible teneur en carbone et d'aciers faiblement alliés, du type comportant une cuirasse ou enveloppe en acier à faible teneur en carbone et un noyau (âme) réalisé à partir d'une charge pulvérulente contenant du marbre, un concentré de fluorine, du fluosilicate de sodium, du ferromanganèse, du ferrosilicium, du fer en poudre, caractérisé en ce que, outre les constituants précités, la charge contient un concentré de pérovskite et de la-wollastonite. 2. B électrode suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la charge a la composition suivante (% en poids): marbre 10 à 25; concentré de fluorine 12 à 20, fluosilicate de sodium 3 à 8 ferromanganèse 6 à 10, ferrosilicium 4 à 7, concentré de pérovskite 10 à 20, wollastonite 5 à 10, fer en poudre - le complément à 100.