Brevet FR2516833A1 — publié le 19830527

La présente invention concerne une électrode de soudage consommable, sous forme d'une tige enrobée, destinée à être utilisée pour le soudage à l'arc de substrats métalliques L'invention concerne particulièrement une électrode de soudage permettant l'obtention d'un dépôt métallique constitué par un alliage à base de nickel conte- nant des quantités importantes de chrome et de fer et des quantités moindres d'autres éléments d'alliage. On connait des électrodes de soudage consommables comprenant une âme constituée par une tige d'alliage sur laquelle est généralement fixé un revêtement de flux. Comme exemple d'alliage de tige de soudage pouvant être utilisée pour le soudage à l'arc d'alliage à haute résistance thermique, on peut citer les alliages à base de nickel du type correspondant à la liste figurant à la page 284 de la 8 ème édition du manuel ASM Metals Handbook, volume 6, portant le titre"'Soudage et brasage" ( 1971). On se référera particulièrement au tableau 6 en ce qui concerne les alliagces à base de nickel désignés, entre autres, par les appellations: E Ni Cr Fe-2, ER Ni Cr-3, ER Ni Cr Fe-5, ER Ni Cr Fe-6, Inconel 601 et Inconel 625, le terme Inconel étant une marque désignant des alliages de chrome et de fer à base de nickel En plus du nickel, du chrome et du fer, les alliages qui viennent d'être mentionnée renferment un ou plusieurs éléments d'alliage teais que: Mn, Si, Nb et/ou Ta, etc L'utilisation d'alliages de ce genre comme tiges de soudage est décrite à la page 283 en ce qui concerne, entre autres alliages, le soudage mutuel d'alliages Ni, Cr, Fe. A titre d'illustration de tiges de soudage enro- bées de flux, on peut citer les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 2, 839,433 et 3,211,582, ce dernier brevet se rapportant à une électrode de rechargement dur comprenant une âme d'acier allié au chrome enrobéede flux chargé de 34 poudres métalliques La poudre métallique présente dans le -2 - flux permet, en combinaison avec l'âme en acier allié, lors de l'utilisation de la tige de soudage, la forma- tion d'un dépôt dur sur un substrat métallique Un inconvénient de l'utilisation comme âme de l'électrode d'un fil en alliage chrome-fer à base de nickel enrobé par un flux consiste dans le fait que cet alliage se caractérise par une faible vitesse de dépôt La production du fil d'alliage est onéreuse et, en outre, les flux habi- tuels combinés avec le fil nécessitent l'utilisation d'une alimentation en courant alternatif ou en courant continu mais ne permet pas l'utilisation de l'un ou l'autre type d'alimen- tation électrique La vitesse de dépôt est importante dans les domaines d'utilisation nécessitant une productivité élevée. Le besoin se fait donc sentir de fournir une électrode de soudage à base de nickel pouvant être déposée avec une vitesse de production élevée et pouvant être utilisée indifféremment en utilisant une alimentation en courant alternatif ou en courant continu. L'invention a donc pour objet de fournir une électrode de soudage à l'arc capable de former un dépôt métallique constitué par un alliage à base de nickel, avec une vitesse de production améliorée par rapport aux électro- des de l'art antérieur. L'invention a également pour objet une électrode de soudage à l'arc comprenant une âme constituée par une tige de nickel enrobée de flux chargé de poudre métallique la poudre métallique du flux ayant une composition telle qu'elle permet la formation de métal déposé constitué par un alliage chrome-fer à base de nickel, lors du soudage. Les buts, caractéristiques et résultats de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et en se référant aux revendica- 34 tions ainsi qu'au dessin annexé, dans lequel: -3- La figure 1 est une vue en perspective d'une forme d'exécution de l'électrode de soudage à l'arc selon l'invention; et La figure 2 est une vue en coupe de cette électrode dans le plan indiqué par la ligne II-II de la figure 1. Conformément à une première forme d'exécution, l'électrode de soudage à base de nickel comprend une âme en nickel sur laquelle est fixé un revêtement de flux chargé de poudre métallique, la composition totale de l'électrode comprenant environ 40 à 50 %, en poids, de l'âme de nickel et environ 60 à 50 %, en poids, du revête- ment Le revêtement contient, en tant que constituant du flux, environ 18 à 30 % de bioxyde de titane, environ 8 à 16 % de fluorure de calcium, environ 1 à 3 % de carbonate de fer, environ 1,5 % à 4 % de carbonate de calcium et environ 2 à 6 % de carbonate de magnésium et calcium et il contient en outre, en tant que constituant de la poudre métallique (dans laquelle les éléments métalliques sont sous forme de métaux, alliages et ferro-alliages)environ 20 à 30 % de chrome, environ 3 à 8 % de manganèse, environ 1 à 4 % de molybdène, environ 1 à 5 % de niobium, environ 8 à 18 % de fer, jusqu'à environ 6 % de nickel et jusqu'à environ 1 % de graphite et, en tant qu'adjuvant d'extrusion, environ 1 à 4 % d'argile et environ 1 à 5 % d'adjuvant d'extrusion organique Dans ce revêtement, le flux est mélangé avec un liant, en proportion de l'ordre de 5:1 à :1, la composition du liant étant la suivante: environ 2 à 10 % de carbonate de potassium, environ 40 à 70 % de silicate de potassium, environ 1 à 6 % d'hydroxyde de potassium, environ 20 à 35 % de silicate de sodium et jusqu'à 15 %, environ, d'eau Le rapport de la teneur en poudre métallique dans le flux, à l'âme de nickel, est tel qu'il permet l'obtention d'un dépôt métallique qui, compte-tenu des pertes en métal résultant de l'oxydation, contient moins de 0,25 %, environ, de carbone, environ -4 - à 20 % de chrome, environ 5 à 12 % de fer, environ 0,5 à 2,5 % de niobium, jusqu'à 1 %, environ, de silicium, environ 2 à 5 % de manganèse et jusqu'à 5 %, environ, de molybdène, le reste étant essentiellement constitué par du nickel. Conformément à une gamme de compositions préfé- rentielle de l'électrode, le revêtement contient, en tant que constituant du flux, environ 21 à 25 % de bioxyde de titane, environ 10 à 14 % de fluorure de calcium, environ 1,5 à 2,5 % de carbonate de fer, environ 2 à 3,5 % de carbona- te de calcium, environ 3 à 5 % de carbonate de calcium et magnésium et il comprend également, en tant que constituant de la poudre métallique, environ 23 à 27 % de chrome, environ à 7 % de manganèse, environ 1,75 à 3, 5-% de molybdène, environ 2,75 à 4,5 % de niobium, environ 10 à 15 % de fer, jusqu'à environ 4,5 % de nickel, et jusqu'à environ 0,75 % - de graphite et, en tant qu'adjuvant d'extrusion, environ 1 à 3 % d'argile et environ 1 à 4 % d'adjuvant d'extrusion organique choisi parmi les amidons et les alginates Dans le revêtement, le flux est mélangé avec le liant en proportion de l'ordre de 6:1 à 8:1 de flux sec par rapport au liant, la composition de ce liant étant la suivante: environ 4 à - 8 % de carbonate de potassium, environ 45 à 65 % de silicate de potassium, environ 1 à 4 % d'hydroxyde de potassium, environ 22 à 32 % de silicate de sodium et jusqu'à 12 %, environ, d'eau Le rapport de la teneur en poudre métallique, dans le flux, à l'âme de nickel, est tel qu'il permet l'obtention d'un dépôt métallique qui, compte tenu des pertes en métal résultant de l'oxydation, contient moins de 0,15 %, environ, de carbone, environ 14 à 18 % de chrome, environ 8 à 12 % de fer, jusqu'à 2,5 %, environ, de niobium, jusqu'à 0,75 %, environ, de silicium, environ 2 à 4 % de manganèse et jusqu'à 4 %, environ, de molybdène, le reste étant essentiellement constitué par du nickel. Une forme d'exécution de la tige de soudage selon l'invention est représentée aux figures 1 et 2 La tige de - soudage 10 comprend une âme constituée par une tige 12 de nickel enrobée par un revêtement 11 de flux cfiargé de métal, les détails de l'enrobage étant représentés par la vue en coupe de la figure 2. L'invention peut être illustrée par l'exemple détaillé suivant: Exemple On produit une tige de soudage en utilisant, pour former l'âme, une tige de nickel ayant un diamètre d'environ 3,175 millimètres, sur laquelle est fixé un revêtement constitué par une composition de flux chargée de métal la tige de nickel constituant l'âme de l'électrode correspondant au maximum à 50 % en poids de l'électrode de soudage. Le revêtement comprend les ingrédients suivants, en proportion indiquée en pourcentage en poids du revête- ment: bioxyde de titane 23,0 fluorure de calcium 11,50 carbonate de fer 1, 95 carbonate de calcium 2,85 carbonate de calcium et magnésium 4,0 chrome 24,7 manganèse 5,75 molybdène 2,25 niobium 3,45 fer 12,65 nickel 3-,45 graphite 0,20 adjuvants I argile 2,05 d'extrusion) autres adjuvants* 2,20 *Les autres adjuvants d'extrusion sont constitués par des substances organiques choisies parmi les amidons et les alginates. 6- Le revêtement dont la composition est mentionnée ci-dessus comprend également des liants, en proportion correspondant à sept parties en poids de flux sec pour une partie en poids de liant ayant la composition suivante Liant carbonate de potassium 6,00 silicate de potassium 55,50 hydroxyde de potassium 3,0 -silicate de sodium 27,50 eau 8,0 La proportion de flux sec s'élève à 43,30 parties en poidsce qui requiert environ 6,2 parties en poids de liant. Le métal déposé constitué par un alliage à base de nickel, dont la composition dépend des pertes résultant de l'oxydation au cours du soudage, contient approximativement -17-% Cr, 2-4 % Mn, 1-2,5 % Mo, 1,5-2 % Mb, 8-9 % Fe, le reste étant constitué par le nickel. En utilisant la tige de soudage ayant la compo- sition qui vient d'être décrite, on obtient un dépôt carac- téristique de métal en mettant en contact électrique la tige de soudage avec la pièce à souder (constituée par exemple par un substrat en alliage nickel-chrome-fer) et en allumant un arc en écartant doucement la tige de soudage jusqu'à l'obtention d'un intervalle correspondant à l'inter' valle approprié à la formation d'un arc,ce qui provoque la fusion de la tige de soudage sous l'effet de la chaleur en- gendrée par l'arc Dans le cas de la tige de soudage décrite ci-dessus, dans laquelle l'âme de nickel a un diamètre de 3,175 millimètres =, la tension continue utilisée est d'environ 25 volts et l'intensité du courant est d'environ ampères. Dans le cas o l'âme de l'électrode a la même composition que le métal déposé, la vitesse de dépôt dans les conditions indiquée ci-dessus est généralement de l'ordre 7- de 0,9 à 1,5 kg par heure Lorsque le fil constituant l'âme de l'électrode a la même composition que le métal déposé, on réduit l'ampérage de soudage afin d'éviter de surchauffer l'électrode (ce qui rendrait une partie de l'électrode inutilisable et se traduirait par conséquent par des pertes élevées résultant de l'arrachage d'une partie de la matière de l'électrode) et, par conséquent, la vitesse de dépôt pour une électrode de 3,175 millimètres dans laquelle le fil constituant l'âme à la même composition que le métal composé, est de l'ordre de 1 à 1,15 kg par heure (pour environ 23 volts et 110 ampères). Il est également à remarquer que de nombreux autres fils constituant l'âme de l'électrode et ayant une composition d'alliage identique (ou très similaire à celle de métal déposé) présenteront également la même tendance à la surchauffe et devront être par conséquent limités en ce qui concerne l'intensité maximale du courant de soudage. Il est donc possible d'utiliser un fil d'âme ayant une composition correspondant essentiellement à celle du princi- pal constituant métallique du métal que l'on désire déposer et de former un alliage entre ce fil et l'enrobage ce qui permet d'obtenir une électrode utilisable avec des intensités de courant de soudage plus élevées en permettant ainsi d'augmenter la vitesse de dépôt (dans le cas o le principal constituant métallique présente une résistance au passage du courant électrique inférieure à celle de l'alliage lui-même). D'autre part, lorsque la tige de soudage selon l'invention est utilisée dans les conditions appropriées, la vitesse de dépôt est beaucoup plus élevée et peut attein- dre 1,5875 à 1,7 kg/h. Comme indiqué ci-dessus, la tige de soudage selon l'invention présente l'avantage de permettre l'utilisation aussi bien d'une source d'alimentation électrique en courant 34 alternatif que d'une source d'alimentation au courant continu. -8 Le métal déposé en utilisant la tige de soudage selon l'invention se caractérise par de bonnes valeurs de la résistance à la traction, par exemple une valeur nominale de résistance à la traction d'environ 6608,85 kg/cm 2 ainsi qu'une excellente ductilité, mesurée par le pourcentage d'allongement, par exemple un pourcentage d'allongement- d'environ 35 %. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec les formes d'exécution préférentielles, il est bien entendu que l'on peut apporter des modifications et des variations sans sortir du cadre et de l'esprit de l'invention, comme cela apparattra à l'homme de l'art. De telles modifications et variations sont donc englobées 14 dans le cadre de l'invention et des-revendications. -9- REVENDICATIONS 1 Electrode de soudage à base de nickel, comprenant une âme en nickel et un revêtement de flux chargé de poudre métallique fixé sur cette âme, caractérisée par le fait que la composition globale de l'électrode comprend environ 40 à 50 %, en poids, de l'âme de nickel et environ à 60 %, en poids, du revêtement de flux, ce revêtement contenant, en tant que constituant du flux, environ 18 à % de bioxyde de titane, environ 8 à 16 % de fluorure de calcium, environ 1 à 3 % de carbonate de fer, environ 1, 5 à 4 % de carbonate de calcium et environ 2 à 6 % de carbonate de magnésium et calcium, et contenant également, en tant que constituant de la poudre métallique, environ 20 à 30 % de chrome, environ 3 à 8 % de manganèse, environ 1 à 4 % de molybdène, environ 1 à 5 % de niobium, environ 8 à 18 % de fer, jusqu'à environ 6 % de nickel et jusqu'à environ 1 % de graphite et, en tant qu'adjuvant d'extrusion, environ 1 à 4 % d'argile et environ 1 à 5 % d'adjuvant d'extrusion organique, le flux étant mélangé, dans ce revêtement, avec un liant, en proportion de l'ordre de 5:1 à 10:1 de flux sec par rapport au liant, le rapport de la teneur en poudre métallique, dans le flux, à l'âme de nickel étant tel qu'il permet l'obtention d'un dépôt métallique qui, compte tenu des pertes en métal résultant de l'oxydation, contient moins de 0,25 %, environ, de carbone, environ 10 à 20 % de chrome, environ 5 à 12 % de fer, environ 0,5 à 2,5 % de niobium, jusqu'à 1 %, environ, de silicium, environ 2 à 5 % de manga- nèse et jusqu'à 5 %, environ, de molybdène, le reste étant essentiellement constitué par du nickel. 2 Electrode selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le revêtement de flux chargé de poudre métal- lique comprend environ 21 à 25 % de bioxyde de titane, 32 environ 10 à 14 % de fluorure de calcium, environ 1,5 à 2,5 % _ 10 - de carbonate de fer, environ 2 à 3,5 % de carbonate de calcium, environ 3 à 5 % de carbonate de calcium et de magnésium, ce revêtement comprenant également, en tant que constituant de la poudre métallique, environ 23 à 27 % de chrome, environ 5 à 7 % de manganèse, environ 1,75 à 3,5 % de molybdène, environ 2,75 à 4,5 % de niobium, environ 10 à 15 % de fer, jusqu'à environ 4,5 % de nickel et jusqu'à environ 0,75 % de graphite et, en tant qu'adju- vant d'extrusion, environ 1 à 3 % d'argile et environ 1 à 4 % d'adjuvant d'extrusion organique choisi parmi les amidons et les alginates, le flux étant mélangé avec le liant en proportion de l'ordre de 6:1 à 8:1 de flux sec par rapport au liant, le rapport de la teneur en poudre métal- lique, dans le flux, à l'âme de nickel étant tel qu'il permet l'obtention d'un dépôt métallique qui, compte tenu des pertes en métal résultant de l'oxydation, contient moins de 0,15 %, environ, de carbone,-environ 14 à 18 % de chrome, environ 8 à 12 % de fer, jusqu'à 2,5 %, environ, de niobium, jusqu'à 0,75, environ, de silicium, environ 2 à 4 % de manganèse, et jusqu'à 4 %,environ, de molybdène, le reste étant essentiellement constitué par du nickel. 3 Electrode selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la composition du liant est la suivante environ 2 à 10 % de carbonate de potassium, environ 40 à % de silicate de potassium, environ 1 à 6 % d'hydroxyde de potassium, environ 20 à 35 % de silicate de sodium et jusqu'à 15 %, environ, d'eau. 4 Electrode selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la composition du liant est la suivante: environ 4 à 8 % de carbonate de potassium, environ 45 à 65 % de silicate de potassium, environ 1 à 4 % d'hydroxyde de potassium, environ 22 à 32 % de silicate de sodium-et jusqu'à 32 12 %, environ, d'eau.