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BREVET D'INVENTION "FLUX POUR SOUDURE ELECTRIQUE"
L'invention concerne la soudure électrique.
Les procédés de soudure électrique sont caractérisés principalement par l'emploi d'une couche ou couverture épaisse d'une matière vitreuse broyée, qui recouvre la région à souder de la pièce et dans laquelle est noyée en permanence l'extrémité de l'électrode de soudure. On fait passer un courant électrique relativement intense à travers l'électrode, la couche et la pièce, de façon à fondre des portions successives de l'électrode, de la couche et de la pièce, à déposer le métal fondu de l'électrode et à réaliser la liaison du métal déposé avec le métal de la pièce, et à maintenir au-dessous de la surface de la substance vitreuse un bain de cette substance fondue sur le métal fondu. Une couche tranquille de la substance vitreuse broyée, non fondue est
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maintenue au-dessus du bain qu'elle surmonte.
Quoiqu'on emploie des courants électriques intenses, aucun indice de l'existence d'un arc du type ordinaire n'est visible de l'extérieur et il est probable qu'il n'en existe pas.
Dans ces procédés de soudure électrique, la composition chimique de la substance vitreuse ou agent de soudure a une influence considérable sur la qualité de la soudure finie. Une soudure de très bonne qualité est celle qui est au moins aussi' saine, résistante et ductile que la pièce en métal. Les soudures comportant des cavités , criques, fissures ou inclusions de scories ou dont la résistance, la ductilité ou la ténacité sont insuffisantes ne peuvent convenir lorsque le degré de qualité nécessaire est élevé. On a observé que les silicates de calcium-magnésium-aluminium contenant de.préférence du fluorure de calcium, conviennent parfaitement à l'exécution d'excellentes soudures dans la plupart des aciers.
Mais on a constaté que, dans certaines conditions, on éprouve quelques difficultés à exécuter une soudure donnant complètement satisfaction en faisant usage de ces mélanges de silicate de calcium-magnésium-aluminium avec du fluorure de calcium. Des essais ont montré que le métal de soudure déposé à travers ces substances perd du manganèse et absorbe du silicium pendant l'opération de soudure. La proportion de manganèse perdu par le métal remplissant la sou= dure peut atteindre 60 ou 70 % et la quantité de silicium absorbé est parfois importante. Dans un grand nombre d'opérations de soudure, ces variations de composition du métal de remplissage de la soudure n'ont pas d'importance ; dans d'autres, elles donnent des résultats défavorables.
Par
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exemple, si la pièce en acier à souder a une teneur en soufre assez forte, par exemple de 0,03 à 0,05 %, ou contient des rubans de soufre, on peut obtenir des soudures non saines, possédant une résistance et une ductilité insuffisantes, si la teneur en manganèse de la soudure est inférieure à 0,4 ou 0,5% environ. Une forte teneur en silicium rend encore plus mauvaises les conditions insuffisantes dues à la faible teneur en manganèse.
On a découvert qu'il était possible de diminuer la perte en manganèse métallique pendant l'opération de soudure, ou la supprimer en employant comme agent de soudure un silicate d'un métal alcalino-terreux contenant de l'oxyde de manganèse en proportions définies et critiques. L'invention a donc pour objet un procédé de soudure électrique des aciers comportant les opérations qui consistent à placer l'une à côté de l'autre une électrode en acier et une pièce en acier sur laquelle du métal doit être déposé, à disposer et à maintenir entre la dite pièce et la dite électrode, et en contact avec elles un flux conducteur, fondu, d'un silicate fusible,
et à faire passer à travers ce flux fondu un courant électrique d'une intensité suffisante pour maintenir sa conductibilité de façon fondre l'électrode progressivement et à provoquer la liaison du métal fondu qui en résulte avec la dite pièce, le flux fondu étant caractérisé en ce qu'il contient une proportion plus forte de silicate d'un métal alcalino-terreux et une proportion plus faible d'oxyde de manganèse. Les proportions avantageuses d'oxyde de manganèse sont comprises entre 4 % et 16 % de l'agent de soudure, la teneur étant calculée pour l'oxyde MnOC et le pourcentage variant en conséquence, si on fait usage d'un autre oxyde de manganèse.
Si le pourcentage en manganèse est- inférieur
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à celui qui correspond à 4 % MnO , la teneur en manganèse du métal de soudure n'est pas influencée d'une manière avan- tageuse et si le pourcentage en manganèse est supérieur à celui qui correspond à 16 % MnO, , les conditions de la soudure sont influencées d'une manière fâcheuse. L'intervalle le plus avantageux est compris entre 8 et 12 % MnO, , et dans la plupart des applications, les meilleurs résultats sont obtenus avec une teneur de 10% MnO.
Outre l'oxyde de manganèse, l'agent de soudure est formé principalement de silicates d'un ou plusieurs métaux alcalino-terreux et contient de préférence du silicate d'a- luminium en proportions correspondant à 1 à 8 % Al2O3.
L'oxyde de manganèse peut être ajouté sous forme d'un silicate de manganèse simplement en mélange mécanique aux autres substances composant l'agent de soudure ; de préférence on le fond avec les silicates précités de façon à. former une substance vitreuse homogène.
La profondeur et la largeur de la pénétration du métal de soudure et la forme de la soudure obtenue peuvent être généralement contrôlées dans une large mesure par l'addition d'un halogénure, tel que le fluorure de calcium.
Mais l'action des halogénures est relativement faible lorsque l'agent de soudure contient de 4 à 16 % MnO ou une proportion équivalente d'autres oxydes du manganèse. D'excellents ré- , sultats ont été obtenus en soudant avec un agent contenant approximativement : 31% CaO, 7% MgO, 46,4% Si02, 4,7% A1203, 0,3% Fe2O3 et 10,6% MnO, sans aucun halogénure. Cependant, si on le désire, on peut ajouter une faible proportion d'un halogénure, par exemple, 5% de fluorure de calcium.
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Des essais ont fait apparaître nettement l'amélioration résultant de l'invention. Par exemple, on a effectué une série de soudures avec des tôles d'acier d'emboutissage, ayant toutes une composition semblable. Dans chaque essai, on a employé une baguette de soudure de la même composition. Les essais étaient différents par la composition de l'agent de soudure ou flux. Le tableau ci-après indique les compositions approximatives des flux respectifs utilisés, les compositions correspondantes du métal de soudure obtenu dans chaque cas et les résultats des essais de traction effectués sur les soudures finies.
Dans la partie du tableau relative aux essais de traction, l'abréviation LE indique la limite élastique mesurée en Kg/mm2, R, la résistance à la rupture mesurée en Kg/mm2, A, l'allongement % mesuré sur 50,8 mm et S, la striction %. Les essais de traction ont été effectués avec des éprouvettes à la traction normales de 12,8 mm de diamètre.
Une composition typique du métal des pièces essayées est la suivante : 0,22% C, 0,37% Mn, 0,02% Si, 0,05% S et la différence étant du fer. L'électrode contenait environ 0,14 % C, 1% Mn et 0,3% Si, le complément étant du fer.
Les électrodes étaient en métal nu, non recouvert de flux.
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Composition du flux
EMI6.1
<tb>
<tb> N <SEP> du <SEP> flux <SEP> @
<tb> flux <SEP> CaO <SEP> MgO <SEP> SiO2 <SEP> A1203 <SEP> CaF2 <SEP> MnO
<tb> 1 <SEP> 30,1 <SEP> 8,5 <SEP> 49,2 <SEP> 4,5 <SEP> 7,5 <SEP> 0
<tb> 2 <SEP> 28,5 <SEP> 8,0 <SEP> 48,5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 4,7
<tb> 3 <SEP> 27 <SEP> 7,4 <SEP> 47 <SEP> 4,6 <SEP> 4,8 <SEP> 8,7
<tb> # <SEP> 4 <SEP> 26,4 <SEP> 9,0 <SEP> 51 <SEP> 4,6 <SEP> 5,3 <SEP> 4,8
<tb> # <SEP> 5 <SEP> 24,6 <SEP> 8,3 <SEP> 48,5 <SEP> 4,3 <SEP> 4,9 <SEP> 9,3
<tb> # <SEP> 6 <SEP> 22,9 <SEP> 7,8 <SEP> 47,8 <SEP> 4 <SEP> 4,6 <SEP> 12,8
<tb> # <SEP> 7 <SEP> 21,5 <SEP> 7,3 <SEP> 47,1 <SEP> 3,8 <SEP> 4,3 <SEP> 16
<tb> 8 <SEP> 27 <SEP> 8,4 <SEP> 49,6 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 9
<tb> 9 <SEP> 27 <SEP> 9,2 <SEP> 52,3 <SEP> 5,4 <SEP> 0 <SEP> 5,
5
<tb> Composition <SEP> du <SEP> métal <SEP> de <SEP> soudure.
<tb>
N <SEP> au <SEP> flux <SEP> Mn% <SEP> Si% <SEP> $C%
<tb> 1 <SEP> 0,45 <SEP> 0,32 <SEP> 0,12
<tb> 2 <SEP> 0,62 <SEP> 0,42 <SEP> 0,15
<tb> 3 <SEP> 0,64 <SEP> 0,45 <SEP> 0,14
<tb> 4 <SEP> 0,51 <SEP> 0,30 <SEP> 0,18
<tb> 5 <SEP> 0,62 <SEP> 0,28 <SEP> 0,15
<tb> 6 <SEP> 0,74 <SEP> 0,27 <SEP> 0,15
<tb> e <SEP> 7 <SEP> 0,85 <SEP> 0,28 <SEP> 0,15
<tb> 8 <SEP> 0,68 <SEP> 0,45 <SEP> 0,15
<tb> 9 <SEP> 0,60 <SEP> 0,53 <SEP> 0,12
<tb>
e Le manganèse a été ajouté sous forme de mélange mécanique de silicate de manganèse.
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N du flux Essais à la traction de la soudure finie
EMI7.1
<tb>
<tb> LE <SEP> 2 <SEP> R <SEP> 2 <SEP> A <SEP> % <SEP> S <SEP> %
<tb> LE <SEP> 2 <SEP> Kg/mm <SEP> 5in
<tb> 1 <SEP> 31,3 <SEP> 42,9 <SEP> 7 <SEP> 18,8
<tb> 2 <SEP> 31,6 <SEP> 50,6 <SEP> 25,5 <SEP> 41,9
<tb> 3 <SEP> 33,0 <SEP> 51,3 <SEP> 27 <SEP> 41
<tb> 4 <SEP> 30,6 <SEP> 47,1 <SEP> 25 <SEP> 38,2
<tb> 5 <SEP> 30,9 <SEP> 48,5 <SEP> 26 <SEP> 41,9
<tb> 6 <SEP> 33,0 <SEP> 48,8 <SEP> 28 <SEP> 49,8
<tb> 7 <SEP> 30,4 <SEP> 49,5 <SEP> 29 <SEP> 51,1
<tb> 8 <SEP> 33,7 <SEP> 50,8 <SEP> 27 <SEP> 43,4
<tb> 9 <SEP> 34,1 <SEP> 50,6 <SEP> 29 <SEP> 51
<tb>
Comme dans tous les procédés de soudure de ce type, il y a avantage à éviter dans le flux la présence de substances dégageant des quantités nuisibles de gaz pendant l'opération de soudure.
L'invention est particulièrement avantageuse pour le cas où on désire obtenir une soudure contenant plus de 0,4% de manganèse, en raison de la forte teneur en soufre, et lorsque la soudure doit être saine ou de forte résistance.
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PATENT OF INVENTION "FLUX FOR ELECTRIC WELDING"
The invention relates to electric welding.
Electric welding processes are characterized mainly by the use of a thick layer or covering of a crushed vitreous material, which covers the region to be welded of the part and in which the end of the electrode is permanently embedded. welding. A relatively intense electric current is passed through the electrode, the layer and the workpiece, so as to melt successive portions of the electrode, the layer and the workpiece, to deposit the molten metal of the electrode and in bonding the deposited metal with the metal of the part, and in maintaining a bath of this molten substance on the molten metal below the surface of the vitreous substance. A quiet layer of crushed, unmelted glassy substance is
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maintained above the bath that it surmounts.
Although strong electric currents are used, no indication of the existence of an arc of the ordinary type is visible from the outside and it is probable that none exists.
In these electrical soldering processes, the chemical composition of the glassy substance or soldering agent has a considerable influence on the quality of the finished solder. A very good quality weld is one which is at least as healthy, strong and ductile as the metal part. Welds with cavities, cracks, cracks or inclusions of slag or whose strength, ductility or toughness are insufficient are not suitable when the necessary level of quality is high. It has been observed that calcium-magnesium-aluminum silicates, preferably containing calcium fluoride, are very suitable for making excellent welds in most steels.
However, it has been found that, under certain conditions, some difficulties are experienced in carrying out a fully satisfactory weld by making use of these mixtures of calcium-magnesium-aluminum silicate with calcium fluoride. Tests have shown that the weld metal deposited through these substances loses manganese and absorbs silicon during the welding operation. The proportion of manganese lost by the metal filling the hard metal can reach 60 or 70% and the quantity of silicon absorbed is sometimes large. In a large number of welding operations, these variations in the composition of the weld filler metal are unimportant; in others, they give unfavorable results.
Through
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example, if the steel part to be welded has a fairly high sulfur content, for example 0.03-0.05%, or contains sulfur ribbons, unsound welds can be obtained, possessing strength and ductility insufficient, if the manganese content of the weld is less than 0.4 or 0.5% approximately. A high silicon content makes the insufficient conditions due to the low manganese content even worse.
It has been found that it is possible to reduce the loss of metallic manganese during the soldering operation, or to eliminate it by employing as soldering agent a silicate of an alkaline earth metal containing manganese oxide in defined proportions. and reviews. The subject of the invention is therefore a method for electrically welding steels comprising the operations which consist in placing a steel electrode and a steel part on which metal is to be deposited, in placing and in maintaining between said part and said electrode, and in contact with them a conductive flux, molten, of a fusible silicate,
and in passing through this molten flux an electric current of sufficient intensity to maintain its conductivity so as to gradually melt the electrode and to cause the bonding of the molten metal which results therefrom with said part, the molten flux being characterized by that it contains a higher proportion of silicate of an alkaline earth metal and a lower proportion of manganese oxide. The advantageous proportions of manganese oxide are between 4% and 16% of the soldering agent, the content being calculated for the MnOC oxide and the percentage varying accordingly, if another manganese oxide is used. .
If the manganese percentage is lower
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to that which corresponds to 4% MnO, the manganese content of the weld metal is not influenced in an advantageous way and if the manganese percentage is higher than that corresponding to 16% MnO,, the conditions of weld are adversely affected. The most advantageous range is between 8 and 12% MnO, and in most applications the best results are obtained with a content of 10% MnO.
In addition to manganese oxide, the soldering agent is formed mainly of silicates of one or more alkaline earth metals and preferably contains aluminum silicate in proportions corresponding to 1 to 8% Al2O3.
The manganese oxide can be added in the form of a manganese silicate simply by mechanical mixing with the other substances composing the soldering agent; preferably it is melted with the aforementioned silicates so as to. to form a homogeneous vitreous substance.
The depth and width of the weld metal penetration and the shape of the resulting weld can generally be controlled to a large extent by the addition of a halide, such as calcium fluoride.
But the action of the halides is relatively weak when the soldering agent contains 4 to 16% MnO or an equivalent proportion of other oxides of manganese. Excellent results have been obtained by soldering with an agent containing approximately: 31% CaO, 7% MgO, 46.4% Si02, 4.7% A1203, 0.3% Fe2O3 and 10.6% MnO, without any halide. However, if desired, a small amount of a halide can be added, for example 5% calcium fluoride.
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Tests have clearly shown the improvement resulting from the invention. For example, a series of welds were made with stamping steel sheets, all of similar composition. In each test, a solder rod of the same composition was used. The tests were different in the composition of the solder or flux. The table below indicates the approximate compositions of the respective fluxes used, the corresponding compositions of the weld metal obtained in each case and the results of the tensile tests carried out on the finished welds.
In the part of the table relating to tensile tests, the abbreviation LE indicates the elastic limit measured in Kg / mm2, R, the tensile strength measured in Kg / mm2, A, the elongation% measured over 50.8 mm and S, the necking%. Tensile tests were carried out with normal tensile specimens 12.8 mm in diameter.
A typical composition of the metal of the parts tested is as follows: 0.22% C, 0.37% Mn, 0.02% Si, 0.05% S and the difference being iron. The electrode contained about 0.14% C, 1% Mn and 0.3% Si, the balance being iron.
The electrodes were bare metal, not covered with flux.
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Flow composition
EMI6.1
<tb>
<tb> N <SEP> of the <SEP> stream <SEP> @
<tb> flux <SEP> CaO <SEP> MgO <SEP> SiO2 <SEP> A1203 <SEP> CaF2 <SEP> MnO
<tb> 1 <SEP> 30.1 <SEP> 8.5 <SEP> 49.2 <SEP> 4.5 <SEP> 7.5 <SEP> 0
<tb> 2 <SEP> 28.5 <SEP> 8.0 <SEP> 48.5 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 4.7
<tb> 3 <SEP> 27 <SEP> 7.4 <SEP> 47 <SEP> 4.6 <SEP> 4.8 <SEP> 8.7
<tb> # <SEP> 4 <SEP> 26.4 <SEP> 9.0 <SEP> 51 <SEP> 4.6 <SEP> 5.3 <SEP> 4.8
<tb> # <SEP> 5 <SEP> 24.6 <SEP> 8.3 <SEP> 48.5 <SEP> 4.3 <SEP> 4.9 <SEP> 9.3
<tb> # <SEP> 6 <SEP> 22.9 <SEP> 7.8 <SEP> 47.8 <SEP> 4 <SEP> 4.6 <SEP> 12.8
<tb> # <SEP> 7 <SEP> 21.5 <SEP> 7.3 <SEP> 47.1 <SEP> 3.8 <SEP> 4.3 <SEP> 16
<tb> 8 <SEP> 27 <SEP> 8.4 <SEP> 49.6 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 9
<tb> 9 <SEP> 27 <SEP> 9.2 <SEP> 52.3 <SEP> 5.4 <SEP> 0 <SEP> 5,
5
<tb> Composition <SEP> of the <SEP> metal <SEP> of <SEP> weld.
<tb>
N <SEP> to <SEP> flow <SEP> Mn% <SEP> If% <SEP> $ C%
<tb> 1 <SEP> 0.45 <SEP> 0.32 <SEP> 0.12
<tb> 2 <SEP> 0.62 <SEP> 0.42 <SEP> 0.15
<tb> 3 <SEP> 0.64 <SEP> 0.45 <SEP> 0.14
<tb> 4 <SEP> 0.51 <SEP> 0.30 <SEP> 0.18
<tb> 5 <SEP> 0.62 <SEP> 0.28 <SEP> 0.15
<tb> 6 <SEP> 0.74 <SEP> 0.27 <SEP> 0.15
<tb> e <SEP> 7 <SEP> 0.85 <SEP> 0.28 <SEP> 0.15
<tb> 8 <SEP> 0.68 <SEP> 0.45 <SEP> 0.15
<tb> 9 <SEP> 0.60 <SEP> 0.53 <SEP> 0.12
<tb>
e Manganese was added as a mechanical mixture of manganese silicate.
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N of flux Tensile tests of the finished weld
EMI7.1
<tb>
<tb> LE <SEP> 2 <SEP> R <SEP> 2 <SEP> A <SEP>% <SEP> S <SEP>%
<tb> LE <SEP> 2 <SEP> Kg / mm <SEP> 5in
<tb> 1 <SEP> 31.3 <SEP> 42.9 <SEP> 7 <SEP> 18.8
<tb> 2 <SEP> 31.6 <SEP> 50.6 <SEP> 25.5 <SEP> 41.9
<tb> 3 <SEP> 33.0 <SEP> 51.3 <SEP> 27 <SEP> 41
<tb> 4 <SEP> 30.6 <SEP> 47.1 <SEP> 25 <SEP> 38.2
<tb> 5 <SEP> 30.9 <SEP> 48.5 <SEP> 26 <SEP> 41.9
<tb> 6 <SEP> 33.0 <SEP> 48.8 <SEP> 28 <SEP> 49.8
<tb> 7 <SEP> 30.4 <SEP> 49.5 <SEP> 29 <SEP> 51.1
<tb> 8 <SEP> 33.7 <SEP> 50.8 <SEP> 27 <SEP> 43.4
<tb> 9 <SEP> 34.1 <SEP> 50.6 <SEP> 29 <SEP> 51
<tb>
As in all welding processes of this type, it is advantageous to avoid in the flux the presence of substances which give off harmful amounts of gas during the welding operation.
The invention is particularly advantageous in the case where it is desired to obtain a weld containing more than 0.4% manganese, due to the high sulfur content, and when the weld must be sound or of high resistance.