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" Electrode pour soudure à l'arc éleotrique "
On sait que pendant la soudure de l'acier à l'aro élec- trique avec électrodes d'acier, les corps fondus absorbent, pendant l'opération, l'oxygène et l'azote de l'air ambiant, ce qui nuit aux propriétés de la soudure. La soudure devient ainsi surtout cassante. La résistanoe à la rupture par plia- ge qui, pour un bon acier doux, est de l'ordre de 15 à 30 kg. m/cm2., descend, à l'endroit de la soudure jusqu'à en- viron 1 kg.m/am2 ., lorsque l'on emploie des électrodes en acier doux au carbone sans aucun revêtement. Ces soudures se trouvent en danger lorsqu'elles se trouvent exposées à des chocs, ou lorsqu'il y a possibilité de formation de cra- quelures du fait de dilatations par la ohaleur etc...
Elles ne doivent pas être employées dans les constructions où la cassure d'une soudure peut avoir de graves conséquences,corme par exemple dans la construction de chaudières à vapeur.
Par l'emploi de matières alliées à l'aoier de l'électro.
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de,- comme le manganèse, par exemple,- qui se combinent plus aisément à l'oxygène de l'air que le fer, et dont les oxydes sont moins nuisibles à la soudure, on pourrait ramener la ré- sistance à la rupture de oes soudures jusqu'à environ 5 kg.m/cm2.
Un autre moyen pour obtenir cet avantage est l'emploi de revê- tements sur les éleotrodes, pour isoler l'aro de l'air envi- ronnant. La plupart des revêtements oourants n'ont oepen- dant aucun effet sur la résistance de la soudure, étant soit trop minces pour être efficaces, ou oontenant eux- mêmes des corps qui produisent une oxydation ou autre souil- lure de la soudure. Seuls, certains revêtements, éventuelle- ment en combinaison aveo des corps alliés à l'âme d'aoier de l'électrode, donnent des valeurs d'environ 5 - 10 kg.m/cm2 pour la résistance de la soudure. Ce procédé a oependant l'inconvénient que les corps alliés à l'aoier et ceux consti- tuant le revêtement et qui augmentent la résistance de la soudure, rendent la soudure très poreuse et la font ainsi non étanohe et diminuent sa résistanoe mécanique.
Une porosi- té plus élevée peut aussi, lors des essais de rupture,donner oomne résultat un effort de rupture plus élevé, que le même corps à l'état non poreux . Il en résulte que les pores font oroire à une résistance à la rupture plus grande, qu'el- le ne l'est en réalité. ces pores (bulles de gaz) sont le résultat de réaotions chimiques se produisant dans la soudu- re sous l'influence de l'oxygène de l'air, des corps alliés à l'aoier de l'électrode et des corps constituant le revê- tement.
A la suite d'une longue série d'essais très poussés on est arrivé à oonstruire une éleotrode,donnant une soudure pratiquement exempte de pores, et dont la résistance est éga- le, à peu , de ohose près, à celle du corps laminé à souder.
Pour obtenir cet effet la nécessité s'était fait sentir d'employer un acier particulièrement pur comme âme d'éleotro-
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de. C'est une nécessite bien connue lorsque l'on désire ob- tenir une bonne soudure. L'acier obtenu à partir du fer brut le plus pur dans un four Siemens Martin aoide a donné de bien meilleurs résultats que les aciers obtenus par tout autre procédé (par exemple par fusion au four électrique.) L'aoier Siemens Martin est exempt d'impuretés que l'onrou- ve dans l'aoier obtenu par d'autres procédés, impuretés ayant un effet néfaste sur la soudure bien que s'y trouvant en si petite quantité qu'une @ analyse ordinaire est impuissante à les déoeler.
Il a aussi été néoessaire d'employer un revêtement ne oontenant aucun corps pouvant avoir une mauvaise influence sur la soudure. Un mélange de silioate de magnésium (du talo par exemple) et de silicate de sodium s'est trouvé donner de bons résultats. Le revêtement doit avoir une épaisseur suf- fisante, comme on sait, pour entourer l'extrànité en fusion de l'électrode et former un oratère la dépassant légère- ment, entourant partiellement l'arc et le protégeant oon- tre l'arrivée de l'air. Le revêtement en fusion, s'égoutant des bords du oratère, et s'évaporant en partie grâce à la haute température de l'aro, constitue une nouvelle proteo- tion, en reoouvrant, en partioulier le bain d'aoier en fu- sion d'une couche liquide imperméable à l'air.
Il importe que le revêtement soit exempt de matières pouvant avoir une influence néfaste sur l'aoier par leur oontaot intime avec ce dernier à très haute température. Il faut éviter l'absorp- tion d'oxygène et d'autres impuretés comme il arriverait par exemple aveo des oomposés qui laisseraient dégager de l'anhydride carbonique ou avec des oxydes facilement réduo- tibles. Le revêtement doit par suite former aussi à l'état solide une couche compacte et homogène autour du crayon de soudure; ilfoonvient, en outre qu'il ne soit ni poreux ni ru- gueux pour n'absorber avant l'emploi ni humidité ni autres
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impuretés. A l'état de fusion le laitier est bien fluide et vient bien mouiller l'aoier; il se répand uniformément sans s'agglutiner en certains endroits.
Il est utile aussi qu'il ne possède pas la propriété d'absorber, à haute tempéra- ture, l'oxygène de l'air pour le reporter sur l'aoier en fusion.
Le revêtement peut, pour améliorer son action, reoevoir enoore d'autres substanoes, oomme par exemple du ferroman- ganèse qui, sans produire des impuretés nuisibles, s'empa- rent des traoes d'oxygène enoore présentes, ou donnent des éléments s'alliait aisément à l'aoier, comme par exemple du Manganèse, du Molybdène, eto., et améliorent ainsi la qualité de la soudure:
Il a été trouvé que oes éléments d'apport agissent d'autant mieux qu'ils se trouvent plus près de l'âme d'a- oier. Pour atteindre ce résultat on peut appliquer sur l'é- leotrode plusieurs oouohes oonséoutives, dont la plus oen- trale contienne les éléments d'apport au degré de oonoen- tration le plus élevé.
Des électrodes d'acier pur, pourvues du revêtement dé- crit, donnent des soudures pratiquement sans pores dont la résistanoe est de l'ordre de 10 à 15 kg. m/cm2 ..
La résistance de la soudure a été enoore augmentée,en entourant à son tour le revêtement déorit plus haut, d'une couverture réfractaire. Cette couverture produit un prolonge- ment du cratère protégeantl'arc, et empêche enoore davanta- ge les rentrées d'air. Une enveloppe de papier rendu ignifu- ge par imprégnation de silicate de soude s'est montrée avan- tageuse à cet effet. Le revêtement fusible intérieur s'écou- le à l'intérieur le long du oratère en papier. Ce dernier s'échauffe à tel point que le silioate dont il est imprégné fond aussi et vient se mélanger aux produits du revêtement intérieur, tandis que le papier brûle par le dehors ou s'ef-
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frite après carbonisation.
Le papier doit, lui aussi, ne oontenir aucun produit nuisible à la soudure. Ces produits arriveraient dans le laitier et de là, dans l'acier en fusion. Le plus indiqué est un papier buvard très pur; celui-ci possède aussi les qualités absorbantes pour s'incorporer une quantité suffi- sante de silicate de soude. Le corps désigné jusqu'ici par la dénomination silicate de soude est en réalité un mélange de silicates de soude et de potasse. L'expérience a montré que ce dernier était plus efficace que le simple silicate de soude.
La résistanoe de la soudure devient, grâoe à cette aug- mentation de la proteotion, égale à 20 kg. m/om2 . et même davantage, et est pratiquement exempte de pores. La résis- tanoe à l'allongement et l'élasticité sont bonnes et unifor- mes. On peut couramment plier les pièces soudées à 180 lorsque les soudures ont été convenablement éxéoutées,même pour les épaisseurs les plus élevées des corps à souder rencontrées dans la pratique.
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"Electrode for electric arc welding"
It is known that during the welding of steel with aroelectric steel with steel electrodes, the molten bodies absorb, during the operation, oxygen and nitrogen from the ambient air, which adversely affects the weld properties. The solder thus becomes especially brittle. The bending tensile strength which, for good mild steel, is of the order of 15 to 30 kg. m / cm2., descends, at the place of the weld to about 1 kg.m / am2., when using non-coated mild carbon steel electrodes. These welds are in danger when they are exposed to shocks, or when there is the possibility of cracks forming due to expansion by heat, etc.
They must not be used in constructions where the breakage of a weld can have serious consequences, for example in the construction of steam boilers.
By the use of materials alloyed with electro steel.
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of, - like manganese, for example, - which combine more easily with oxygen in the air than iron, and whose oxides are less harmful to soldering, one could reduce the breaking strength of oes welds up to about 5 kg.m / cm2.
Another way to achieve this advantage is the use of coatings on the electrodes, to isolate the aro from the surrounding air. Most common coatings have no effect on the strength of the weld, however, being either too thin to be effective, or themselves containing substances which produce oxidation or other soiling of the weld. Only certain coatings, possibly in combination with bodies alloyed with the steel core of the electrode, give values of about 5 - 10 kg.m / cm2 for the strength of the weld. This process has the disadvantage, however, that the bodies alloyed with the steel and those constituting the coating and which increase the strength of the weld, make the weld very porous and thus make it non-ethanol and reduce its mechanical strength.
A higher porosity may also, in breaking tests, result in a higher breaking force than the same body in the non-porous state. As a result, the pores give rise to greater breaking strength than they actually are. these pores (gas bubbles) are the result of chemical reactions occurring in the weld under the influence of oxygen from the air, from the bodies allied to the surface of the electrode and from the bodies constituting the coating. - definitely.
Following a long series of very thorough tests, we have succeeded in constructing an eleotrode, giving a weld practically free of pores, and the resistance of which is roughly equal to that of the rolled body. welding.
To obtain this effect the need had arisen to use a particularly pure steel as the core of the electro-
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of. This is a well-known requirement when it is desired to obtain a good weld. The steel obtained from the purest crude iron in a Siemens Martin aoide furnace has given much better results than steels obtained by any other process (for example by electric furnace smelting.) Siemens Martin steel is free from impurities which are found in the steel obtained by other methods, impurities which have a detrimental effect on the weld although they are there in such small quantity that ordinary analysis is unable to remove them.
It was also necessary to use a coating which did not contain any body which could have a bad influence on the weld. A mixture of magnesium silioate (eg talo) and sodium silicate has been found to give good results. The coating must be of sufficient thickness, as is known, to surround the molten end of the electrode and form an oratere slightly projecting it, partially surrounding the arc and protecting it against the arrival of the air. The molten coating, dripping from the edges of the oratère, and partly evaporating thanks to the high temperature of the aro, constitutes a new protec- tion, by reopening, in particular, the bath of molten aoier. an air-impermeable liquid layer.
It is important that the coating be free from materials which may have a harmful influence on the aoier by their intimate oontaot with the latter at very high temperature. The absorption of oxygen and other impurities must be avoided, as would occur, for example, with compounds which would give off carbon dioxide or with easily reducible oxides. The coating must therefore also form in the solid state a compact and homogeneous layer around the welding rod; it comes, moreover, that it is neither porous nor rough so as not to absorb before use neither moisture nor other
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impurities. In the molten state, the slag is quite fluid and comes to wet the aoier well; it spreads evenly without clumping in some places.
It is also useful that it does not have the property of absorbing, at high temperature, oxygen from the air in order to transfer it to the molten steel.
The coating may, in order to improve its action, also receive other substances, such as for example ferromanganese which, without producing harmful impurities, absorb the oxygen traps still present, or give off elements. easily combined with aoier, such as Manganese, Molybdenum, etc., and thus improve the quality of the weld:
It has been found that these filler elements work the better the closer they are to the steel core. To achieve this result, it is possible to apply to the eleotrode several oonseutive ouohes, the most central of which contains the input elements with the highest degree of oonoentration.
Pure steel electrodes, provided with the described coating, give substantially pore-free welds with a strength of the order of 10 to 15 kg. m / cm2 ..
The strength of the weld was further increased, in turn surrounding the coating deorit above with a refractory blanket. This cover produces an extension of the crater protecting the arc, and even more prevents the re-entry of air. An envelope of paper rendered flame retardant by impregnating with sodium silicate has proved to be advantageous for this purpose. The interior fusible liner flows internally along the paper shell. The latter heats up to such a point that the silioate with which it is impregnated also melts and comes to mix with the products of the interior coating, while the paper burns on the outside or erodes.
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fried after charring.
The paper must also not contain any product harmful to soldering. These products would go into the slag and from there into the molten steel. The most suitable is a very pure blotting paper; this also has the absorbent qualities to incorporate a sufficient quantity of sodium silicate. The body designated so far by the name sodium silicate is in reality a mixture of sodium silicates and potash. Experience has shown that the latter was more effective than simple sodium silicate.
The resistance of the weld becomes, thanks to this increase in the protection, equal to 20 kg. m / om2. and even more, and is substantially pore-free. Elongation resistance and elasticity are good and uniform. It is common practice to bend welded parts 180 ° when the welds have been properly spliced, even for the thickest weld body thicknesses encountered in practice.