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FLUX DIENROBAGE POUR BAGUETTE DE SOUDURE.
La présente invention:, due à Monsieur René D. Wasserman, est relative aux flux d'enrobage de baguettes de soudures utilisées dans la soudure à l'arc électrique.
L'emploi de baguettes de soudure enrobées de flux dans la soudure à l'arc électrique des métaux est entré dans la pratique courante. Les baguettes enrobées de flux ont sur les baguettes nues divers avantages dûe au fait que le revêtement de flux protège le métal fondu des influences atnos- phériques nocives pendant qu'il est soumis aux températures extrêmement élevées de l'arc, qu'il compense les éventuelles pertes de certains éléments d'alliage, améliore et/ou modifie les propriétés métallurgiques de la soudure en lui fournissant un appoint de ferro-alliages appropriés, et stabilise l'arc électrique, perfectionnant ainsi toute l'opération. '
Les flux d'enrobage utilisés doivent posséder, pour remplir convenablement leursfonctions,
toute une combinaison de propriétés diverses.
Ils doivent adhérer solidement à la baguette qu'ils enrobent'..et fondre à une température prédéterminée inférieure à celle requise pour le soudage.
Ces enrobages contiennent d'ordinaire des ingrédients destinés à fermer une enveloppe gazeuse autour de la soudure, enveloppe devant servir à éloigner l'oxygène et l'azote de l'air. Ils contiennent aussi des produits formant des scories pour dissoudre et flotter les oxydes indésirables qui peuvent préexister ou se former dans la soudure. D'autres ingrédients encore peuvent servir à régulariser la coulée du métal composant la soudure, à agir comme désoxydants, à s'allier avec le métal de la soudure ou à stabiliser l'arc. Le revêtement de flux est ainsi destiné à faciliter le soudage et à améliorer les propriétés métallurgiques de la soudure.
On connaît des ingrédients capables de remplir séparément les fonctions sus-mentionnées et des mélanges de ces ingrédients possédant quelques uns des propriétés désirées, mais il n'apas été possible jusqu'à présent de préparer des flux possédant dans une mesure suffisante toutes les propriétés requises. Ceci est dû au fait que fréquemment lorsqu'un ingrédient donné confère au flux une propriété déterminée., il exerce en même temps une
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influence défavorable sur une ou plusieurs autres propriétés désirées du flux. Il faut donc éviter soigneusement d'introduire dans la combinaison tout élément susceptible de porter atteinte aux propriétés métallurgiques de la soudure, par exemple d'en augmenter la porosité ou la friabilité ou d'en abaisser la résistance à la traction.
En outre tous les ingrédients doivent être compatibles les uns avec les autres.
C'est un fait bien connu que les flux d'enrobage développent fréquemment des propriétés indésirables au cours de leur préparation ou au cours de l'enrobage même. Ceci est généralement dû à des réactions chimiques prématurées qui peuvent se produire entre les composants du flux, notamment lorsqu'on l'expose à l'air. Des gaz tels que le bioxyde de carbone se dégagent à l'intérieur du revêtement et les bulles formées rendent le revêtement poreux et inégal et forment des piqûres superficielles. Ces défauts peuvent être la cause de graves difficultés au soudage.
L'invention a pour but de fournir des flux et surtout des flux d'enrobage d'électrodes exempts des défauts sus-mentionnés et susceptibles de réunir toutes les diverses qualités requises pour ces compositions. Les nouveaux flux selon l'invention facilitent grandement le soudage et améliorent les propriétés métallurgiques de la soudure. L'invention se propose en particulier d'empêcher toute réaction chimique prématurée entre les composants du flux pouvant provo quer une perte- des propriétés favorables au soudage. Un autre but encore est d'améliorer les propriétés d'enrobage du flux et d'assurer ainsi la formation de revêtements compacts et uniformes dans toutes les conditions atmosphériques.
Pour réaliser le nouveau flux d'enrobage, on prépare un mélange intime des ingrédients secs et pulvérisés suivants
EMI2.1
<tb>
<tb> matière <SEP> carbonée <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 30 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> sels <SEP> de <SEP> métaux <SEP> alealinoterreux <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 60 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb> silicium <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb> oxydes <SEP> de <SEP> métaux <SEP> lourds <SEP> 2,5 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb> ferre-alliages <SEP> d' <SEP> apport <SEP>
<tb> désoxydants <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 30 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb>
On forme ensuite une composition d'enrobage ayant la consistance appropriée en agitant ce mélange dans une solution aqueuse concentrée d'un silicate soluble contenant des quantités suffisantes pour être efficaces d'un agent mouillant et d'un agent anti-mousse.
Comme source de carbone on emploie, de préférence, de la poudre de graphite. Le rôle de la matière carbonée consiste à agir comme réducteur et a former des oxydes de carbone qui contribuent à former l'enveloppe gazeuse protégeant la soudure pendant sa formation. On a remarqué que le graphite est, de loin, supérieur au charbon;, au charbon de bois et aux autres matières carbonées à cause de son sertie chimique et de sa conductivité thermique élevée alliée à un faible coefficient d'expansion thermique. Le charbon et le de hun de bois tendent à se combiner avec le fer existant dans la soudure pour former des carbures de fer qui facilitent la transformation austénitique par un refroidissement rapide de la soudure, ce qui se traduit par un durcissement notable de la soudure.
Le graphite ne possède cette tendance qu'à un très faible degré et permet, par conséquent, de former des soudures relativement tendres et très résistantes, faciles à usiner. On préfère donc employer la poudre de graphite ou, tout au moins prendre en graphite la majeure partie de la matière carbonée. On a déjà utilisé du graphite dans certains flux pour soudure, mais jamais encore dans des flux contenant les ingrédients précités dans les proportions indiquées.
Les flux selon l'invention contiennent, de préférence, des proportions exceptionnellement fortes de poudre de silicium relativement grossière. Le silicium doit favoriser le flottage des scories et fluidifier le flux
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pendant le soudage. Toutefois, les quantités importantes de silicium finement pulvérisé que l'on utilisait jusqu'à présent ne peuvent plus être mises en oeuvre ici à cause de l'effet extrêmement nocif du phénomène dit Ifgazage" qui provient de la réaction, en présence d'air, entre le silicium et le silicate soluble utilisé comme liant. La mesure dans laquelle cette réaction peut se produire dépend principalement de la surface totale exposée des particules de siliciumetil est évident que plus ces particules de silicium sont fines, plus est grande la surface exposée à la réaction.
Un autre inconvénient des fines particules réside dans le fait qu'elles brûlent beaucoup plus vite pen- dant le soudage et causent ainsi la perte de quantités appréciables de cer- tains constituants métalliques de l'alliage. On prêtre employer de la pou- dre de silicium passant au tamis de 80 mailles et retenue par le tamis de 100 mailles. Sous cette forme relativement grossière, on peut employer suffisam- ment de silicium pour exercer un effet favorable sans, en même temps, produire d'autres effets sensiblement nocifs.
La caractéristique la plus importante de l'invention réside dans l'emploi simultané de petites quantités d'un agent mouillant et d'un agent anti-mousse.
Il est très difficile en pratique d'obtenir des revêtements uniformes et compacts sur des électrodes, spécialement par le procédé à immersion.
Les résultats de l'enrobage sont profondément affectés par la réaction chimique prématurée entre les composants, réaction favorisée par l'exposition à l'air, par les températures élevées et par l'humidité. Des bulles d'air se forment fréquemment à la surface des -revêtements et donnent lieu à des irrégularités d'épaisseur et de densité des enrobages, irrégularités causant des ennuis au soudage en nécessitant l'application de courants plus forts et des températures plus élevées, le tout au détriment de la qualité des soudures obtenues.
On a trouvé qu'il est possible de remédier à la plupart de ces difficultés en ajoutant au flux à la fois un agent mouillant et un agent anti- mousse. Il semble que l'agent anti-mousse supprime l'occlusion d'air dans la masse d'enrobage et que l'agent mouillant facilite la formation rapide d'un revêtement uniforme le long de la baguette.
Ces effets favorables servent à leur tour à réduire au minimum la réaction chimique prématurée et à favo- riser ainsi la formation de revêtements plus denses et plus adhésifs, Quelle que soit l'explication correcte, il n'y a aucun dote que la présence simul- tanée de petites quantités de ces deux agents dans le flux améliore sensiblement la formation du revêtement et les électrodes enrobées ainsi préparées et permet d'utiliser ensemble des matières considérées jusqu'à présent comme incompatibles.
Non seulement les agents anti-mousse et mouillant améliorent l'opération de revêtement des baguettes, mais leur présence semble avoir un effet plastifiant sur le revêtement fini en le rendant moins friable et moins sujet à l'écaillement. Un autre avantage de l'emploi de ces agents est qu'il permet de préparer plus longtemps à l'avance la pâte d'enrobage et de la conserver sans qu'elle, se détériore. Ceci tendrait à prouver la justesse de la théorie émise plus haut, à savoir que ces agents tendent en quelque sorte à empêcher la réaction chimique prématurée entre les composants du flux.
Il est clair que l'agent mouillant et l'agent anti-mousse doivent être compatibles l'un avec l'autre et avec les autres ingrédients du flux, c'est-à-dire qu'ils ne doivent pas réagir avec eux. Quelques simples essais suffisent à s'en assurer. Un agent anti-mousse approprié au but cherché serait le 2-éthyl-hexanol; d'autres agents anti-mousse convenables sont les triamylamines connues .sous la désignation commerciale de "Anti-foam L.F." vendue par Du Pont de Nemours, et "Anti-foam N 25-2 vendu par Hercules Powder C .
On trouve aussi''sur le marché divers agents mouillants convenables, par exemple "Aérosol 25%" de Carbide & Carbon Chemical C , divers "Tergitol" de la même maison, "Triton W-30" de Roehm & Haas, Chemical C et "Intramine" de Synthetic Chemicals Corpo Il suffit de petites quantités de ces produits, on utilise de préférence de 0,25 à 0,75 % en poids (calculé sur le poids total du flux) d'agent anti-mousse et de 0,01 à 0,05% d'agent mouillant. Il est
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facile de déterminer dans chaque cas particulier la quantité optimum de ces deux agents.
Les autres ingrédients entrant dans la composition du flux selon 1-1 invention, sont plus ou moins usuels, mais les proportions adoptées ne le sont pas. Les sels de métaux alcalinolterreux, de préférence les carbonates, ont pour tâche de stabiliser l'arc, de faciliter la formation des scories et de produire l'enveloppe gazeuse protectrice. Les oxydes de métaux lourds sont destinés à faciliter la formation des scories. Les ferro-alliages désoxy- dants tels que le ferro-chrome, le ferro-silioium et les alliages fer-aluminium et manganèse-silicium sont destinés à s'allier au métal formant la soudure pour en augmenter la résistance à la traction et la ténacité, Enfin, le silicate soluble fonctionne comme liant et participe aussi à la formation des scories.
Pour préparer le flux d'enrobage, on opère de préférence comme suit On mélange tout d'abord intimement les divers ingrédients secs at sous forme de poudre. Il convient de contrôler la grosseur des particules, notamment de celles de silicium, comme on l'a fait remarquer plus haut. Le mélange est ensuite agité dans une solution concentrée aqueuse de silicate soluble.
On emploie de préférence une solution de silicarede sodium à 30-32 Baumé en quantité suffisante pour donner à la préparation la consistance pâteuse requise, qui varie suivant l'épaisseur du revêtement à appliquer; en général, on donne à la pâte la consistance de la crème aigre. Cette pâte est appliquée aux électrodes de soudure par n'importe quel procédé approprié, généralement en plongeant l'électrode dans la pâte ou en refoulant la pâte sous pression sur les électrodes. Ces opérations peuvent être répétées, si besoin est avec séchage intermédiaire, pour obtenir l'épaisseur d'enrobage désirée. Les revêtements ainsi obtenus sont exceptionnellement unis, compacts et d'épaisseur uniforme; ils sont exempts de soufflures, de piqûres et autres défauts.
Le flux d'enrobage selon l'invention peut être appliqué à des électrodes de métaux et alliages divers, tels que l'acier, le nickel, le métal Monel, le bronze et les alliages similaires, pour souder une grande variété de métaux et d'alliages tels que la fonte, le bronze, le cuivre, les aciers pour outils, etc.. Les ingrédients spécifiques du flux sont choisis parmi les groupes de matières énumérées plus haut et leurs proportions fixées entre les limites indiquées de façon à obtenir dans chaque application particulière les résultats optima.
Le point de fusion de la composition, les proportions et la nature du ferro-alliage ainsi que d'autres facteurs variables sont choisis de façon à obtenir un résultat optimum pour chaque type de métal constituant la soudure et pour chaque type de métal de base auquel la soudure doit être appliquée.
Exemple 1.
On prépare un mélange intime des ingrédients suivants secs et pulvérulents :
EMI4.1
<tb>
<tb> Graphite <SEP> Kg <SEP> 7,200
<tb> carbonate <SEP> de <SEP> baryum <SEP> " <SEP> 23,175
<tb> silicium <SEP> (grossier) <SEP> Il <SEP> 3,375
<tb> Mn <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> " <SEP> 4,500
<tb> Ferro-chrome <SEP> " <SEP> 2,250
<tb> ferro-silicium <SEP> ti <SEP> 2,250
<tb> alliage <SEP> désoxydant <SEP> " <SEP> 2,250
<tb>
La poudre de silicium a des particules de calibre entre 80 et 100 mailles. L'alliage désoxydant contient 40% de fer, 20% d'aluminium, 20% de manganèse et 20% de silicium.
On prépare un second mélange intime comme suit :
2-1thy1-hexanol gr 56,6
Aerosol 25 % Il 28,3
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solution aqueuse de silicate de sodium à 30 Baume Kg 36.
On ajoute le premier mélange' au second et mélange le tout intimément pour former une pâte homogène semi-fluide qui constitue le flux d'enrobage pouvant être appliqué à des baguettes de soudure en nickel ou métal Monel de la façon habituelle. On obtient des revêtements exceptionnellement unis et compacts, uniformément répartis et d'épaisseur uniforme, exempts de piqûres et d'autres défauts.
Les électrodes enrobées ainsi produites formeront sur la fonte des soudures remarquables par la fluidité du métal, le couvrant de la soudure, le poli du dépôt, la résistance à la traction de la soudure, la stabilité de l'arc électrique et l'absence de toute porosité interne et externe.
Exemple 2..±
On prépare d'abord un mélange intime des ingrédients suivants, secs et réduits en poudre :
EMI5.1
<tb>
<tb> Graphite <SEP> Kg <SEP> 9,000
<tb> carbonate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> " <SEP> 13,500
<tb> silicium <SEP> (grossier) <SEP> " <SEP> 7,875
<tb> oxyde <SEP> de <SEP> plomb <SEP> " <SEP> 9,000
<tb> Mn <SEP> 02 <SEP> " <SEP> 1,125
<tb> Ferro-chrome <SEP> " <SEP> 2,250
<tb> ferro-silicium <SEP> " <SEP> 1,350 <SEP>
<tb> alliage <SEP> désodant <SEP> " <SEP> 0,900
<tb>
La poudre de silicium métallique et l'alliage désoxydant sont identiques à ceux employés dans le premier exemple.
On prépare séparément un second mélange intime des ingrédients suivants :
EMI5.2
2-ethyl-hexanol gr 169,8
EMI5.3
<tb>
<tb> aerosol <SEP> 25% <SEP> " <SEP> 56,6
<tb> silicate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 30 <SEP> Bé <SEP> kg <SEP> '40,500
<tb>
On ajoute le premier mélange au second et agite soigneusement le tout pour former une pâte onctueuse, semi-fluide. Le revêtement obtenu est particulièrement approprie aux baguettes de soudure à base de bronze, de bronze-phosphoreux, de cuivre et alliages de cuivre destinées à souder le cuivre et ses alliages. On obtient des soudures non-poreuses d'excellente qualité.
Exemple3.
On prépare d'abord un mélange intime des ingrédients suivants secs et pulvérulents
EMI5.4
<tb>
<tb> Graphite <SEP> Kg <SEP> 8,100
<tb> carbonate <SEP> de <SEP> baryum <SEP> " <SEP> 24,750
<tb> silicium. <SEP> (grossier) <SEP> " <SEP> 4,500
<tb> Mu <SEP> 02 <SEP> " <SEP> 4,050
<tb> Ferro-chrome <SEP> Il <SEP> 2,250
<tb> ferro-silicium <SEP> " <SEP> 0,900
<tb> alliage <SEP> désoxydant <SEP> " <SEP> 0,450
<tb>
La poudre de silicium métallique et l'alliage désoxydant sont identiques à ceux des exemples 1 et 2.
On prépare séparément un second mélange comme suit :
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EMI6.1
<tb>
<tb> 2-éthyl-hexanol <SEP> gr <SEP> 84,9
<tb> Aérosol <SEP> 25% <SEP> Il <SEP> 42,5
<tb> silicate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 30 <SEP> Bé <SEP> Kg <SEP> 33,750
<tb>
On ajoute le premier mélange au seconde agite à fond le tout pour former une pâte très consistante qui constitue un enrobage approprié pour des baguettes de soudure à base d'acier et d'alliages d'acier qui ainsi revêtues donnent d'excellentes soudures, non-poreuses, unies et facilement usinables.
On peut incorporer d'autresingrédients complémentaires et une partie du graphite peut être remplacé par d'autres matières carbonées.
De même, une partie du carbonate de métal alcalino-terreux peut être remplacé par un autre sel de métal alcalino-terreux, tel que le fluorure.
REVENDICATIONS.
1. - Flux d'enrobage pour baguette de, soudure, caractérisé en ce qu'il contient :
Graphite 10 à 30 parties en poids sel de métal alcalino-terreux 25 à 60 " " " silicium métallique en poudre calibrée 80 à 100 mailles 5 à 20 " n " oxydes de métaux lourds pris parmi un groupe comprenant le bioxyde de manganèse et un mélange de bioxyde de man- ganèse et d'oxyde de plomb 2,5 à 25 " " " ferro-alliages désoxydants 3 à 30 " " " le tout intimement mélangé'avec une solution aqueuse concentrée d'un silicate de métal alcalin contenant des quantités efficaces d'un agent mouillant et d'un agent anti-mousse,
cette solution étant prise en quantité suffisante pour donner au flux d'enrobage une consistance crémeuse à pâteuse.
2. - Flux d'enrobage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la solution de silicate est une solution aqueuse de silicate de sodium de 30 à 32 Baume.