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La présente invention est relative à un procédé de soudage automatique à l'arc électrique par électrode consommable nue en atmosphère protectrice d'anhydride car- bonique, dans lequel on fait fondre dans le bain de fusion, indépendamment du métal provenant de l'électrode, du métal qui est déposé sous forme de poudre sur les pièces à souder, en avant de l'arc.
Dans son brevet belge n 557.813 du 25 mai 1957, la demanderesse a décrit un procédé de ce genre dans lequel on diminue la surchauffe des pièces à souder dans la zone de soudage ainsi que du laitier formé par l'oxydation du métal due en partie au contact de ces pièces avec de l'oxygène provenant de la dissociation de l'anhydri- de carbonique en éléments ionisés à la température de l'arc, en faisant fondre de la poudre métallique déposée seule en avant de cet arc par la chaleur provenant de la retransfor- mation des éléments ionisés en anhydride carbonique à leur sortie de l'arc.
On a constaté que par ce procédé le laitier provenant de l'oxydation du métal s'enlève plus facilement.et que les pertes du métal en éléments d'alliage tels que le silicium et le manganèse sont moindres que quand on ne fond pas une quantité complémentaire de métal amené sous forme de poudre en avant de l'arc.
On peut remédier partiellement aux inconvénients de l'oxydation du métal de base en utilisant une électrode en un métal allié qui contient une quantité importante d'agents désoxydants et d'éléments d'alliage. De telles électrodes sont relativement chères car la correspondance qu'il faut réaliser, lors de leur fabrication, entre leur composition chimique et les conditions techniques de soudage est très délicate à ob- tenir au delà de certaines limites, par exemple, parce que les
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caractéristiques de fusion seraient altérées. Ctest ainsi que si la teneur en silicium est supérieure à 0,5%. les projections 'latérales de gouttelettes métalliques sont fortement augmentées pendant la fusion de l'électrode.
Si, au lieu d'utiliser une électrode pleine et nue sous atmosphère d'anhydride carbonique, on utilise, comme la demanderesse l'a également proposé antérieurement, une électrode creuse contenant un noyau constitué d'un mélange d'éléments désoxydants, d'éléments dtalliage et d'éléments scorifiants,on ne peut pas incorporer en même temps à ce mélange une quantité relativement importante de poudre mé- tallique parce qu'il est très difficile de fabriquer écono- miquement une électrode dont le noyau pulvérulent contien- drait tous ces éléments en proportion telle qutils remédient convenablement aux inconvénients des électrodes nues et pleines employées sous atmosphère d'anhydride carbonique.
En particulier, dans le cas dtélectrodes nues à noyau pulvé- rulent du type susdit, toute augmentation de la quantité de métal complémentaire dans le noyau devrait, à partir d'une certaine proportion en poids du noyau par rapport au poids de la partie massive de l'électrode qui entoure ce noyau, être accompagnée d'une diminution de la quantité d'éléments scorifiants si on conservait les quantités d'éléments désoxy- dants et d'éléments d'alliage jugées indispensables pour obtenir un cordon de soudure ayant les caractéristiques mécaniques désirées .
La présente invention a comme objet un procédé grâce auquel on peut accroître le poids du métal déposé pendant uh laps de temps donné, sans surchauffe locale du bain de fusion, sans diminution des caractéristiques méca- niques du métal déposé et sans l'emploi d'électrodes consom-
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mables coûteuses ou difficiles à fabriquer.
A cet effet, suivent l'invention, on dépose, en avant de l'arc,un.mélange pulvérulent qui contient, de maniè- re connue en soi, des éléments d'alliage, des désoxydants et des matières formant laitier et on règle l'épaisseur de la couche pulvérulente en fonction de la pression et du débit d'anhydride carbonique de manière que l'arc reste constamment visible pendant l'opération, de 'soudage .
Grâce à l'amenée des éléments scorifiants à l'endroit du soudage par leur dépôt sur les pièces à souder en même temps que les éléments désoxydants et les éléments d'alliage. on couvre la partie du bain. située autour de l'arc, d'une couche importante de laitier qui permet d'utiliser une pres- sion et un débit d'anhydride carbonique plus grands que lors-' que la couche de laitier est mince, sans que le métal fondu soit mis à nu autour de l'arc comme il le serait si la couche était mince. L'augmentation du débit d'anhydride carbonique donne lieu à un plus grand dégagement de chaleur à l'endroit de la retransformation des éléments ionisés en anhydride car- bonique.
De cefait, on peut maintenir la température du bain et ees pièces à souder à une température relativement basse mais suffisante pour assurer un bon soudage, en fondant une plus grande quantité de poudre métallique que celle qu'il aurait été possible de fondre avec un débit.moindre. On voit donc que l'amenée des éléments scorifiants sous forme pulvé- rulente en quantité substantielle en avant de l'arc permet de souder en atmosphère d'anhydride carbonique dans des con- ditons permettant aisément d'obtenir simultanément les avan- tages' qui ont été indiqués plus haut .
Il est connu de déposer sur les piècesà souder, en avant de ].'arc, un mélange de poudres contenant des éléments
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scorifiants, des éléments désoxydants et éventuellement: du métal à fondre par l'arc. Mais dans ce cas, celui-ci n'est pas protégé par un courant d'anhydride carbonique gazeux.
Il éelate dans la couche de poudre et reste recouvert par de la poudre parce que cette couche a une forte épaisseur et est supérieure à la longueur de l'arc.
Dans le procédé selon l'invention, bien qu'on, ait intérêt à augmenter l'épaisseur de la couche de poudre pour obtenir une couche de laitier fondu, qui recouvre parfaitement le métal fondu, on limite cependant l'épaisseur de la couche en tenant compte de la-pression et du ,débit d'anhydride car-- bonique de façon que l'arc reste constamment visible pendant 1'opération de soudagé .
L'invention a également,comme objet une machine de soudage automatique qui favorise la réalisation du procédé selon l'invention et qui comprend, de manière connue en soi, une tête de- soudage mobile parallèlemnt à la pièce à souder et pourvue d'un guide pour l'électrode consommable qui avance d'une façon continue vers la'pièce à souder,ladite tête étant, en outre, pourvue d'une tubulure annulaire pour le passage d'un jet d'anhydride carbonique qui entoure l'arc éclatant à l'extrémité libre de cette électrode, la dite ma- chine présentant, eu outre, une trémie pourvue d'une goulotte qui déverse de la poudre sur la pièce à souder, en avant de l'arc.
La machine selon l'invention est caractérisée en ce que ladite goulotte est de position réglable en hauteur par rapport à un support mobile au contact de la pièce à sou- der .
L'épaisseur maximum de la couche pulvérulente dé- posée en avant de 1'arc est ainsi maintenue automatiquement à une valeur constante pendant le soudée puisqu'elle est
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égale à la distance choisie entre 1'extrémité libre de la goulotte et les pièces à souder. La quantité totale de poudre ne dépend plus alors que de la dimension que ladite extrémité de la roulotté présente dans la direction perpendiculaire à la direction d'avancement .
D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexés au présent mémoire, qui représentent schématiquement, et à ti.tre d'exemple seulement, une forme d'exécution de la machi- ne selon l'invention .
La figure est une coupe verticale de quelques éléments de la tête de soudage d'une machine pour le soudage automatique, cette coupe étant faite parallèlement à la di- rection d'avancement de la machine .
On y voit un guide 2 pour une électrode nue et pleine 3 qui est poussée d'une façon continue par des moyens non représentés vers une pièce à souder 4. Le guide 2 est entouré d'une tubulure annulaire 5 de façon qu'on puisse envoyer entre elle et ledit guide un jet d'anhydride carboni- que destiné à isoler l'arc 6 qui éclate 'entre l'électrode
3 et la pièce à souder 4.
La tête de soudage est mobile parallèlement à cet- te ni :ce dans la direction' de la flèche X. Une trémie 7 con- tenant un mélange de poudres 8 est disposée en avant de la tubulure 5. Cette trémie est pourvue d'une goulotte 9 qui déverse cette poudre sur la pièce à souder en avant de l'arc 6. La distance entre l'extrémité libre 10 de cette goulotte et la pièce à souder 4 est réglable par le fait que ladite goulotte est elle-même de position réglable en hauteur par paspport à un support qui se déplace au contact de la pièce à sonder.
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Dans la forme représentée ce support comprend trois montants,, dont deux sont désignés par lla et llb , tandis que le troisième est caché par un des deux autres.
]'extrémité inférieurm de ces montants sont fixés des ga- lets-,tels que ceux désignés par 12 a et 12b, roulant sur la pièce à souder .
Ces montants sont solidaires d'une douille 15 en- tourant la goulotte 9 -et pouvant glisser le long de celle-ci.
La douille porte en outre un écrou de serrage 14 qui permet d'immobiliser la trémie à différents niveaux.
La goulotte 9 est reliée à la pièce 5 par une vis - 17 engagée dans une boutonnière 18 formée dans un bras 19 qui est articulé en 20 par rapport à la pièce 5. La vis 17 peut être immobilisée en différents endroits de la bouton- nière 18 par un écrcu de serrage 2i. ,
Le mélange pulvérulent déposé sur la pièce à sou- der contient non seulement des éléments d'alliage et des désoxydants niais également des matières formant laitier.
L'épaisseur de la couche pulvérulente qui subsiste en arriè- re de la goulotte 9 est réglée par le choix du niveau de l'extrémité inférieure 10 de cette goulotte par rapport à la pièce à souder 4, de façon que l'arc 6 reste visible, eu égard à la pression et au débit d'anhydride carbonique.
L'épaisseur de la couche de poudre est telle que le métal de soudure 22 est recouvert d'une bonne couche de laitier 23 malgré que l'arc 6 soit resté visible au sein du jet d'anhy- dride carbonique .
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The present invention relates to an automatic electric arc welding process using a bare consumable electrode in a protective atmosphere of carbonic anhydride, in which one melts in the molten bath, independently of the metal coming from the electrode, metal which is deposited in the form of powder on the parts to be welded, in front of the arc.
In its Belgian Patent No. 557,813 of May 25, 1957, the Applicant described a process of this type in which the overheating of the parts to be welded in the welding zone and of the slag formed by the oxidation of the metal due in part to the contact of these parts with oxygen coming from the dissociation of the carbon dioxide into ionized elements at the temperature of the arc, by melting the metal powder deposited alone in front of this arc by the heat coming from the re-transformation of the ionized elements into carbon dioxide when they leave the arc.
It has been found that by this process the slag resulting from the oxidation of the metal is more easily removed. And that the losses of the metal in alloying elements such as silicon and manganese are less than when a quantity is not melted. additional metal brought in the form of powder in front of the arc.
The disadvantages of the oxidation of the base metal can be partially overcome by using an electrode of an alloyed metal which contains a large amount of deoxidizing agents and alloying elements. Such electrodes are relatively expensive because the correspondence that must be achieved, during their manufacture, between their chemical composition and the technical welding conditions is very difficult to obtain beyond certain limits, for example, because the
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fusion characteristics would be altered. This is the case only if the silicon content is greater than 0.5%. the lateral projections of metal droplets are greatly increased during the melting of the electrode.
If, instead of using a full and bare electrode under a carbon dioxide atmosphere, one uses, as the applicant has also previously proposed, a hollow electrode containing a core made up of a mixture of deoxidizing elements, of alloying elements and slagging elements, a relatively large quantity of metal powder cannot be incorporated into this mixture at the same time because it is very difficult to economically manufacture an electrode whose powdered core would contain all of it. these elements in proportion such that they adequately remedy the drawbacks of bare and solid electrodes employed in a carbon dioxide atmosphere.
In particular, in the case of bare electrodes with a powder core of the above type, any increase in the amount of complementary metal in the core should, starting from a certain proportion by weight of the core relative to the weight of the solid part of the core. the electrode which surrounds this core, be accompanied by a reduction in the quantity of scorifying elements if the quantities of deoxidizing elements and alloying elements considered essential to obtain a weld bead having the characteristics are retained desired mechanics.
The object of the present invention is a process by which the weight of the deposited metal can be increased over a given period of time without local overheating of the molten bath, without reducing the mechanical characteristics of the deposited metal and without the use of. electrodes consumed
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expensive or difficult to manufacture.
To this end, according to the invention, a powdery mixture is deposited in front of the arc which contains, in a manner known per se, alloying elements, deoxidizers and slag-forming materials, and is adjusted. the thickness of the powder layer as a function of the pressure and the flow of carbon dioxide so that the arc remains constantly visible during the welding operation.
Thanks to the supply of the scorifying elements to the place of welding by their deposition on the parts to be welded at the same time as the deoxidizing elements and the alloying elements. we cover the part of the bath. located around the arc, a substantial layer of slag which allows a greater pressure and flow of carbon dioxide to be used than when the layer of slag is thin, without the molten metal being laid bare around the arch as it would be if the layer were thin. The increased flow of carbon dioxide results in a greater release of heat where the ionized elements are converted back to carbon dioxide.
As a result, the temperature of the bath and the parts to be welded can be maintained at a relatively low temperature but sufficient to ensure good welding, by melting a larger quantity of metal powder than that which would have been possible to melt with a flow rate. .lower. It can therefore be seen that the supply of the slagging elements in pulverulent form in substantial quantity in front of the arc makes it possible to weld in a carbon dioxide atmosphere in conduits making it easy to obtain simultaneously the advantages which have been indicated above.
It is known to deposit on the parts to be welded, in front of the arc, a mixture of powders containing elements
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scorifiers, deoxidizing elements and possibly: metal to be melted by the arc. But in this case, it is not protected by a stream of carbon dioxide gas.
It expands in the powder layer and remains covered with powder because this layer has a great thickness and is greater than the length of the arc.
In the process according to the invention, although it is advantageous to increase the thickness of the powder layer in order to obtain a layer of molten slag, which perfectly covers the molten metal, the thickness of the layer is however limited by taking into account the pressure and the flow of carbonic anhydride so that the arc remains constantly visible during the welding operation.
The invention also has as an object an automatic welding machine which promotes the implementation of the method according to the invention and which comprises, in a manner known per se, a welding head movable parallel to the part to be welded and provided with a guide for the consumable electrode which advances continuously towards the piece to be welded, said head being furthermore provided with an annular tube for the passage of a carbon dioxide jet which surrounds the bursting arc at the free end of this electrode, said machine having, in addition, a hopper provided with a chute which pours powder onto the part to be welded, in front of the arc.
The machine according to the invention is characterized in that the said chute is of an adjustable position in height relative to a mobile support in contact with the workpiece.
The maximum thickness of the powder layer deposited in front of the arc is thus automatically maintained at a constant value during the weld since it is
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equal to the distance chosen between the free end of the chute and the parts to be welded. The total quantity of powder then only depends on the dimension that said end of the rolled roll has in the direction perpendicular to the direction of advance.
Other features and details of the invention will become apparent from the description of the drawings appended hereto, which represent schematically, and by way of example only, one embodiment of the machine according to FIG. invention.
The figure is a vertical section through some parts of the welding head of a machine for automatic welding, this section being made parallel to the direction of travel of the machine.
There is seen a guide 2 for a bare and solid electrode 3 which is pushed continuously by means not shown towards a part to be welded 4. The guide 2 is surrounded by an annular tube 5 so that it is possible to sending between it and said guide a jet of carbon dioxide intended to isolate the arc 6 which bursts between the electrode
3 and the workpiece 4.
The welding head is movable parallel to this ni: this in the direction of the arrow X. A hopper 7 containing a mixture of powders 8 is arranged in front of the tube 5. This hopper is provided with a chute 9 which pours this powder onto the piece to be welded in front of the arc 6. The distance between the free end 10 of this chute and the piece to be welded 4 is adjustable by the fact that said chute is itself in position adjustable in height via a support which moves in contact with the part to be probed.
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In the form shown this support comprises three uprights ,, two of which are designated by lla and llb, while the third is hidden by one of the other two.
The lower end of these uprights are fixed rollers, such as those designated 12a and 12b, rolling on the workpiece.
These uprights are integral with a sleeve 15 surrounding the chute 9 - and able to slide along the latter.
The sleeve also carries a clamping nut 14 which makes it possible to immobilize the hopper at different levels.
The chute 9 is connected to the part 5 by a screw - 17 engaged in a buttonhole 18 formed in an arm 19 which is articulated at 20 relative to the part 5. The screw 17 can be immobilized in different places of the buttonhole. 18 by a clamping ecru 2i. ,
The powder mixture deposited on the workpiece contains not only alloying elements and deoxidizers but also slag forming materials.
The thickness of the powder layer which remains behind the chute 9 is regulated by the choice of the level of the lower end 10 of this chute relative to the part 4 to be welded, so that the arc 6 remains visible, having regard to the pressure and flow of carbon dioxide.
The thickness of the powder layer is such that the weld metal 22 is covered with a good layer of slag 23 despite the arc 6 remaining visible within the carbon dioxide jet.
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