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PERFECTIONNEMENTbAU SOUDAGE A L'ARC AVEC L'ELECTRODE CONTINUE.
La présente invention, concerne le soudage électrique à l'arc des métaux avec électrode consommable; elle a trait plus particulièrement à des perfectionnements au soudage avec fil électrode avançant automatiquement vers la zone de fusion. Le procédé le plus usuel utilisant un tel fil emploie une densité normale de courant et exige un enrobage épais sur l'électrode pour protéger le métal de l'oxydation. La présence de cette quantité importante d'enrobage rend difficile l'amenée de courant à l'électrode. D'autre part, un gros fil est difficile à utiliser dans des positifs automatiques d'alimentation.
Dans d'autres procédés, on a utilisé un fil nu et 'on remplace l'enrobage épais par un flux en poudre placé sur la pièce à souder ce qui présente l'inconvénient de ne pouvoir souder qu'à plat.. car le flux doit tenir par l'effet de la gravité. On connaît aussi un procédé utilisant une forte densité de courant et un fil électrode nu protégé par un gaz inerte. Ce procédé est relativement coûteux et par suite pratiquement limité au soudage de certains métaux pouf lesquels le prix du métal ou la qualité de la soudure obtenue compensent la dépense relativement élevée.
De plus, le gaz inerte à pour seul effet de protéger le métal de l'action de l'atmosphère et n'a sur la soudure aucun des effets favorables au point de vue métallurgique des flux ou enrobages.
Suivant l'invention, on conserve les avantages des procédés connus et on évite dans une large mesure leurs inconvénients en utilisant une densité de courant dans l'électrode comprise entre 230 et 930 ampères par millimètre carré et une électrode comportant un enrobage disposé dans des cavités de celle-ci, laissant au moins une partie de la surface extérieure du métal nu,pour l'amenée de courant à ladite électrode, la vitesse d'avancement du fil étant de préférence constante et comprise entre 5 mètres et 30 mètres à la minute.
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Suivant l'invention on a aussi découvert qu'une électrode de ce type utilisée avec une forte densité de courant doit remplir certaines conditions. La section droite totale des fils constituant l'électrode est comprise entre 0,3 et 6,5 millimètres carrés. Les fils ont un axe commun de symétrie. Ils doivent avoir des diamètres sensiblement égaux.
Le pas de la torsade est compris entre 1,3 et 7 fois le diamètre moyen de l'un des fils. Ce faible pas de la torsade est rendu possible par le procédé suivant l'invention avec lequel on peut utiliser une électrode ayant moins d'enrobage qu'une électrode utilisée dans les conditions de soudage usuelles. Ceci présente l'avantage que pour un pas assez court de la trosade, l'arc ne tourne pas et les projections de métal sont réduites.
La valeur donnée au pas de la torsade détermine la proportion d'enrobage fixée à l'électrode. L'électrode doit évidemment être assez rigide pour pouvoir être poussée à travers le dispositif de guidage et d'amenée de courant.
On constate le résultat inattendu que dans ces conditions, l'électrode supporte un courant compris entre 100 et 2000 ampères sans qu'il se produise une rotation de l'arc et sans projections de métal; l'électrode ainsi constituée est capable de supporter une densité de courant de 230 à 900 ampères par millimètre carré. On peut utiliser du courant continu de polarité directe ou inverse, ou du courant alternàtif.
Un autre avantage du procédé suivant l'invention est la vitesse de fusion c'est-à-dire le poids de métal fondu par ampère et par seconde, qui peut atteindre deux fois et demie la vitesse normale.
Ni la forte¯densité de courant seule, ni l'enrobage seul ne donnent des valeurs aussi élevées de la vitesse de fusion. Alors que dans le soudage à l'arc normal le poids du flux dans une électrode est toujours supérieur à 12% du poids de l'àme, on a découvert suivant l'invention que des résult ats analogues peuvent être obtenus avec une quantité moins grande d'enrobage par la combinaison d'une électrode avec enrobage et d'une grande densité de courant. La quantité d'enrobage est inférieure à 15% et de préférence comprise entre 2% et 10%.
La vitesse d'avance de l'électrode peut être maintenue constan- te, et est de préférence comprise entre 5 et 30 mètres à la minute. Cette vitesse doit être réglée de façon que la tension de l'arc, c'est-à-dire la tension mesurée entre l'amenée de courant à l'électrode et la pièce, soit comprise entre 30 et 40 volts environ, valeurs en dehors desquelles il se produit des projections et des crachements.
Dans le cas du soudage d'acier ordinaire, par exemple, l'électrode est constituée de plusieurs fils torsadés en hélice. Dans le cas de deux fils, de diamètre d, le pas P est d'environ 1,6 d. Un flux est disposé dans les intervalles. L'électrode est fabriquée en torsadant les fils et en les faisant passer dans un dispositif à boudiner dans lequel le flux est appliqué. On utilise par exemple des fils en acier doux à 0,10 à 0,15% de carbone et 0,3à 0,5 % de manganèse, d'un diamètre de 0,75 millimètre. Au cours de la fabrication de la torsade,les fils sont déformés, de sorte que leurs surfaces en contact sont aplaties et que les fils se touchent sur une assez grande surface ce qui présente l'avantage de les rapprocher l'un de l'autre.
On peut utiliser un flux dans la proportion de environ 7% en poids du poids du fil d'un flux dit semi-volatil, ayant la composition suivante :
Produits volatils .......... 10 à 20 % Oxydes..................... 30 à 40 %
Silicates.................. 30 à 40 %
Ferro-alliages............. moins de 10 % L'enrobage n'est pas uniquement composé de constituants minéraux car il doit résister à'la flexion du fil sans craquer ni se décoller. Avec les fortes densités de courant utilisées il n'est pas utile d'ajouter un produit ionisant.
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L'électrode qui vient d'être décrite est utilisée avec une inten- sité de 240 ampères et une vitesse d'alimentation de 6m85 à la minute, ce qui fait une densité de courant de 265 ampères par millimètre carré.
Dans ce procédé de soudage les flux ne se comportent pas exac- tement de la même façon que dans le soudage manuel avec des électrodes enrobées. Par exemple, la plupart des flux qui donnent de bons résultats en soudage manuel avec faible densité de courant produisent des projections importantes de métal qui sans affecter la qualité de la soudure sont par- fois gênantes pour l'opération. Certains flux, d'autre part n'adhèrent pas suffisamment à l'électrode qui est soumise à diverses flexions au cours de son passage à travers les dispositifs d'entraînement du fil et d'amenée de courant à l'électrode.
Suivant une autre caractéristique de l'invention on évite ces inconvénients et on a trouvé que les meilleurs résultats sont obtenus par un enrobage qui comprend : a) au moins 15% de produits métalliques en poudre, comportant au moins un composé de manganèse et comportant éventuellement une poudre métallique de même nature que làme de l'électrode, b) 10 à 20% d'un silicate pesé sous forme sèche notamment de silicate de soude; l'enrobage contenant éventuellement en outre : a) 60% àu maximum de matières minérales et b) 15 % au maximum de matières organiques.
Les matières minérales ci-dessus sont celles usuelles dans les enrobages, à savoir : rutile, talc, kaolin, argile, etc...
Les matières organiques sont composées en général de produits cellulosiques.
On indiquera ci-dessous diverses formules d'enrobages conformes à la définition indiquée ci-dessus.
Un exemple d'enrobage donnant de bons résultats comporte : Ferromanganèse 16,5% rutile 32,5%., talc 9%, kaolin 9,5 %, carbonate de chaux 4,1%, cellulose 12,3%, silicates 16,1%. Cet enrobage est facile à préparer et à appliquer; malgré des projections de métal lors du soudage, le métal déposé a dé très bonnes qualités mécaniques et notamment une résilience de 11,5 kilogrammes mètre par mm carré.
L'enrobage suivant donne très peu de crachements et un excellent métal déposé, : il comporte 53,9 % de métal en poudre de composition analogue à l'âme de l'électrode, 35,9% de silicomanganèse et 10% de silicate, un autre enrobage comporte 20,6% de métal en poudre, 19 % d'alliages en poudre et 35,3 % de matières minérales, 7,4 % de matières organiques et 17,7% de silicates. Cet enrobage donne d'excellentes soudures avec très peu de projections de métal.
L'enrobage suivant adhère mieux à l'électrode : il comporte 20 % de métal en poudre de composition analogue à l'àme de l'électrode, 19 % de ferro ou silico manganèse en poudre, 35,3 % de matières minérales 7,4 % de matières organiques et 17,7% de silicates.
Ces enrobages donnent le résultat particulièrement intéressant de donner avec de l'acier faiblement allié des soudures dont les qualités mécaniques sont analogues à celles obtenues avec des électrodes dites fortement enrobées c'est-à-dire comportant une proportion d'enrobage par rapport au poids d'un métal de l'àme au moins égale à 15%.
Suivant une variante de l'invention, l'électrode est formée d' un seul fil comportant des cannelures dans lesquelles un enrobage est déposé, la surface extérieure du métal entre les cannelures restant nue pour l'amenée de courant à l'électrode. Ces cannelures sont parallèles à l'axe du fil.
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Le soudage dans les conditions décrites ci-dessus peut aussi être effectué avec un courant de gaz inerte protégeant l'arc et le métal fondu.
REVENDICATIONS
1 ) Procédé de soudage à l'arc entre une électrode en forme de fil avançant de façon continue vers la zone de fusion et une pièce, caractérisé en ce que l'on utilise une densité de courant dans l'électrode comprise entre 230 à 930 ampères par millimètre carré et une électrode comportant un enrobage disposé dans des cavités de celle-ci, laissant au moins une partie de la surface extérieure du métal nu, pour l'amenée de courant à ladite électrode, la vitesse d'avancement du fil étant de préférence constante et comprise entre 5 mètres et 30 mètres à la minute.
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ADVANCED ARC WELDING WITH CONTINUOUS ELECTRODE.
The present invention relates to electric arc welding of metals with a consumable electrode; it relates more particularly to improvements in welding with an electrode wire advancing automatically towards the fusion zone. The most common method using such a wire employs normal current density and requires a thick coating on the electrode to protect the metal from oxidation. The presence of this large amount of coating makes it difficult to supply current to the electrode. On the other hand, a heavy wire is difficult to use in automatic positive feeds.
In other processes, a bare wire was used and the thick coating is replaced by a powdered flux placed on the part to be welded, which has the disadvantage of only being able to weld flat .. because the flux must hold by the effect of gravity. A method is also known using a high current density and a bare electrode wire protected by an inert gas. This process is relatively expensive and therefore practically limited to the welding of certain metals for which the price of the metal or the quality of the weld obtained compensate for the relatively high expense.
In addition, the inert gas has the sole effect of protecting the metal from the action of the atmosphere and has none of the favorable effects on the weld from the metallurgical point of view of the flows or coatings.
According to the invention, the advantages of the known methods are retained and their drawbacks are largely avoided by using a current density in the electrode of between 230 and 930 amps per square millimeter and an electrode comprising a coating arranged in cavities. thereof, leaving at least part of the outer surface of the bare metal, for supplying current to said electrode, the speed of advance of the wire being preferably constant and between 5 meters and 30 meters per minute .
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According to the invention, it has also been discovered that an electrode of this type used with a high current density must fulfill certain conditions. The total cross section of the wires constituting the electrode is between 0.3 and 6.5 square millimeters. The wires have a common axis of symmetry. They must have substantially equal diameters.
The pitch of the twist is between 1.3 and 7 times the average diameter of one of the wires. This small pitch of the twist is made possible by the method according to the invention with which it is possible to use an electrode having less coating than an electrode used under the usual welding conditions. This has the advantage that for a fairly short pitch of the trosade, the arc does not turn and metal projections are reduced.
The value given to the pitch of the twist determines the proportion of coating attached to the electrode. The electrode must obviously be rigid enough to be able to be pushed through the guide and current supply device.
We see the unexpected result that under these conditions, the electrode withstands a current between 100 and 2000 amperes without the occurrence of a rotation of the arc and without metal projections; the electrode thus formed is capable of withstanding a current density of 230 to 900 amperes per square millimeter. Direct current of direct or reverse polarity, or alternating current can be used.
Another advantage of the process according to the invention is the melting speed, that is to say the weight of molten metal per ampere and per second, which can reach two and a half times the normal speed.
Neither the high current density alone nor the coating alone gives such high values of the melting rate. While in normal arc welding the weight of the flux in an electrode is always greater than 12% of the weight of the core, it has been found according to the invention that similar results can be obtained with a smaller amount. coating by the combination of an electrode with coating and a high current density. The amount of coating is less than 15% and preferably between 2% and 10%.
The advance rate of the electrode can be kept constant, and is preferably between 5 and 30 meters per minute. This speed must be adjusted so that the arc voltage, that is to say the voltage measured between the current supply to the electrode and the part, is between approximately 30 and 40 volts, values in outside of which there are projections and spitting.
In the case of welding of ordinary steel, for example, the electrode consists of several wires twisted in a helix. In the case of two wires, of diameter d, the pitch P is approximately 1.6 d. A flow is arranged in the intervals. The electrode is made by twisting the wires and passing them through a coiled device in which the flux is applied. For example, mild steel wires containing 0.10 to 0.15% carbon and 0.3 to 0.5% manganese, with a diameter of 0.75 millimeter, are used. During the manufacture of the twist, the threads are deformed, so that their contacting surfaces are flattened and the threads touch each other over a fairly large area which has the advantage of bringing them closer to each other .
It is possible to use a flux in the proportion of approximately 7% by weight of the weight of the yarn of a so-called semi-volatile flux, having the following composition:
Volatile products .......... 10 to 20% Oxides ..................... 30 to 40%
Silicates .................. 30 to 40%
Ferroalloys ............. less than 10% The coating is not only composed of mineral constituents because it must resist the bending of the wire without cracking or peeling off. With the high current densities used, it is not useful to add an ionizing product.
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The electrode which has just been described is used with an intensity of 240 amperes and a supply speed of 6m85 per minute, which makes a current density of 265 amps per square millimeter.
In this welding process the fluxes do not behave in exactly the same way as in manual welding with coated electrodes. For example, most of the fluxes which give good results in manual welding with low current density produce large projections of metal which without affecting the quality of the weld are sometimes inconvenient for the operation. Certain fluxes, on the other hand, do not adhere sufficiently to the electrode which is subjected to various bends during its passage through the devices for driving the wire and for supplying current to the electrode.
According to another characteristic of the invention, these drawbacks are avoided and it has been found that the best results are obtained by a coating which comprises: a) at least 15% of powdered metal products, comprising at least one manganese compound and optionally comprising a metal powder of the same nature as the core of the electrode, b) 10 to 20% of a silicate weighed in dry form, in particular sodium silicate; the coating possibly additionally containing: a) 60% maximum mineral matter and b) 15% maximum organic matter.
The above mineral materials are those customary in coatings, namely: rutile, talc, kaolin, clay, etc.
Organic matter is generally composed of cellulose products.
Various coating formulas conforming to the definition indicated above will be indicated below.
An example of a coating giving good results comprises: Ferromanganese 16.5% rutile 32.5%., Talc 9%, kaolin 9.5%, lime carbonate 4.1%, cellulose 12.3%, silicates 16, 1%. This coating is easy to prepare and apply; despite metal projections during welding, the deposited metal has very good mechanical qualities and in particular a resilience of 11.5 kilograms meter per square mm.
The following coating gives very little spitting and an excellent deposited metal: it comprises 53.9% of powdered metal of composition similar to the core of the electrode, 35.9% of silicomanganese and 10% of silicate, another coating comprises 20.6% powdered metal, 19% powdered alloys and 35.3% minerals, 7.4% organic materials and 17.7% silicates. This coating gives excellent welds with very little metal spatter.
The following coating adheres better to the electrode: it comprises 20% of powdered metal of composition similar to the core of the electrode, 19% of powdered ferro or silico manganese, 35.3% of mineral matter 7, 4% organic matter and 17.7% silicates.
These coatings give the particularly advantageous result of giving, with low-alloy steel, welds whose mechanical qualities are similar to those obtained with so-called strongly coated electrodes, that is to say comprising a proportion of coating relative to the weight. of a core metal at least equal to 15%.
According to a variant of the invention, the electrode is formed from a single wire comprising grooves in which a coating is deposited, the outer surface of the metal between the grooves remaining bare for supplying current to the electrode. These grooves are parallel to the axis of the wire.
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Welding under the conditions described above can also be carried out with a stream of inert gas protecting the arc and the molten metal.
CLAIMS
1) Arc welding process between a wire-shaped electrode advancing continuously towards the melting zone and a workpiece, characterized in that a current density is used in the electrode of between 230 to 930 amperes per square millimeter and an electrode comprising a coating disposed in cavities thereof, leaving at least part of the outer surface of the bare metal, for the supply of current to said electrode, the speed of advance of the wire being preferably constant and between 5 meters and 30 meters per minute.
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