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"PROCEDE DE PREPARATION D'UN FONDANT ET D'UNE COMPOSITION POUR LA SOUDURE ELECTRIQUE"
La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'un fondant utilisable dans la soudure électrique et, en particulier, dans le procédé de soudure électrique décrit dans le brevet belge ? 401.480 du 15 Février 1934.
Dans ce brevet, on a décrit un procédé de soudure électrique dans lequel la chaleur nécessaire est produite par le passage d'un courant électrique intense, entre une électrode métallique (en général nue) et les tôles ou objets analogues à souder, l'électrode n'étànt pas en contact mécanique avec les objets, et le courant étant conduit, dans l'intervalle compris entre l'électrode et les objets, par une masse fondue conductrice ou'composition de
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soudure ayant des propriétés de résistance électrique ap- propriées. La chaleur ainsi produite, fait fondre des por- tions successives de l'électrode, et la matière fondue est déposée comme métal d'apport de la soudure.
La composition de soudure sert d'agent ou milieu de soudure actif, étant donné qu'elle constitue les moyens de chauffage, qu'elle règle la vitesse, la pénétration et la qualité de la soudu- re, et qu'elle purifie et protège le métal fondu.
Un grand nombre de soudures expérimentales qui ont été faites conduisent à la conclusion que les propriétés d'une composition de soudure convenable pour ce procédé de soudure sont les suivantes : (1) les réactions chimiques entre les constituants de la composition de soudure doivent être ter- minées avant d'utiliser cette composition pour la soudure. Si cette condition n'est pas sa- tisfaite, il en résulte presque sûrement de la porosité.
(2) Elle doit être susceptible de régler la péné- tration et la largeur de la soudure.
(3) Sa fluidité aux températures de soudure doit être telle qu'elle n'est pas entraînée avec le métal fondu.
(4) Elle doit consister en matières chimiques qui ne nuisent pas aux propriétés de l'acier, et (5) Elle doit pouvoir être enlevée facilement de la soudure une fois que celle-ci est terminée.
La composition de l'agent de soudure est de la plus grande importance. La composition particulière que l'on doit utiliser est déterminée par la qualité et l'é- paisseur des tôles à souder par le courant et la tension à utiliser, et par les propriétés que l'on désire donner au métal de soudure.
On a utilisé du silicate de calcium et des silica- tes de sodium, baryum, fer, manganèse, cobalt, magnésium,
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nickel et aluminium, à la fois en combinaisons binaires et ternaires et en différentes proportions. On a également utilisé du titanate de calcium et différents titanosilicates, ceux-ci étant utilisés lorsqu'on désire introduire du titane dans le métal de soudure. Bien qu'un certain nombre de ces compositions de soudure conductrices conviennent plus ou moins efficacement pour le procédé, il est préférable d'utiliser des silicates des métaux alcalino-terreux, tels que le silicate de calcium et il est également préférable d'ajouter à ces silicates de petites proportions d'alumine ou d'une substance susceptible d'abaisser le point de fusion, par exemple un sel d'un halogène.
Plus particulièrement, la composition de soudure comporte, de préférence, comme ingrédients principaux, de la silice (SiO2), au moins un constituant basique, composé d'un sel alcalino-terreux (tel que la chaux (CaO), la magnésie (MgO) ou un mélange de ces composés) et d'alumine (A1203). La silice et le constituant basique sont sensi- blement dans les proportions théoriquement nécessaires pour former des métasilicates, quoiqu'un excès sensible de silice soit admissible et souvent avantageux.
Par exemple si le constituant basique est la chaux, les proportions en poids seront approximativement 0,7 à une partie de CaO pour une partie de SiO2, et si l'on met de la magnésie à la place de tout ou partie de la chaux, on augmentera la silice façon-dans une mesure correspondante de façon à maintenir sensiblement les mêmes proportions stoichiométriques. L'alumine constitue environ 1 à 8 % en poids de la composition de soudure, et de préférence, environ 4 à 6 %. Pour assurer
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une répartition de l'énergie sur une plus grande surface, on ajoute, en proportions faibles, variables, par exemple 6 %, une matière susceptible de réduire la concentration de l'énergie, et par suite, d'élargir la soudure. Une matière qu'il est préférable d'utiliser dans ce but, est un haloide tel que du fluorure decalcium.
Le constituant basique consiste, de préférence, surtout en chaux et magnésie, approximativement en proportion de 3 parties de CaO pour 1 partie de MgO, en poids; mais d'autres proportions sont intéressantes et rentrent dans le cadre de l'invention. Des matières basiques autres que la chaux ou la magnésie, par exemple des oxydes de manganèse, de titane ou des métaux alcalins, peuvent être ajoutés en quantité modérée, sans changer beaucoup les caractéristiques essentielles de la composition de soudure, et on peut ajouter en quantité modérée des fondants connus, tels que du borax ou de l'acide borique, mais il est important que la composition ne contienne sensiblement pas d'oxydes de fer non combinés avec d'autres ingrédients de la composition (en les faisant fondre au préalable avec des ingrédients de ce genre, par exemple)
et ne contienne pas de matières celles que des carbonates ou de l'humidité) qui dégagent des quantités nuisibles de gaz ou de vapeurs aux températures de soudure.
Il est possible et parfois avantageux d'incorporer dans la composition de soudure, des matières qui sont incroduites dans la matière d'apport de la soudure, pendant l'opération de soudure, et qui apparaissent dans la soudure terminée et modifient les propriétés de celle-ci; par exemple du ferromanganèse,du ferrosilicium, du ferrochrome, du
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molybdate de calcium, du carbone, ou des composés chimiques de ces corps.
Dans un exemple spécifique, on a fait fondre ensemble 50 kilos de carbonate de calcium, 9,4 kilos d'oxyde de magnésium et 40,5 kilos de silice, jusqu'à ce que la réaction soit terminée. Les matières utilisées étaient de la qualité la plus pure, servant dans les industries céramiques, mais le produit fondu a montré à l'analyse la présence d'environ 5 % d'alumine. La matière fondue a été refroidie et granulée et on a ajouté à celle-ci un seizième de son poids de spath-fluor. La matière était alors prête à être utilisée pour constituer la masse fondue conductrice qui est la caractéristique principale du procédé selon l'invention.
Le tableau suivant donne les analyses en poids de compositions de soudure qui ont été utilisées avec succès, et qui constituent des exemples typiques de la présente invention :
EMI5.1
<tb>
<tb> 1 <SEP> II <SEP> III <SEP> IV
<tb> % <SEP> CaO <SEP> 29,5 <SEP> 31,24 <SEP> 29,18 <SEP> 40,12
<tb> %MgO <SEP> 8,7 <SEP> 11,01 <SEP> 8,26 <SEP> 0,89
<tb> % <SEP> SiO2 <SEP> 56,4 <SEP> 52,4 <SEP> 57,48 <SEP> 52,94
<tb> % <SEP> A12O3 <SEP> 5,4 <SEP> 4,11 <SEP> 4,86 <SEP> 5,8
<tb> % <SEP> Fe2O3 <SEP> Faible <SEP> 0,13 <SEP> 0,24 <SEP> 0,23
<tb>
Avant l'utilisation, on a ajouté environ 1 partie de fluorure de calcium à 16 parties en poids de chacune des compositions ci-dessus.
La condition chimique de la composition ou de l'agent de soudure est importante : les constituants acides et basiques doivent être neutralisés, la composition doit
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être sensiblement anhydre et ne pas contenir de gaz, et toutes les réactions qui donneraient lieu au dégagement de quantités nuisibles de gaz pendant la soudure doivent être sensiblement terminées avant que l'agent soit utilisé dans l'opération de soudure. Ces conditions sont obtenues de façon appropriée, en faisant fondre au préalable un mélange des constituants, de préférence dans un four électrique. On peut ajouter à l'agent certains constituants relativement volatils, mais stables chimiquement, tels que le fluorure de calcium, soit avant, soit après que les autres ingrédients ont été fondus et refroidis.
Les carbonates de calcium et de magnésium peuvent évidemment être substitués aux oxydes si les ingrédients sont préalablement fondus.
L'état physique de la composition de soudure est, de même, de la plus grande importance. Si, conformément à la présente invention, l'agent fondu est solidifié rapidement par refroidissement avant broyage et utilisation, on peut obtenir des soudures plus homogènes et plus solides que lorsque cet agent perd sa chaleur et se solidifie lentement. La composition fondue est, de préférence, coulée en couches relativement minces contre un dispositif de refroidissement efficace, tel qu'une tôle épaisse ou un bloc de métal froid, ou une plaque refroidie par de l'eau, plutôt que sous forme d'un gros lingot. Il est préférable que la vitesse de refroidissement soit telle que toute (ou sensiblement toute) la composition de soudure solidifiée, présente une cassure vitreuse.
Dans le procédé de soudure jugé le meilleur, uti-
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lisant le fondant obtenu suivant le procédé de la suivante invention, l'extrémité de l'électrode de soudure, qui est de préférence une électrode métallique nue, est introduite d'abord dans la composition de soudure. Etant donné que la composition n'est pas conductrice à froid, on ménage un parcours conducteur pour le courant de soudure en disposant dans la fente, comprise entre l'électrode et l'ouvrage, par exemple un ruban de graphite ou un tampon de laine d'acier. On applique alors le courant, la composition de soudure est chauffée localement jusqu'à ce qu'elle fonde et devienne conductrice, et tout de suite après, l'extrémité de l'électrode commence à fondre, et le métal fondu commence à se déposer dans la rainure.
En même temps, les bords des objets à souder commencent à fondre et à s'unir au métal déposé. On fait alors avancer l'électrode vers l'ouvrage, et on la déplace le long du joint à vitesse appropriée, de préférence à l'aide d'un dispositif métallique, qui peut être analogue à ceux qui sont utilisés dans une grande mesure, dans la soudure à l'arc libre et la soudure se fait sans interruption.
La soudure se fait sans obstacles à l'aide de la composition. Il n'y a pratiquement pas de boursouflure ou de déplacement visible de l'agent de soudure, ni d'étincelles visibles et, en fait, on constate à peine, extérieurement, qu'une soudure se fait. La soudure est, en général, terminée en une seule passe, même dans le cas d'une tôle épaisse. La composition de soudure, en avant de l'électrode, reste non fondue, tandis que la composition fondue monte au-dessus de la partie terminée de la soudure
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et se solidifie. Méme cet effet est à peine visible du fait de l'utilisation d'un excès de composition de soudure, cet excès restant non fondu et recouvrant la composition fondue et le métal.
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"PROCESS FOR PREPARING A FLUX AND A COMPOSITION FOR ELECTRIC WELDING"
The present invention relates to a method of manufacturing a flux that can be used in electric welding and, in particular, in the electric welding method described in Belgian patent? 401,480 of February 15, 1934.
In this patent, an electric welding process has been described in which the necessary heat is produced by the passage of an intense electric current, between a metal electrode (generally bare) and the sheets or similar objects to be welded, the electrode not in mechanical contact with the objects, and the current being conducted, in the interval between the electrode and the objects, by a conductive melt or 'composition of
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weld having suitable electrical resistance properties. The heat thus produced melts successive portions of the electrode, and the molten material is deposited as the weld filler metal.
The solder composition serves as an active soldering agent or medium, since it constitutes the means of heating, regulates the speed, penetration and quality of the solder, and purifies and protects. molten metal.
A large number of experimental welds which have been made lead to the conclusion that the properties of a solder composition suitable for this soldering process are as follows: (1) the chemical reactions between the constituents of the solder composition must be ter - mined before using this composition for soldering. If this condition is not met, porosity almost certainly results.
(2) It must be capable of adjusting the penetration and the width of the weld.
(3) Its fluidity at welding temperatures should be such that it is not entrained with molten metal.
(4) It must consist of chemical materials which do not adversely affect the properties of the steel, and (5) It must be easily removable from the weld once the weld is complete.
The composition of the solder is of the utmost importance. The particular composition to be used is determined by the quality and thickness of the plates to be welded, the current and voltage to be used, and by the properties desired to be imparted to the weld metal.
Calcium silicate and sodium, barium, iron, manganese, cobalt, magnesium silicas were used.
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nickel and aluminum, both in binary and ternary combinations and in different proportions. Calcium titanate and various titanosilicates have also been used, these being used when it is desired to introduce titanium into the weld metal. Although a number of these conductive solder compositions are more or less effective for the process, it is preferable to use silicates of the alkaline earth metals, such as calcium silicate, and it is also preferable to add to it. these silicates of small proportions of alumina or of a substance capable of lowering the melting point, for example a salt of a halogen.
More particularly, the solder composition preferably comprises, as main ingredients, silica (SiO2), at least one basic constituent, composed of an alkaline earth salt (such as lime (CaO), magnesia (MgO ) or a mixture of these compounds) and alumina (A1203). The silica and the basic component are in substantially the proportions theoretically necessary to form metasilicates, although a substantial excess of silica is permissible and often advantageous.
For example if the basic constituent is lime, the proportions by weight will be approximately 0.7 to one part of CaO for one part of SiO2, and if we put magnesia in place of all or part of the lime, the silica will be increased to a corresponding extent so as to maintain substantially the same stoichiometric proportions. The alumina constitutes about 1 to 8% by weight of the solder composition, and preferably about 4 to 6%. To ensure
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a distribution of the energy over a larger area, is added, in small and variable proportions, for example 6%, a material capable of reducing the concentration of energy, and consequently of widening the weld. A material which is preferable to use for this purpose is a haloid such as calcium fluoride.
The basic component is preferably predominantly lime and magnesia, approximately in the proportion of 3 parts CaO to 1 part MgO, by weight; but other proportions are interesting and come within the scope of the invention. Basic materials other than lime or magnesia, for example oxides of manganese, titanium or alkali metals, can be added in moderate amounts, without much changing the essential characteristics of the solder composition, and one can add in quantity. moderate fluxes known, such as borax or boric acid, but it is important that the composition does not contain substantially any iron oxides not combined with other ingredients of the composition (by melting them beforehand with such ingredients, for example)
and does not contain materials (such as carbonates or moisture) which give off harmful amounts of gases or vapors at welding temperatures.
It is possible and sometimes advantageous to incorporate into the solder composition, materials which are embedded in the filler material of the solder, during the soldering operation, and which appear in the finished solder and modify the properties of that solder. -this; for example ferromanganese, ferrosilicon, ferrochrome,
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calcium molybdate, carbon, or chemical compounds of these bodies.
In a specific example, 50 kilograms of calcium carbonate, 9.4 kilograms of magnesium oxide and 40.5 kilograms of silica were melted together until the reaction was complete. The materials used were of the purest quality, serving in the ceramic industries, but the molten product showed on analysis the presence of about 5% alumina. The melt was cooled and granulated and one sixteenth of its weight of fluorspar was added thereto. The material was then ready to be used to constitute the conductive melt which is the main characteristic of the process according to the invention.
The following table gives the analyzes by weight of solder compositions which have been used with success, and which constitute typical examples of the present invention:
EMI5.1
<tb>
<tb> 1 <SEP> II <SEP> III <SEP> IV
<tb>% <SEP> CaO <SEP> 29.5 <SEP> 31.24 <SEP> 29.18 <SEP> 40.12
<tb>% MgO <SEP> 8.7 <SEP> 11.01 <SEP> 8.26 <SEP> 0.89
<tb>% <SEP> SiO2 <SEP> 56.4 <SEP> 52.4 <SEP> 57.48 <SEP> 52.94
<tb>% <SEP> A12O3 <SEP> 5.4 <SEP> 4.11 <SEP> 4.86 <SEP> 5.8
<tb>% <SEP> Fe2O3 <SEP> Low <SEP> 0.13 <SEP> 0.24 <SEP> 0.23
<tb>
Prior to use, about 1 part of calcium fluoride was added to 16 parts by weight of each of the above compositions.
The chemical condition of the composition or the soldering agent is important: the acidic and basic constituents must be neutralized, the composition must
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be substantially anhydrous and contain no gas, and all reactions which would give rise to the evolution of harmful amounts of gas during welding must be substantially completed before the agent is used in the welding operation. These conditions are suitably obtained by first melting a mixture of the constituents, preferably in an electric oven. Certain relatively volatile, but chemically stable components, such as calcium fluoride, can be added to the agent either before or after the other ingredients have been melted and cooled.
Calcium and magnesium carbonates can obviously be substituted for the oxides if the ingredients are previously melted.
The physical state of the solder composition is likewise of the greatest importance. If, in accordance with the present invention, the molten agent is solidified rapidly by cooling before crushing and use, more homogeneous and stronger welds can be obtained than when this agent loses its heat and solidifies slowly. The molten composition is preferably cast in relatively thin layers against an efficient cooling device, such as a heavy sheet or a cold block of metal, or a water cooled plate, rather than as a water cooled plate. large ingot. It is preferable that the cooling rate is such that all (or substantially all) of the solidified solder composition exhibits glass breakage.
In the welding process judged to be the best, use
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reading the flux obtained according to the method of the following invention, the end of the welding electrode, which is preferably a bare metal electrode, is first introduced into the welding composition. Since the composition is not cold conductive, a conductive path is provided for the solder current by placing in the slot, between the electrode and the work, for example a graphite tape or a wool pad of steel. The current is then applied, the solder composition is heated locally until it melts and becomes conductive, and immediately after, the tip of the electrode begins to melt, and the molten metal begins to settle. in the groove.
At the same time, the edges of the objects to be welded begin to melt and unite with the deposited metal. The electrode is then advanced towards the work, and it is moved along the joint at an appropriate speed, preferably with the aid of a metallic device, which may be similar to those which are used to a great extent, in free arc welding and the welding is done without interruption.
The welding is done without obstacles using the composition. There is virtually no visible blistering or displacement of the solder, no visible sparks and, in fact, you hardly notice, on the outside, that a weld is making. The weld is generally completed in a single pass, even in the case of thick sheet metal. The solder composition, in front of the electrode, remains unmelted, while the molten composition rises above the finished part of the solder
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and solidifies. Even this effect is hardly visible due to the use of an excess of solder composition, this excess remaining unmelted and covering the molten composition and the metal.