Brevet FR2510014A1 — publié le 19830128

La présente invention concerne un flux pour sou- dage par rechargement et plus particulièrement un flux pour soudage par rechargement sous laitier conducteur à plat avec une électrode en bande (désigné ci-après par "soudage par rechargement ES"), ledit flux étant capable de former un cor- don de rechargement propre et d'améliorer l'aptitude au dé- tacheme'nt du laitier avec un résidu de laitier réduit (dans ce qui suit "résidu de laitier" signifie que même le laitierfin ne peut pas être éliminé de la surface du cordon). Des flux pour le soudage par rechargement ES sont décrits par exemple dans le brevet JA NO 53-29657 et dans la demande de brevet JA publiée NI 55-165294 et ils con- tiennent dans la plupart des cas du Ca F 2 et du A 1203 comme constituants majeurs en même temps que des oxydes tels que la silice et l'oxyde de fer Quelquefois cependant, les flux classiques de ce type posent un sérieux problème en ce sens qu'il faut beaucoup de temps et de travail pour détacner et enlever le laitier résiduel qui colle fortement à la surfa- ce du cordon Cette tendance est particulièrement marquée dans le cas du type 347 qui est largement utilisé par exem- ple pour le soudage par rechargement sur les surfaces inter- nes des réacteurs de raffinage de pétrole Dans ce cas, il faut beaucoup de temps et de travail pour éliminer le laitier des surfaces des cordons qui mesurent quelquefois 2 à 4 mè- tres de diamètre intérieur et 20 à 30 mètres de long Si l'é- limination du laitier est incomplète, il se pose le problème de l'inclusion du laitier dans la passe suivante de l'opéra- tion de soudage, d'o il résulte une soudure défectueuse Il existe donc un besoin pour un flux pour soudage par recharge- ment ES qui puisse former un laitier aisément détachable. La présente invention fournit une composition de flux qui satisfait au besoin ci-dessus et elle résulte d'- une étude poussée sur les influences des composants du flux sur le coefficient de dilatation thermique, le point de soli- dification, les propriétés de maintien et l'aptitude au déta- chement du laitier produit. La présente invention propose donc une composi- tion de flux qui comporte essentiellement en poids 30 à 70 % de Ca F 2, 10 à 30 % d'A 1203, l à 15 % de Ca O, 5 à 25 % de Si O 2 et 5 à 25 % de Mg O, la quantité totale de Ca F 2, d'A 1203, de Ca O, de Si O 2 et de Mg O étant supérieure à 70 %, tout en satis- faisant aux conditions Mg O/(A 1203 + Si O 2) > 0,20, Mg O/Si O 2 Divers avantages et caractéristiques selon la présente invention ressortiront de la description détail- lée ci-après faite en regard des dessins annexés sur lesquels: Fig 1 est un graphique montrant le rapport de Mg O/Si O 2 en fonction de l'angle de mouillage du cordon en de- gré, A signifie bon et B signifie mauvais. Fig 2 est une vue schématique expliquant le pro- cédé de mesure de l'angle de mouillage du cordon. Figure 3 est un graphique montrant le rapport de Mg O/A 1203 en fonction de la largeur du cordon en mm, C'signi- fie pas d'apparition de découpes et D signifie apparation de découpes. Figures 4 (A) et 4 (B) sont des vues schématiques montrant des témoins pour la mesure de la largeur du cordon. En se référant à présent aux composants essen- tiels de la composition de flux selon l'invention, le compo- sant Ca F 2 a été considéré comme un composant essentiel pour le flux pour soudage par rechargement ES avec électrode-à bande Il est nécessaire en particulier que le laitier se formant au cours du soudage par rechargement ES ait une con- ductivité électrique telle qu'il ne produise pas d'arc, qu'il ait une résistance électrique pour produire un effet Joule suffisant pour fondre l'électrode de soudure et une flui- dité suffisamment élevée pour recouvrir le métal déposé Pour conférer ces propriétés aux flux, le Ca F 2 a été considéré com- me le composant le plus approprié En supposant que le flux contient également du Ca F 2 comme un de ses composants majeurs, des expériences ont été effectuées pour étudier les influen- ces telles qu'imposées sur l'aptitude au détachement du lai- tier par les oxydes qui y sont généralement mélangés comme agents formateurs de laitier Comme résultat, il est apparu que le laitier résiduel peut être supprimé par l'addition d'une quantité appropriée de Mg O avec du Ca F 2, ce qui amé- liore de façon significative l'aptitude au détachement du laitier En effet, si le flux est ajouté avec du Mg O qui est efficace pour l'élévation du coefficient de dilatation ther- mique et du point de solidification du laitier, la solidifi- cation du laitier se produit à une température qui est net- tement supérieure à la température ambiante et le laitier solidifié subit une grande déformation au stade de refroi- dissement après solidification Par conséquent, le laitier se détache aisément de la surface du métal déposé ou, dans cer- tains cas, manifeste une tendance à se détacher spontanément de la surface du métal déposé Toutefois, si l'on augmente trop la teneur en Mg O, elle dégrade l'uniformité entre le mé- tal de base et le cordon et augmente l'angle de mouillage du cordon Il se produit alors fréquemment des inclusions de laitier sur la zone de rechargement ou des creux aux deux bords du cordon en fonction des conditions de soudage Néanmoins, la demanderesse a poursuivi des recherches en vue de résoudre ces problèmes par -l'utilisation combinée d'autres oxydes et a cons- taté que l'utilisation combinée de quantités appropriées de Si O 2 et d'A 1203 est efficace pour l'amélioration de la régu- larité et de l'aspect du cordon, à condition que les teneurs en Mg O, Si O 2 et A 1203 soient limitées à des intervalles par- ticuliers et en rapport les unes avec les autres Par exem- ple, si la teneur en Mg O est faible par rapport aux propor- tions de Si O 2 et d'A 1203, il se pose le problème du résidu de laitier Au contraire, si la teneur en Mg O est relative- ment importante, il devient difficile d'améliorer la régula- rité et l'aspect du cordon Plus précisément, il a été con- firmé que le rapport Mg O/(Si O 2 + A 1203) joue un rôle impor- tant dans la propriété d'aptitude au détachement du laitier, que le rapport Mg O/Si O 2 Joue un rôle dans l'aspect unifor- me du cordon et que le rapport Mg O/A 1203 intervient dans l'aspect du cordon A ce propos, le tableau 1 indique les résultats des expériences qui étudient l'aptitude au déta- chement du cordon lors du soudage par rechargement ES en u- tilisant dans les conditions suivantes 14 flux de composi- tions différentes. (Conditions de soudage par rechargement ES) Electrode de soudure: bandes de type 347 de 0,4 mm (e) x 150 mm ( 1) Courant de soudage: 2400 A, courant continu RP Tension de soudage: 25 V Vitesse de soudage: 15 cm/min Metal de base: acier doux, 50 mm (épaisseur). D'autre part, la figure 1 montre la rela- tion entre le rapport Mg O/Si O 2 du flux et l'angle de mouil- lage du cordon (la valeur moyenne des angles de mouillage 1 et 2 aux extrémités opposées d'une section de cordon représentée sur la figure 2), alors que la figure 3 montre la relation du rapport Mg Oj A 1203 du flux et de la largeur du cordon telle que désignée par la lettre de référence "W" sur les figures 4 (A) et 4 (à) o la lettre "C" indique la partie en creux. Du tableau 1 et des figures 1 et 3, on peut ti- rer les conclusions suivantes. 1) Lorsque le rapport Si O/(Si O 2 + A 1203) est in- férieur à 0,20, l'aptitude au détachement du laitier se dé- t'ériore de façon marquée, empêchant d'atteindre l'objet de l'invention On considère que cela est attribuable à l'in- suffisance de la quantité relative de Mg O qui a pour effet d'augmenter le coefficient de dilatation thermique et le point de solidification du laitier Toutefois, si le rap- port est supérieur à 0,20, le laitier présente une excel- lente aptitude au détachement et est à l'abri des problèmes précités résultant du chauffage superficiel. TABLEAU 1 : ESSAIS N :1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14: ::a F :% Ca F 2 (: 56 52 34 46 40 48 32 48 28 56 50 38 44 48: :: : Ca O(%) : 14 13 9 11 10 12 & 12 7 14 12 9 11 12: :Mg O (%): 5 10 22 23 15 20 25 5 10 15 20 25 25 25: ::i C:% :Si O 2 (%):15 5 25 10 15 10 15 15 25 5 8 8 10 25: A 1203 (%): 10 20 10 10 20 10 20 20 30 10 10 20 10 10 : : Mg O/(Si O 2 + A 1203 >:020,20 0,40 0,63 1,15 0,43 1,00 O 71 0,14 0, 18 1,00 1,11 0,89 1,25 0,71: : Mg O/Si O 2:0,33 2,00 0,88 2,30 1,00 2,00 1,67 0,33 0,40 3,00 2,50 3,13 2,50 1,00 : Mg O/A 1203:0,50 0,50 2,20 2,30 0,75 2,00 1,25 0,25 0,33 1,50 2,00 1,25 2,50 2,50 :Aptitude au détachement du lai: O O o o Q o Q ox x o Q o Q o : tier: : Mouillabilité du cordon (angle o o o x o o o o o x x x x o: : de mouillage):( 30) ( 40) ( 27) ( 50) ( 30)( 35) ( 32) ( 25) ( 27) ( 60) ( 55)( 65)( 60) ( 35): : Largeur du cordon (mm):157 159 149 147 156 155 155 160 156 155 153 156 145 143: : Creux:nul nul pré pré nul nul nul nul nul nul nul nul pré pré: :: sent sent sent sent: absence de défauts o: détachement spontané sans défauts d'inclusion de laitier o: pas de détachement spontané mais absence de résidus de laitier et de défauts a faibles résidus de laitier aux extrémités du cordon qui sont aisément détachés et x: résidus de laitier considérables et défauts. ro Ln o c a> 2) Le rapport Mg O/Si O 2 doit être de 2,0 ou au- dessous pour maintenir une bonne uniformité du métal déposé avec le matériau de base et un rapport plus élevé provoque u- ne augmentation abrupte de l'angle de mouillage du cordon. Cette tendance peut être observée nettement sur le graphique de la figure 1 o l'angle de mouillage suit une courbe brus- que avec le rapport Mg O/5102 d'environ 2,0. 3) Le rapport Mg O/Al 203 doit être maintenu au- dessous de 2,0 pour assurer un bon aspect du cordon Si le rapport dépasse 2,0 il apparait des découpes aux deux bords du cordon, ce qui rétrécit la largeur du cordon et altère son aspect Cette tendance apparaît clairement sur le graphique de la figure 3. Bien que les rapports Mg 0/ Si O 2 et Mg O/A 1203 soient déterminés selon les données expéri- mentales ci-dessus, ils ne sont efficaces que lorsque les te- neurs en les composants essentiels respectifs du flux satis- font aux conditions suivantes: E-Ca F 2: 30 70 % 7 Le Ca F est indispensable comme composant majeur pour assurer une conductivité électrique convenable du laitier et faire en sorte que l'opération de soudage par rechargement ES se déroule uniformément sans provoquer d'arc Un flux avec une teneur en Ca F 2 inférieure à 30 % est insuffisant pour ces effets et par conséquent impropre au soudage par rechargement ES Si, par contre, il dépasse 70 %, il est vraisemblable qu'u- ne grande quantité de fluorure gazeux se dégage-au cours de l'opération de soudage et l'effet Joule devient insuffisant en raison d'une conductivité électrique accrue du laitier, ce qui conduit à une baisse de l'efficacité de soudage et à une dété- rioration de l'aspect du cordon. P-Ca O:1 15 % 7 Ceci a pour effet d'améliorer la propriété de re- couvrement du laitier fondu et d'uniformiser la surface du cordon mais ces effets ne se produisent pas à un degré pra- tique lorsque sa teneur est inférieure à 1 % Si la teneur est excessive, il se produit une fusion irrégulière du flux et l'opération de soudage normale ne peut pas être maintenue. C'est pourquoi, la teneur en Ca O devra être limitée à 15 % au plus. /-Ai 203:10 30 %_ 7 Ainsi qu'il est mentionné auparavant, l'A 1203 a pour effet d'empêcher la dégradation de l'aspect du cor- don qui résulte de l'inclusion de Mg O et d'augmenter la production de chaleur Joule par abaissement de la conduc- tivité électrique du laitier fondu Pour ces raisons, il devra être présent à plus de 10 % Toutefois, la teneur en A 1203 devra être limitée à 30 %, sans quoi la conductivité électrique du laitier fondu s'abaisserait de trop, en pro- voquant des productions d'arc et desdégradations marquées de l'aptitude au détachement du laitier. L/Mg O: 5 25 X_ 7 C'est le composant le plus caractéristique du flux selon la présente invention en ce sens qu'il sert à augmenter le coefficient de dilatation thermique et le point de solidification du laitier en plus de l'amélioration de l'aptitude au détachement du laitier mentionné plus haut. Pour produire ces effets de façon satisfaisante, sa teneur devra être supérieure à 5 % Toutefois, la limite supérieure devra être placée à 25 % caril deviendrait difficile d'amé- liorer l'uniformité et l'aspect du cordon malgré des addi- tions de quantités appropriées de Si O 2 et d'A 1203. L Si O 2: 5 25 % 7 -Si O 2 est essentielle pour l'accroissement de la viscosité du laitier et l'amélioration de l'uniformité du cordon Il est également un composant important, en parti- culier dans la présente invention, pour compenser les in- convénients de Mg O Ces effets se manifestent de façon ef- ficace lorsque la teneur en Si O 2 est supérieure à 5 % La li- mite supérieure est placée à 25 % puisqu'une teneur excessi- ve en Si O 2 fait perdre les effets du Mg O en détériorant à un degré considérable l'aptitude au détachement du lai- tier. Le flux de la présente invention qui contient principalement les composants précédents peut en outre ren- fermer du Fe O, Na 2 O, AIF 3 ou d'autres oxydes ou fluorures et au besoin une poudre d'un métal ou d'un alliage tel que M-Cr ou similaires Une quantité totale des composants addi- tionnels supérieure à 30 % provoque la dégradation des pro- priétés du flux telles que prévues par la présente inven- tion, en particulier l'aptitude au détachement du laitier, de sorte qu'il est important que la quantité totale des com- posants essentiels de Ca F 2, A 1203, Ca O, Si O 2 et Mg O soit su- périeure à 70 % Le flux de la présente invention peut pro- duire les mêmes effets indépendamment du fait qu'il est u- tilisé en tant que type lié, type fritté ou type fondu. Ainsi qu'il ressort de la description qui pré- cède, la présente invention a réussi à satisfaire à toutes les exigences, à savoir améliorations de l'uniformité et de l'aspect du cordon ainsi que de l'aptitude au détachement du laitier, prévention des inclusions de laitier par défini- tion des types et des rapports des composants respectifs du flux et utilisation de Mg O en tant qu'un des composants es- sentiels du flux en une quantité tombant dans une limite particulière en fonction des rapports Mg O/(Si O 2 + A 1203), Mg O/Si O 2 et Mg O/A 1203 Le flux de la présente invention peut avantageusement s'appliquer en particulier au type 347 qui normalement supporte des résidus de laitier considérables. Toutefois, les excellents effets du flux de l'invention peu- vent également être obtenus dans le cas d'électrodes de sou- dure en acier inoxydable ou en un autre matériau, notamment les types 309, 308, 316 et similaires. L'invention est plus particulièrement illustrée par les exemples suivants. EXEMPLES Des flux pour soudage par rechargement ES ayant les compositions du tableau 2 ont été préparés et les flux respectifs ont été examinés dans les conditions de soudage ES suivantes avec vérification de la production d'arc, de l'uniformité et de l'aspect du cordon et de l'aptitude au détachement du laitier Les résultats sont également indi- qués dans le tableau 2. (Conditions de soudage) Electrode: type 347, 0,4 mm (épaisseur) x 150 mm (largeur) Métal de base: acier doux, 50 mm (épaisseur) Courant de soudage: 2400 A, courant continu RP Tension de soudage: 25 V Vitesse de soudage: 15 cm/min. Dans le tableau 2, les lettres "M" et "B" dési- gnent respectivement un flux fondu et un flux lié et les sym- boles "o", "o" et "'x" indiquent respectivement des résultats excellents, bons et mauvais. Estimation globale Ce qui suit sont les observations fondées sur les données du tableau 2. 1) L'exemple 15 qui représentait le flux clas- sique sans la teneur en Mg O présentait des résidus de lai- tier considérables. 2) Les exemples NI 16 et 18 qui ont satisfait à toutes les conditions de la présente invention n'ont pas produit d'arc et ont présenté d'excellentes propriétés d'u- niformité et d'aspect du cordon ainsi que d'aptitude au dé- tachement du laitier. 3) Les exemples NI 19 à 27 qui ne remplissaient pas l'une ou l'autre des conditions de la présente invention ont été examinés pour les besoins de la comparaison mais ils se sont révélés défectueux dans au moins une des propriétés requises comme indiqué ci-après. EXEMPLE 19 Aptitude au détachement du cordon non satisfai- sante en raison d'un rapport Mg O/(Si O 2 + A 1203) trop faible avec un effet insuffisant du Mg O ajouté. EXEMPLE 20 Uniformité du cordon non satisfaisante due à un rapport Mg O/Si O 2 trop élevé. Oslo 091 o Oslo Ogéo Ci 140 004 Z /-géo gzlo CIT oi 7 loog 1 z OS'I úio agio agio O IO O gaz TV/06 W z 0011 ooli 001 T 990 0591 O AO 60 19, 10911 09,00011 OOIE 01710 Lg$o tgio ú 910 O OTS/06 W z z CCO 9 ú 10 i 7 illoezlo ge'O 017 '0 WO ZZ'O TL'O úZ'OTL'O OO'T silo 6 Z'O 6 Z'O 6 ZIO O O TV+ OTS)/06 W z O Ze N 01 9 01 jiv, ç Oed 02 ai z 5 01 5 zi 5 CI 5 01 5 C OT 01 Oej oi 7 517 5 z SL SE 99 05 09 OC 85 59 09 OC Ot SE 917 99 zqej 9 z oz çz çz 01 SE 5 T oz oz 01 01 01 OC oz oz oz çz O TV z 01 51 oz e OT oz OE C si 5 5 z 5 gz 51 91 T 1 OTS 01 T oz 5 51 OT OT 4 Z 17 5 z 91 OT OT OT OT 06 W w W W W W W W W W W W W W 9 W W W xn Tj op ad Ai TIE OC 6 Z SZ LZ 9 Z Z 17 Z CZ ZZ TZ O? 6 T SI LI 91 SI ON G Tdw GX 3 z -r q- C) CD le- Ln cm CD 1-1 TABLEAU 2 (suite) :Exemple No 1516 17 1819 2021 2223 2425 2627 2829 30 31: s Type de flux:M M M B M M M M M M M M M M M M Ms s Aptitude au détachement: :du laitier:x o o o x Q o x Q O x o x o Q o Q :Uniformité duocordont O o o o o x o o x x o o o o o o o : Aspect du cordon:o o o o o o x o x o o x o O o o O :Production d'arc 50 o o o o o o o o o o o x o x o o Autres:** * s Estimation globale Ix O Q Q X X X X X X x X X x x x x * Production en grandes quantités de fluorure gazeux **Surface de cordon grossière, défectueuse **Fusion irrégulière du flux et sinuosités du cordon 1-' tii e> 4-à EXEMPLE 21 Aspect du cordon non satisfaisant avec une sensi- bilité à la formation de découpes due à un rapport Mg O/A 1203 trop élevé. EXEMPLE 22 Pas d'amélioration de l'aptitude au détachement du laitier en raison d'une insuffisance de la quan- tité absolue de Mg O en dépit du rapport Mg O(Si O 2 + AI 203) approprié. EXEMPLE 23 Non satisfaisant pour l'uniformité et l'aspect du cordon en raison d'une insuffisance de la quantité absolue de Mg O bien que Mg O/Si O 2 et Mg O/A 1203 soient convenables. EXEMPLE 24 Non satisfaisant pour l'uniformité du cordon en raison d'une insuffisance de la quantité absolue de Si O 2 malgré le rapport Mg O/Si O 2 approprié. EXEMPLE 25 Pas d'amélioration de l'aptitude au détachement du laitier en raison de l'insuffisance de la quan- tité absolue d'A 1203. EXEMPLE 26 Cordon formé de façon non satisfaisante par réduc- tion de l'effet Joule due à une insuffisance de la quantité absolue d'A 1203. EXEMPLE 27 Conductivité électrique excessivement basse du laitier due à l'insuffisance de la quantité abso- lue d'A 1203, production d'arcs au cours de l'opé- ration de soudage couplée à une aptitude ou déta- chement du laitier extrêmement faible EXEMPLE 28 Production d'une grande quantité de fluorure gazeux nocif due à une teneur excessive en Ca F 2. 25100-1 L EXEMPLE 29 Conductivité électrique insuffisante du laitier due à une faible teneur en Ca F 2, production d'arcs au cours de l'opération de soudage. EXEMPLE 30 Propriété de recouvrement détérioriée du laitier due à une absence de Ca O, empêchant d'obtenir des surfaces de cordon uniformes. EXEMPLE 31 * Fusion non uniforme du flux due à une teneur exces- sive en Ca O ce qui provoque des sinuosités dans le cordon. REVENDICATION Flux pour soudage par rechargement, caractéri- sé en ce qu'il contient essentiellement en poids 30 à 70 % de Ca F 2, 10 à 30 % d'A 1203, 1 à 15 % de Ca O, 5 à 25 % de Si 02 et 5 à 25 % de Mg O, la quantité totale de Ca F 2, d'A 1203, de Ca O, de Si O 2 et de Mg O étant supérieure à 70 %, tout en satisfai- sant aux conditions Mg O/(A 1203 + Si O 2) > 0,20, Mg O/Si O 2 2,0 et Mg O/A 1203 42,0. 6983 FR