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La présente invention concerne la soudure à l'arc élec trique de' l'acier et plus spécialement un procédé de soudure de ce genre utilisant une électrode métallique consumable pour la production de l'arc.
On cherche depuis longtemps un procédé de soudure à l'arc de métaux à électrode en forme de baguette avançant de façon continue vers la zone de fusion, à arc visible et à zone de fusion constante, l'arc et la zone de fusion pouvant être facilement protégés et soumis à raffinage.
Un procédé connu de ce genre utilise une électrode nue continue alimentée et enfoncée dans la zone de fusion sous une cou- che d'une composition de soudure granuleuse qui fond et recouvre
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l'extrémité de l'électrode et le métal de soudure en fusion, qui sont ainsi protégés et soumis à raffinage. Ce procédé est connu sous le nom de "procédé de soudure à métal en fusion noyé" et est décrit et revendiqué dans le brevet américain n 2043960. Quoique ce procédé produise des soudures ayant de bonnes qualités physiques à bas prix (surtout en cas de soudure automatique), le manque de visibilité de la masse en fusion limite les possibilités de ce procède dans le cas de la soudure à la main.
Plusieurs autres procédés de soudure à avancement contint). de l'électrode ont été proposés. Certains de ces procédés exigent l'utilisation d'électrodes avec une âme de décapant. D'autres prévoient des revêtements appliqués de façon à permettre le passage du courant électrique vers le fil revêtu. Dans tous ces procédés, l'électrode est très. coûteuse et il est difficile d'obtenir des soudures satisfaisantes.
Le procédé de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz a été mis au point dans le but d'obtenir un procédé qui ne soit pas limité à la soudure horizontale et dans lequel l'arc et la zone de fusion soient visibles. Ce procédé consistait à faire avancer une électrode sous la forme d'unebaguette nue continue vers la zone de soudure tout en protégeant simultanément'la zone de l'arc et la masse de soudure par un gaz inerte relativement à la masse de soudure.
Ces anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz permettent difficilement d'obtenir des conditions de soudure stables, si on utilise une source de courant de soudure continu à polarité directe ou du courant alternatif. Les anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d' un gaz sont limités, au point de vue rendement, principalement à l'utilisation de sources de courant continu de soudure.à polarité inverse. On sait depuis longtemps qu'en soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, le dépôt de métal (kilogs de métal déposé par heure) pourrait être plus élevé dans le cas de sources de
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courant continu à polarité directe, si on pouvait trouver un procédé donnant une bonne stabilité à l'arc dans les conditions considérées.
Ce procédé est encore limité à un autre point de vue en ce que, si l'arc et la masse en fusion sont convenablement protège contre les contaminations de l'atmosphère, il n'est pratiquement pas possible d'ajouter à la masse de soudure un décapant, un produit de-raffinage ou un métal d'alliage, en cas de nécessité, sans avoir recours à des baguettes de soudure spécialement traitées qui sont très coûteuses.
En outre, avec ces anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, il n'est pas possible de protéger convenablement le métal déposé contre l'air atmosphérique durant la solidification finale et le refroidissement ; faut uti- liser de grandes quantités'de gaz relativement coûteux comme l'argon, et il n'est pas possible de régler la vitesse de refroidissement du métal de soudure de manière à diminuer la porosité et à améliorer les propriétés mécaniques; il est impossible d'ajouter des alliages spéciaux autres que ceux présents dans l'électrode et il n'est pas possible, si on n'a pas recours à des baguettes-électrodes spécialement traitées, d'utiliser du CO2 comme gaz de protec tion sans éclaboussures exagérées.
L'invention a pour but principal de procurer un procédé de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, dans lequel les caractéristiques d'arc avantageuses dues à la protection par un gaz soient conservées et dans lequel la protection de la masse de soudure soit en outre assurée ainsi que, si on le désire, le décapage, le raffinage et l'alliage de cette masse.
L'-invention a aussi pour but de procurer un procédé de soudure de métaux à l'aide d'un arc protégé, qui permette le dépôt de métal de soudure sous une forte densité de courant et un fort dé bit de métal afin de produire une soudure de résistance mécanique voulue et à faible porosité, avec des débits de gaz notablement plus
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faibles que ceux requis dans les anciens procédés de soudure à l'are sous la protection d'un gaz.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description donnée ci-après.
La présente invention procure un procédé de soudure caractérisé en ce qu'un courant primaire de gaz de protection de forme annulaire est débité autour de l'électrode de façon à protéger l'arc et la zone de fusion contre les contaminations de l'atmosphère et en ce qu'un courant de gaz secondaire véhiculant une composition de-soudure granuleuse est introduit dans la-zone de fusion immédiatement derrière l'arc, en vue du décapage, du raffinage et d'une protection supplémentaire de la zone de fusion.
Il a été constaté que, si on introduit une composition de soudure granuleuse d'une façon quelconque dans la zone de fusion au point que celle-ci atteigne le plasma de l'arc, il s'ensuit une tendance de l'arc à l'instabilité.- En outre, la partie de cette composition de soudure qui se dépose à l'avant et sur les côtés de l'arc est généralement perdue du point de vue du décapage, du raffinage ou de la protection de la zone de fusion. Si on introduit donc la composition de soudure granuleuse dans la zone de fusion immédiatement à l'arrière de l'arc, cette composition est utilisée au mieux et elle n'influence pas défavorablement la stabilité de l'arc. ,.
L'introduction de la composition de soudure granuleuse dans la zone de soudure à l'arrière et aussi près que possible de l'arc sans déranger le plasma de 1-'arc, a pour résultat un meilleur rendement de transfert du :..étal, une meilleure stabilité d'arc et une meilleure forme du cordon de soudure. Le courant véhiculant cette composition de soudure est introduit, de préférence, de façon uniforme sur toute la largeur du cordon de soudure de manière à couvrir régulièrement toute la zone de fusion.
L'accroissement du rendement du transfert du métal dû au procédé de la. présente invention comparativement aux anciens procé-
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dés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, est particulièrement important.
Jusqu'ici, les procédés de soudure sigma à polarité directe avec l'électrode négative n'ont pas été intéressants pour la soudure "fixe" à cause du faible rendement de transfert du métal, de l'irrégularité du transfert du métal, de l'instabilité de l'arc et de la forte comsommation de métal d'apport. Ces inconvénients ont été- partiellement supprimés en ajoutant de l'oxygène à l'argon pur constituant le gaz de protection (de l'argon contenant 5% d' oxygène par exemple) . De cette manière, le transfert de métal peut être augmenté d'environ 30% et la stabilité d'arc peut être améliorée.
Avec le procédé de l'invention introduisant une composition.de soudure granuleuse à l'arrière de l'arc, le rendement de transfert du métal dans le cas de la soudure à pola. rité directe a été augmenté de 80% par rapport aux anciens procédés de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz utilisant des conditions de soudure semblables. Le rendement de transfert du métal est aussi fortement augmenté grâce au procédé de la présente invention, dans le cas de la soudure à polarité inverse.
L'unique figure du dessin annexé représente schématiquement les appareils nécessaires à la mise en pratique du procédé de l'invention. Comme représenté, un fil ou baguette de soudure en acier 10 se déroule d'un rouleau de fil 12 sous la commande de déroulement 14 entraînée par un moteur à vitesse variable 16 et à travers un porte-électrode 18 dans la..direction d'une pièce à souder 20. Un câble d'alimentation 22 pénètre dans le porte-électrode 18 où il alimente la baguette 10, tandisqu'un câble semblable (non représenté) . est relié à la pièce à souder 20 de façon à compléter le circuit du courant de soudure. Un câble de commutation 24 est relié à la gâchette 26 du porte-électrode 18 et commande l'alimentation du circuit de soudure.
De l'eau courante de refroidissement circule dans le porte-électrode 18 par une tuyauterie d'entrée
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28 et une tuyauterie de sortie 30 qui entoure le câble d'alimenta- tion 22. Les zones d'arc et de soudure sont protégées par un courant de.gaz introduit dans le porte-électrode par une conduite 31 et ressortant concentriquement autour de l'électrode. De la matière granuleuse pulvérulente 32 est véhiculée jusqu'au porte-électrode 18 par un courant de gaz dans une conduite 34. La poudre est mise en suspension dans le courant de gaz véhiculaire à l'intérieur d' un distributeur de poudre 36 comprenant une trémie fermée 38 conte- nant la poudre 32.
Un collecteur 40 monté sur ressorts 42 est mis électriquement en vibration de façon à faire avancer la poudre par la conduite 44 dans le courant des gaz véhiculaires passant dans la conduite 46 qui est en communication avec la conduite 34 du porte- électrode 18. L'intérieur de la trémie au-dessus de la charge de poudre 32 est mis à la pression du gaz véhiculaire par la tuyaute- rie 48 du distributeur 36. Ce distributeur est du type décrit et revendiqué dans le brevet américain n 2.533.331.
Quand la baguette 10 est mise en contact avec la pièce à souder 20 pour amorcer l'arc 50 et commencer l'opération de soudure du gaz de protection est débité de l'ajutage autour de la baguette 10 de façon à entourer l'arc d'une enveloppe de gaz de protection 52. La poudre introduite dans le porte-électrode 18 par la conduite 34 traverse la conduite 54 à l'intérieur -du porte-électrode et est débitée dans la zone de fusion 56 à un endroit immédiatement à l' arrière de l'arc .(le côté de l'arc opposé au sens d'avancement de la soudure), constituant ainsi une couche de scorie en fusion pro- tégeant la zone'de soudure.
Dans un exemple de réalisation du procédé de l'invention, on utilise un appareil du type représenté au dessin annexé pour souder de l'acier avec du fil d'acier CMS n 32 d'un diamètre de 1,6 mm et avec un mélange gazeux de protection composé de 95% d'argon et'5% d'oxygène.
La composition de soudure granuleuse pul- vérulente est mise en suspension dans un courant de gaz véhiculaire ayant un débit de 85 litres/heure et ayant la même composition. que
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le gaz de protection utilisé ; est introduit, par un tube @ un. diamètre extérieur de 6,4 mm, dans la zone de soudure à un endroit immédiatement à l'arrière de l'arc,ce dernier étant protégé par un courant de 95% d'argon et 5% d'oxygène ayant un débit horaire de 700 litres . La soudure est faite en une passe avec 360 ampères sous 27 volts, courant continu et polarité inverse; l'arc obtenu est stable et le cordon de soudure est lisse et bien formé.
Dans un autre exemple de réalisation du procédé de l'in- vèntion un appareil semblable est utilisé pour souder de l'acier avec un fil d'acier de soudure CMS n 32 d'un diamètre de l,18 mm.
Le gaz de protection utilisé se compose de 95% d'argon et 5% d' oxygène et le débit gazeux horaire est de 1132 litres. La. composition de soudure granuleuses pulvérulente est mise en suspension dans un courant gazeux véhiculaire de la Blême composition que le gaz de protection, et la poudre fluidifiée est introduite dans la zone de soudure à un endroit immédiatement à l'arrière de l'arc par un tube d'un diamètre extérieur de 1/4 pouce 6,4 mm, le débit du gaz étant de 425 litres/heure et le débit de poudre étant 4,54 kg/heure. La soudure est faite en une passe, en position verticale,avec un courant de 185 ampères sous 30 volts, courant continu et polarité directe.
Des photographies prises dans ces condi- tions à une vitesse de 10.000 images/seconde permettent d'observer le phénomène qui assure la stabilité de l'arc pendant la soudure.
Le tableau suivant résume les données relatives à une soudure d'acier par courant continu à polarité directe et mouvement vertical ascendant pour trois opérations de soudure suivant le procédé de la présente invention et trois opérations de soudure utilisant l'ancien procédé courant de soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz.
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EMI8.1
<tb>
<tb>
Amp. <SEP> Volts <SEP> Gaz <SEP> de <SEP> débit <SEP> Gazeux <SEP> Matière <SEP> Rendement
<tb> protection <SEP> Iit/H <SEP> d'addition <SEP> de <SEP> transfert <SEP> du
<tb>
EMI8.2
¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ - mr:ta1 +
EMI8.3
<tb>
<tb> 190 <SEP> 28 <SEP> A <SEP> 1132 <SEP> Camp. <SEP> de <SEP> 60%
<tb> soudure
<tb>
EMI8.4
185 30 95ijA-5 OZ 1132 Il 80%
EMI8.5
<tb>
<tb> 200 <SEP> 33 <SEP> He <SEP> 1700 <SEP> " <SEP> 95%
<tb> 275 <SEP> 30 <SEP> A <SEP> 1132 <SEP> rien <SEP> 0 <SEP> %
<tb>
EMI8.6
265 31 95iA-5;0 1132 rien 30%
EMI8.7
<tb>
<tb> 250 <SEP> 36 <SEP> He <SEP> 1700 <SEP> rien <SEP> 0 <SEP> %
<tb>
N. B. La Composition, de soudure est ajoutée à raison de
4,54 kg/heure. Le fil utilisé est un CMS n 32 d'un diamètre de 1,18 mm.
+ Le rendement de transfert du métal représente le pourcentage de métal transféré qui atteint la tôle.
Comme le montra ce tableau, 1' introduction d'une com- position de soudure granleuse dans la zone de soudure à un en- droit immédiatement à l'arrière de l'arc suivant le procédé de la présente invention, augmente le pourcentage de métal d'électrode. transféré dans la pièce à souder d'une valeur comprise entre 0 et 30% à une valeur comprise entre 60 et 95% dans le cas de composi- tions de gaz de protection et de débits semblables. Il va de soi que les compositions de soudure granuleuses pulvérulentes utilisées dans le procédé de la présente invention peuvent consister en toute composition de soudure solide granuleuse 'convenable semblable à la composition contenant du silicate utilisé dans le procédé de soudure à métal en fusion noyé et à composition solide.
Des désoxy- dants ou d'autres agents d'alliage modifiant la soudure peuvent ê- tre ajoutés à volonté aux compositions de soudure.
Les compositions de soudure utilisées dans la technique de la soudure à l'arc protégé avec composition solide comprennent généralement, comme ingrédients principaux, un constituant conte- nant du silicate et produisant une scorie, capable de former une couche protectrice en fusion servant à protéger et à conformer la masse de soudure, et un halogénure métallique servant à rendre é- lectriquement conductrice la scorie formée par le constituant pro-
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duisant la scorie de la composition de soudure.
Certains des-' composés qui ont été utilisés avec succès -dans le constituant pro- duisant la scorie sont les suivants : bioxyde de titane, l'oxyde manganeux, l'oxyde ferreux, la silice (sous la forme d'un silicate en combinaison avec au moins un des oxydes énumérés), l'oxyde de calcium, l'oxyde de magnésium, la zircone, l'oxyde de potassium, l'oxyde de sodium, l'oxyde de lithium, l'oxyde de baryum et l'oxyde de strontium. Certains des halogénures utilisés avec succès cornue constituants donnant de la conductibilité électrique sont les suivants: le fluorure de sodium et aluminium, le fluorure de po- tassium et de silicium, le fluorure de calcium, et le fluorure de titane et de calcium.
Il est souvent utile aussi d'inclure dans la composition de soudure des constituants qui sont transférés dans la matière d'apport pendant l'opération de soudure et apparaissent dans la soudure résultante en en modifiant les propriétés, par exemple le ferro-manganèse, le f.erro-silicium, le ferro-chrome, le molybdate de calcium, le carbone ou des composés chimiques réductibles de ce dernier, etc.
La dimension des grains de la composition de soudure granuleuse utilisée peut varier fortement, les limites étant détermi- nées par les dimensions dés endroits de passage de la poudre dans l'appareillage et la faculté de dispersion et de suspension des poudres dans le courant de gaz véhiculaire.
Le milieux gazeux de protection utilisé dans le procédé de la présente invention peut comprendre de façon générale tout gaz de protection utilisé auparavant dans la soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz, comme l'argon,Phélium, l'anhydride carbonique ou des mélanges de ceux-ci, avec ou sans de petites quantités d'oxygène pouvant atteindre au maximum environ 15%.
De même, le gaz véhiculaire utilisé dans le procédé de la présente invention peut consister de façon générale en tout gaz utilisé auparavant en soudure à l'arc de métaux sous la protection d'un gaz et peut être identique à ou différent de la composition
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gazeuse utilisée pour la protection de l'arc.
La composition moyenne, paranalyse approchée, de la composition de soudure granuleuse utilisée dans lesopérations de soudure des exemples et du tableau précités, est la suivante :
CaO + BaO 22,5%
CaF2 5,5%
SiO2 37,5%
A12O3 14,5% MgO 11,25%
MnO 7,25% avec : BaO 2,0% Max.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de soudure à l'arc de métaux dans lequel on établit un arc de soudure entre une électrode fusible en acier et une pièce à souder en acier, on fait avancer l'électrode vers, la pièce à souder pour entretenir l'arc, et on protège l'arc à 1' aide d'un courant gazeux de protection, caractérisé en ce qu'une composition de soudure granuleuse en suspension dans un courant gazeux véhiculaire séparé est Introduite, dans la zone de soudure uniquement et immédiatement à l'arrière de l'arc afin de stabiliser l'arc et, si on le désire, décaper, raffiner et allier la sou- dure .
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The present invention relates to the electric arc welding of steel and more especially to such a welding process using a consumable metal electrode for the production of the arc.
There has long been a search for a method of arc welding of metals with a rod-shaped electrode advancing continuously towards the melting zone, with visible arc and constant melting zone, the arc and the melting zone being able to be. easily protected and subjected to refining.
A known method of this kind uses a continuous bare electrode fed and driven into the fusion zone under a layer of a granular solder composition which melts and covers.
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the end of the electrode and the molten weld metal, which are thus protected and subjected to refining. This process is known as the "flooded molten metal welding process" and is described and claimed in US Pat. No. 2043960. Although this process produces welds having good physical qualities at low cost (especially when welding automatic), the lack of visibility of the molten mass limits the possibilities of this procedure in the case of hand welding.
Several other advancement welding processes contint). of the electrode have been proposed. Some of these methods require the use of electrodes with a stripper core. Others provide coatings applied so as to allow the passage of electric current to the coated wire. In all of these processes, the electrode is very. expensive and it is difficult to obtain satisfactory welds.
The process of arc welding of metals under the protection of a gas was developed with the aim of obtaining a process which is not limited to horizontal welding and in which the arc and the fusion zone are visible. This process consisted of advancing an electrode in the form of a continuous bare stick towards the weld area while simultaneously protecting the arc area and the weld mass with an inert gas relative to the weld mass.
These old methods of arc welding of metals under the protection of a gas make it difficult to obtain stable welding conditions, if a direct polarity direct current welding current source or alternating current is used. Older gas shielded metal arc welding processes are limited, from the point of view of efficiency, primarily to the use of reverse polarity direct current welding sources. It has long been known that in arc welding of metals under the protection of a gas, the metal deposition (kilogs of metal deposited per hour) could be higher in the case of sources of
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direct current with direct polarity, if we could find a process giving good arc stability under the considered conditions.
This method is further limited to another point of view in that, if the arc and the molten mass are suitably protected against contamination from the atmosphere, it is practically not possible to add to the solder mass. a stripper, de-refiner or alloy metal, if necessary, without resorting to specially treated welding rods which are very expensive.
Furthermore, with these old metal arc welding processes under the protection of a gas, it is not possible to adequately protect the deposited metal against atmospheric air during final solidification and cooling; Large amounts of relatively expensive gas such as argon must be used, and it is not possible to control the rate of cooling of the weld metal so as to decrease porosity and improve mechanical properties; it is not possible to add any special alloys other than those present in the electrode and it is not possible, without the use of specially treated electrode rods, to use CO2 as a shielding gas without exaggerated splashing.
The main object of the invention is to provide a process for the arc welding of metals under the protection of a gas, in which the advantageous arc characteristics due to the protection by a gas are maintained and in which the protection of the solder mass is also ensured as well as, if desired, the pickling, refining and alloying of this mass.
Another object of the invention is to provide a method of welding metals using a protected arc, which allows the deposition of weld metal under a high current density and a high metal debit in order to produce a weld of desired mechanical strength and low porosity, with significantly higher gas flow rates
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lower than those required in the old are welding processes under the protection of a gas.
Other objects and advantages of the invention will emerge clearly from the description given below.
The present invention provides a welding process characterized in that a primary stream of ring-shaped shielding gas is supplied around the electrode so as to protect the arc and the fusion zone against contamination from the atmosphere and in that a stream of secondary gas carrying a granular solder composition is introduced into the melting zone immediately behind the arc, for pickling, refining and additional protection of the melting zone.
It has been found that if a granular solder composition is introduced in any way into the fusion zone so that it reaches the plasma of the arc, there follows a tendency of the arc to l. 'instability.- In addition, the part of this solder composition which settles on the front and sides of the arc is usually lost from the point of view of stripping, refining or protecting the melting zone. . If, therefore, the granular solder composition is introduced into the fusion zone immediately behind the arc, this composition is best used and it does not adversely affect the stability of the arc. ,.
Introducing the granular solder composition into the back weld area and as close to the arc as possible without disturbing the 1-arc plasma, results in better transfer efficiency of the: ... , better arc stability and better shape of the weld bead. The current conveying this solder composition is preferably introduced uniformly over the entire width of the weld bead so as to regularly cover the entire fusion zone.
The increased yield of metal transfer due to the process. present invention compared to the old methods
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Dice arc welding of metals under the protection of a gas, is particularly important.
So far, direct polarity sigma welding processes with the negative electrode have not been of interest for "fixed" welding because of the low metal transfer efficiency, the irregularity of the metal transfer, the instability of the arc and the high consumption of filler metal. These drawbacks were partially eliminated by adding oxygen to the pure argon constituting the shielding gas (argon containing 5% oxygen, for example). In this way, the metal transfer can be increased by about 30% and the arc stability can be improved.
With the method of the invention introducing a granular solder composition to the rear of the arc, the transfer efficiency of the metal in the case of pola welding. Directity has been increased by 80% compared to older metal arc welding processes under gas shielding using similar welding conditions. The metal transfer efficiency is also greatly increased by virtue of the method of the present invention, in the case of reverse polarity welding.
The single figure of the appended drawing shows schematically the apparatuses necessary for the practice of the method of the invention. As shown, a steel weld wire or rod 10 unwinds from a roll of wire 12 under the unwind control 14 driven by a variable speed motor 16 and through an electrode holder 18 in the direction of. a part to be welded 20. A power cable 22 enters the electrode holder 18 where it supplies the rod 10, while a similar cable (not shown). is connected to the piece to be welded 20 so as to complete the circuit of the welding current. A switching cable 24 is connected to the trigger 26 of the electrode holder 18 and controls the power supply to the welding circuit.
Running water for cooling circulates in the electrode holder 18 through an inlet pipe
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28 and an outlet pipe 30 which surrounds the supply cable 22. The arc and weld zones are protected by a current of gas introduced into the electrode holder via a pipe 31 and exiting concentrically around the electrode. 'electrode. Pulverulent granular material 32 is conveyed to the electrode holder 18 by a gas stream in a line 34. The powder is suspended in the carrier gas stream inside a powder distributor 36 comprising a closed hopper 38 containing the powder 32.
A collector 40 mounted on springs 42 is electrically vibrated so as to advance the powder through line 44 in the flow of vehicle gases passing through line 46 which is in communication with line 34 of electrode holder 18. L ' The interior of the hopper above the powder charge 32 is pressurized with the carrier gas through the piping 48 of the distributor 36. This distributor is of the type described and claimed in US Patent No. 2,533,331.
When the rod 10 is brought into contact with the workpiece 20 to initiate the arc 50 and begin the welding operation shielding gas is discharged from the nozzle around the rod 10 so as to surround the arc. 'a shielding gas envelope 52. The powder introduced into the electrode holder 18 through the line 34 passes through the line 54 inside the electrode holder and is discharged into the melting zone 56 at a location immediately at the end of the line. the back of the arc (the side of the arc opposite to the direction of advancement of the weld), thus constituting a layer of molten slag protecting the weld area.
In an exemplary embodiment of the process of the invention, an apparatus of the type shown in the accompanying drawing is used for welding steel with SMD steel wire n 32 with a diameter of 1.6 mm and with a mixture shielding gas composed of 95% argon and 5% oxygen.
The powdery granular solder composition is suspended in a carrier gas stream having a flow rate of 85 liters / hour and having the same composition. than
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the shielding gas used; is introduced, by a tube @ un. outside diameter of 6.4 mm, in the weld zone at a place immediately behind the arc, the latter being protected by a current of 95% argon and 5% oxygen having an hourly flow rate of 700 liters. The welding is done in one pass with 360 amps at 27 volts, direct current and reverse polarity; the arc obtained is stable and the weld bead is smooth and well formed.
In another exemplary embodiment of the process of the invention a similar apparatus is used to weld steel with a No. 32 SMD welding steel wire with a diameter of 1.18 mm.
The shielding gas used consists of 95% argon and 5% oxygen and the hourly gas flow rate is 1132 liters. The powdery, granular solder composition is suspended in a carrier gas stream of the same composition as the shielding gas, and the fluidized powder is introduced into the weld area at a location immediately behind the arc by a tube having an outer diameter of 1/4 inch 6.4 mm, the gas flow rate being 425 liters / hour and the powder flow rate being 4.54 kg / hour. The welding is done in one pass, in a vertical position, with a current of 185 amperes at 30 volts, direct current and direct polarity.
Photographs taken under these conditions at a speed of 10,000 images / second make it possible to observe the phenomenon which ensures the stability of the arc during welding.
The following table summarizes the data relating to a direct current direct current steel weld with upward vertical movement for three welding operations according to the method of the present invention and three welding operations using the old conventional welding process. metal arc under the protection of a gas.
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EMI8.1
<tb>
<tb>
Amp. <SEP> Volts <SEP> Gas <SEP> of <SEP> flow rate <SEP> Gas <SEP> Material <SEP> Efficiency
<tb> protection <SEP> Iit / H <SEP> addition <SEP> from <SEP> transfer <SEP> from
<tb>
EMI8.2
¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ - mr: ta1 +
EMI8.3
<tb>
<tb> 190 <SEP> 28 <SEP> A <SEP> 1132 <SEP> Camp. <SEP> of <SEP> 60%
<tb> welding
<tb>
EMI8.4
185 30 95ijA-5 OZ 1132 Il 80%
EMI8.5
<tb>
<tb> 200 <SEP> 33 <SEP> He <SEP> 1700 <SEP> "<SEP> 95%
<tb> 275 <SEP> 30 <SEP> A <SEP> 1132 <SEP> nothing <SEP> 0 <SEP>%
<tb>
EMI8.6
265 31 95iA-5; 0 1132 nothing 30%
EMI8.7
<tb>
<tb> 250 <SEP> 36 <SEP> He <SEP> 1700 <SEP> nothing <SEP> 0 <SEP>%
<tb>
N. B. Composition, welding is added at the rate of
4.54 kg / hour. The wire used is a No. 32 CMS with a diameter of 1.18 mm.
+ The metal transfer efficiency represents the percentage of transferred metal that reaches the sheet.
As shown in this table, the introduction of a coarse weld composition into the weld zone at a place immediately behind the arc according to the process of the present invention increases the percentage of metal. electrode. transferred to the workpiece from 0 to 30% to 60 to 95% in the case of shielding gas compositions and similar flow rates. It goes without saying that the powdery granular solder compositions used in the process of the present invention can consist of any suitable granular solid solder composition similar to the silicate-containing composition used in the embedded molten metal soldering process. solid composition.
Deoxidizers or other solder modifying alloying agents can be added to solder compositions as desired.
Solder compositions used in the solid composition shielded arc welding technique generally include as main ingredients a silicate-containing and slag-producing component capable of forming a protective molten layer serving to protect and protect. to shape the solder mass, and a metal halide serving to electrically conduct the slag formed by the component pro-
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reducing the slag from the solder composition.
Some of the compounds which have been used successfully in the slag producing component are: titanium dioxide, manganous oxide, ferrous oxide, silica (as a combined silicate with at least one of the oxides listed), calcium oxide, magnesium oxide, zirconia, potassium oxide, sodium oxide, lithium oxide, barium oxide and strontium oxide. Some of the successful halide retort constituents used to impart electrical conductivity are: sodium aluminum fluoride, potassium and silicon fluoride, calcium fluoride, and titanium and calcium fluoride.
It is also often useful to include in the solder composition constituents which are transferred to the filler material during the soldering operation and appear in the resulting solder by altering its properties, for example ferro-manganese, f. erro-silicon, ferro-chromium, calcium molybdate, carbon or reducible chemical compounds of the latter, etc.
The grain size of the granular solder composition used can vary widely, the limits being determined by the dimensions of the places where the powder passes through the apparatus and the dispersibility and suspension of the powders in the gas stream. vehicular.
The protective gaseous media used in the process of the present invention can generally comprise any shielding gas previously used in the arc welding of metals under the protection of a gas, such as argon, helium, gas. Carbon dioxide or mixtures thereof, with or without small amounts of oxygen up to a maximum of about 15%.
Likewise, the carrier gas used in the process of the present invention can generally consist of any gas previously used in metal arc welding under the protection of a gas and can be identical to or different from the composition.
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gas used for arc protection.
The average composition, by approximate paranalysis, of the granular solder composition used in the soldering operations of the examples and the above table, is as follows:
CaO + BaO 22.5%
CaF2 5.5%
SiO2 37.5%
A12O3 14.5% MgO 11.25%
MnO 7.25% with: BaO 2.0% Max.
CLAIMS.
1.- Metal arc welding process in which a welding arc is established between a fusible steel electrode and a steel workpiece, the electrode is advanced towards the workpiece to maintain the arc, and the arc is protected with the aid of a shielding gas stream, characterized in that a granular solder composition suspended in a separate carrier gas stream is introduced, in the weld zone only and immediately at the back of the arc in order to stabilize the arc and, if desired, to strip, refine and alloy the weld.