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Fils de soudure.
'La présente invention concerne des fils ou baguettes de soudure pour 1;1.soudure à l'arc automatique ou semi-automati- que en particulier en atmosphère de gaz protectrice.
Pour ces procédés de soudure, la quantité de métal d'apport qui peut être déposée par unité de temps est de grande importance. Un facteur très important est dans ce cas l'intensité du courant qu'on peut poser comme approximativement proportion- nelle à la quantité de métal fondu.
L'intensité du courant ne peut être augmentée toutefois indé- finiment pour le soudage.Une première limitation nécessaire est liée à la charge admise par le réseau primaire et par la source de cou- rant utilisée. Une autre limitation est imposée par le risque d'un
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chauffage trop Intense de la pièce à souder qui peut même être . brûlée de part en part, Enfin l'arc découvert qui est entretenu par un courant très intense est très gênant pour le personnel qui doit se trouver .au voisinage de l'arc pendant le soudage. Pour toutes ces raisons, il est souvent gênant d'uti- liser des courants de plus d'environ 500A.
On sait que la quantité de métal d'apport déposée en g par ampère,minute pour une intensité déterminée dépend aussi de réchauffement, qui est une conséquence du passage du courant dans la partie de l'électrode de soudure qui se'trouve-entré les organes d'alimentation en courant et l'arc lui-même. On a déjà fait usage de chauffage par résistance pour augmenter le rendement de cer- tains procédés de soudure à l'arc,suivant lesquels on fait fondre des baguettes d'un métal homogène, en particulier sous une couche de poudre formant un laitier. L'importance du chauffage par ré- sistance est définie dans ce cas par le choix de l'épaisseur de la baguette de soudure et de sa longueur libre, c'est- à-dire de la distance entre les organes d'alimentation en courant et l'arc.
L'invention est basée sur la découverte que pour une épaisseur et une longueur libre déterminées du fil de soudure, la vitesse de fusion peut être augmentée en formant le fil d'une enveloppe métallique tubulaire et d'un remplissage constitué complètement ou pour une grande partie par un métal pulvérulent., La poudre métallique ne participe pratiquement pas à la conduc- tion du courante de sorte que pour un poids total déterminé du fil par unité de longueur, la résistance augmente avec le pour- centage de poudre métallique. Si on choisit la section de la partie massive du fil de façon que l'intensité de courant requise ne provoque encore juste aucune fusion irrégulière par un chauf- fage par résistance excessif, la poudre métallique du remplissage du fil est fondue pratiquement sans consommation supplémentaire d'énergie.
De cette façon, il est possible, pour une intensité
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déterminée du courant d'amener la quantité de métal déposée à une valeur supérieure à celle possible dans le cas des électro- des massives classiques. En outre, on obtient une amélioration sen- sible déjà pour..des intensités relativement faibles} à savoir intérieures à 500A. De plus, la longueurlibre peut être plus courte que dans le cas des électrodes massives classiques.
Cela est particulièrement important parce que les.procédés de soudage utilisent actuellement souvent du fil de soudure mince présenté en bobines. -
Des fils du type composite en question peuvent être obtenus,comme on le sait,en laminant et/ou en étirant un lingot comportant une cavité remplie de matières pulvérulentes ou bien en enfermant par pliage ou par enroulage les matières-pulvérulentes} dans un ruban d'acier, puis en exécutmt l'étirage jusqu'au diamètre que doit avoir le fil.
En principe, les avantages précités sont obtenus pour toute dimension des fils remplis de poudre métallique et par . conséquent aussi dans le cas'des fils connus. Un effet réelle- ment important en pratique ne peut toutefois être obtenu que pour une dimension déterminée. Il est ainsi possible de distin-, guer les fils de soudure suivant l'invention des fils de même genre déjà connus..
L'invention concerne un fil de soudure composite con- stitué par une enveloppe métallique tubulaire et par un remplis- sage d'une matière pulvérulente, caractérisé en ce que l'a surface totale de ,la section est au maximum de , 4mm2 et n'excède de pré- férence pas 3 mm2 et celle de lenveloppe métallique est'au maxi- mum de 2 mm2 et n'excède de préférence pas 1,6 mm2, l'enveloppe constitue au maximum 70% du poids du fil et le remplissage est constitué pour au moins 80% par une ou plusieurs poudres métal- liques et éventuellement par des additions classiques de substances formant un laitier, d'agents stabilisant l'arc, etc.
Suivant une forme de réalisation particulière de l'in-
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vention, la partie massive du fil est constituée par de l'acier faiblement ou non allié ayant une teneur en carbone de 0,1% au maximum,tandis que le remplissage est constitué principalement par un mélange de poudres de métaux et d'alliages de façon que la composition globale du fil corresponde à celle d'un acier fortement ,allié convenant pour former par soudage des couches résistantà l'usure
Pour cette application, la pénétration, c'est-à-dire la mesure dans laquelle le métal de la pièce est fondu par la chaleur libérée au cours du soudage,est beaucoup plus petite que lors- qu'on fondune même longueur'libre de fil pour déposer une même quantité de matière par unité de temps à l'aide d'un fil dont la partie massive a une section plus importante,
ou à l'aide d'un fil com- plètement massif. La raison en est que le métal provenant du remplissage pulvérulent est moins chaud lorsqu'il atteint la pièce que le métal provenant de la partie massive du fil qui assure la conduction du courant. Pour la formation de couches anti- usure par soudage, on désire en général que la pénétration de la pièce soit faible,pour que l'alliage appliqué ne soit pas trop dilué par le métal de la pièce.
Un fil de soudure suivant l'invention est constitué, par exemple,par une enveloppe en acier doux comprenant 0,1% de C et 0,5% de Mn et par un remplissage pulvérulent d'un mélange de 6,37% de silicomanganèse, de 2,49% de ferrosilicium, de 3,10% de feldspath potassique et de 88,04% de poudre de fer.
Le diamètre extérieur du fil est de 1,64 mm et le dia- mètre intérieur de l'enveloppe est de 1,11 mm. La partie massive du métal,constituant 68% de poids total du fil, a en section une surface de 1,15 mm2.
On a exécuté des essais de soudage à l'aide de ce fil en l'utilisant comme électrode consommable dans une atmosphère d'anhydride carbonique sous l'effet d'un arc entretenu entre le fil et une plaque d'acier disposée horizontalement. On a modifié l'intensité du courant et la longueur de la partie du fil comprise
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entre les organes d'alimentation en courant et l'arc, cest-à- dire la longueur libre.
On a mesuré la vitesse à laquelle le fil doit être ame- ne pour entretenir un état quasi stationnaire,comme d'habitude pour la soudure à l'arc automatique. Connaissant le poids du fil par unité de longueur, il est possible de calculer le nombre de grammes apportés par minute et ainsi le nombre de grammes fondus par ampère.minute,
Les résultats sont représentés graphiquement dans les
Fig. 1, 2 et 3. Ces figures représentent pour des,longueurs libres valant respectivement 10,22,5 et 35 mm, la relation entre l'intensité du courant et la quantité de fil fondueen gram- mes par ampère.minute. Les points de mesure sont indiqués par une +.
A titre de compar-. lson, les vitesses de fusion. qui peuvent être obtenues avec des fils massifs sont également reprises sur les Fig. 1, 2 et 3, pour les mêmes longueurs li- bres de fil et la même surface de la partie massive. L'épais,. seur du fil massif utilisé est de 1,2 mm (fil rond) et la surface 'de sa section de 1,13 mm2 (la différence avec la valeur de 1,15 mm2 pour le fil composite tombe entre les limites de'la précision possib). Ce fil comprend environ 0,1% de C, 1,6% dé
Mn et 0,9% de Si. Les points de mesure correspondants sont in- diqués dans les figures par des points..
En outre,on a exécuté de même des expériences de soudage . à l'aide de fils de la même composition globale que ci-dessus, mais dont la partie massive ne représente que 53% en poids du total. La surface de la partie massive du fil est de 0,87 mm2 sor. diamètre extérieur étant de 1,62 mm.
Les Fig. 4, 5 et 6 donnent également le nombre de grammes par ampère.minute en fonction de l'intensité du courant pour des longueurs libres de 10, 22,5 et 35 mm respectivement. Les points de mesure sont indiqués par un x.
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Ces figures donnent également les résultats indiqués par une +,obtenus à l'aide du fil composite et déjà donnés par les.Fig, 1, 2 et 3 tandis que la Fig. 6,indique en outre par des points les.résultats obtenus à l'aide du fil massif d'une épaisseur de 1,6 mm ayant la même composition que celui utilisé pour la com- paraison dans les Fig. 1, 2 et 3.
L'augmentation du nombre'de grammes par ampère.minute obtenue à l'aide des fils composites suivant l'invention ressort nettement des figures qui montrent @ également que 1' effet est d'autant plus important que la partie massive du fil est plus petite et le remplissage de poudre plus abondant.
Il ressort en outre de la Fig. 6 que pour atteindre une vitesse de fusion de 200 g/minute pour une longueur libre, de 35 mm lorsqu'on utilise un fil massif de 1,6 mm,'il faut utiliser une intensité d'environ 500 ampères,tandis qu'un fil de même épaisseur dont la partie rûassive représente 68% du poids du fil permet d'arriver au même résultat avec une inten- sité d'environ 360A. L'utilisation du fil dont la partie mas- ., sive ne représente que 53% du poids du fil permet de même de ramener l'intensité à environ 285 A.
Enfin, il convient de remarquer que le pourcentage d'alliage du fil massif,plus élevé que celui de l'enveloppe du fil composite, bien que conduisant à une résistivité un peu plus élevée$ n'est pas un inconvénient pour établir la comparaison. En effet, - cela signifie que le phénomène serait encore plus important si on partait de métaux ayant la même résistivité.
En outre, il est également important en pratique d'é- tablir de cette façon la comparaison entre les fils, étant donné que le fil massif sera normalement un peu plus allié que le ruban de métal utilisé pour confectionner les fils remplis de poudre, Dans le dernier cas, le métal d'alliage nécessaire peut être in- corporé aux poudres métalliques, tandis que le métal du ruban est de préférence facile à déformer et ne peut donr être allié que dans une mesure faible ou nulle.
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Welding wires.
The present invention relates to welding wires or rods for automatic or semi-automatic arc welding, in particular in a protective gas atmosphere.
For these welding processes, the amount of filler metal that can be deposited per unit time is of great importance. A very important factor in this case is the intensity of the current which can be said to be approximately proportional to the quantity of molten metal.
However, the intensity of the current cannot be increased indefinitely for welding. A first necessary limitation is linked to the load accepted by the primary network and by the current source used. Another limitation is imposed by the risk of a
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too Intense heating of the piece to be welded which may even be. Finally, the open arc which is maintained by a very intense current is very troublesome for the personnel who must be in the vicinity of the arc during welding. For all these reasons, it is often inconvenient to use currents of more than about 500A.
It is known that the quantity of filler metal deposited in g per ampere, minute for a determined intensity also depends on heating, which is a consequence of the passage of current in the part of the welding electrode which is found between them. power supplies and the arc itself. Resistance heating has already been used to increase the efficiency of certain arc welding processes, in which rods of a homogeneous metal are melted, in particular under a layer of powder forming a slag. The extent of resistance heating is defined in this case by the choice of the thickness of the welding rod and of its free length, that is to say of the distance between the current supply members. and the arch.
The invention is based on the discovery that for a determined thickness and free length of the solder wire, the rate of fusion can be increased by forming the wire of a tubular metal casing and filler made completely or for a large amount. Part by a powdered metal. The metal powder does not participate in the conduct of the current practically so that for a determined total weight of the wire per unit length, the resistance increases with the percentage of metal powder. If one chooses the cross-section of the solid part of the wire so that the required current intensity does not yet cause any irregular melting by excessive resistance heating, the metal powder of the filling of the wire is melted with practically no additional consumption of 'energy.
In this way it is possible, for an intensity
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determined current to bring the quantity of metal deposited to a value greater than that possible in the case of conventional massive electrodes. In addition, a noticeable improvement is obtained already for ... relatively low currents} ie within 500A. In addition, the free length can be shorter than in the case of conventional solid electrodes.
This is particularly important because welding processes today often use thin weld wire presented in coils. -
Yarns of the composite type in question can be obtained, as is known, by rolling and / or stretching an ingot comprising a cavity filled with pulverulent materials or by enclosing by folding or by winding the pulverulent materials} in a ribbon of steel, then carrying out the drawing to the diameter which the wire must have.
In principle, the aforementioned advantages are obtained for any dimension of the wires filled with metallic powder and by. therefore also in the case of known sons. However, a really important effect in practice can only be obtained for a specific dimension. It is thus possible to distinguish the welding son according to the invention from the same type of son already known.
The invention relates to a composite welding wire consisting of a tubular metal casing and a filling of a pulverulent material, characterized in that the total area of, the section is at most, 4mm2 and n. 'preferably not exceeding 3 mm2 and that of the metal casing is at most 2 mm2 and preferably not exceeding 1.6 mm2, the casing constitutes at most 70% of the weight of the wire and the filling at least 80% consists of one or more metal powders and optionally of conventional additions of substances forming a slag, arc stabilizing agents, etc.
According to a particular embodiment of the in-
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vention, the solid part of the wire consists of low-alloy or unalloyed steel with a carbon content of 0.1% at most, while the filling consists mainly of a mixture of powders of metals and alloys of such that the overall composition of the wire corresponds to that of a high alloy steel suitable for forming wear resistant layers by welding
For this application the penetration, that is, the extent to which the metal of the workpiece is melted by the heat released during welding, is much smaller than when melting the same free length of wire to deposit the same amount of material per unit of time using a wire whose solid part has a larger section,
or using a completely solid wire. The reason is that the metal coming from the powder filling is less hot when it reaches the part than the metal coming from the solid part of the wire which ensures the conduction of the current. For the formation of antiwear layers by welding, it is generally desired that the penetration of the part be low, so that the applied alloy is not too diluted by the metal of the part.
A welding wire according to the invention consists, for example, of a mild steel casing comprising 0.1% of C and 0.5% of Mn and of a pulverulent filling of a mixture of 6.37% of silicomanganese , 2.49% ferrosilicon, 3.10% potassium feldspar and 88.04% iron powder.
The outside diameter of the wire is 1.64 mm and the inside diameter of the casing is 1.11 mm. The solid part of the metal, constituting 68% of the total weight of the wire, has a sectional area of 1.15 mm 2.
Welding tests were carried out using this wire using it as a consumable electrode in a carbon dioxide atmosphere under the effect of a sustained arc between the wire and a steel plate disposed horizontally. The intensity of the current and the length of the part of the wire included
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between the current supply members and the arc, that is to say the free length.
The speed at which the wire must be fed to maintain a near stationary state, as usual for automatic arc welding, was measured. Knowing the weight of the wire per unit of length, it is possible to calculate the number of grams supplied per minute and thus the number of grams melted per ampere.minute,
The results are represented graphically in the
Fig. 1, 2 and 3. These figures represent, for free lengths equal to 10.22.5 and 35 mm, respectively, the relationship between the intensity of the current and the quantity of wire melted in grams per ampere.minute. Measuring points are indicated by a +.
As a comparison. lson, the fusion speeds. which can be obtained with solid threads are also repeated in Figs. 1, 2 and 3, for the same free lengths of wire and the same area of the solid part. The thick ,. of the solid wire used is 1.2 mm (round wire) and the area of its section is 1.13 mm2 (the difference with the value of 1.15 mm2 for the composite wire falls between the limits of the accuracy possib). This yarn comprises about 0.1% C, 1.6% dice
Mn and 0.9% Si. The corresponding measuring points are indicated in the figures by dots.
Further, welding experiments were carried out as well. using yarns of the same overall composition as above, but the solid part of which represents only 53% by weight of the total. The area of the solid part of the wire is 0.87 mm2 sor. outer diameter being 1.62 mm.
Figs. 4, 5 and 6 also give the number of grams per ampere min as a function of the intensity of the current for free lengths of 10, 22.5 and 35 mm respectively. Measuring points are indicated by an x.
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These figures also give the results indicated by a +, obtained using the composite yarn and already given by Figs, 1, 2 and 3 while Fig. 6, further indicates by dots the results obtained using the solid wire with a thickness of 1.6 mm having the same composition as that used for the comparison in Figs. 1, 2 and 3.
The increase in the number of grams per ampere minute obtained using the composite wires according to the invention is clearly apparent from the figures which also show that the effect is all the greater the larger the massive part of the wire. small and more abundant powder filling.
It is further apparent from FIG. 6 that to achieve a melting rate of 200 g / minute for a free length of 35 mm when using a solid 1.6 mm wire, an intensity of about 500 amperes should be used, while a wire of the same thickness, the solid part of which represents 68% of the weight of the wire, makes it possible to achieve the same result with an intensity of about 360A. The use of the wire, the solid part of which only represents 53% of the weight of the wire, allows the intensity to be reduced to about 285 A.
Finally, it should be noted that the percentage of alloy of the solid wire, higher than that of the envelope of the composite wire, although leading to a slightly higher resistivity, is not a disadvantage for establishing the comparison. Indeed, - this means that the phenomenon would be even more important if we started from metals having the same resistivity.
Furthermore, it is also important in practice to make the comparison between the yarns in this way, since the solid yarn will normally be somewhat more alloyed than the metal tape used to make the powder-filled yarns. in the latter case, the necessary alloying metal can be incorporated into the metal powders, while the ribbon metal is preferably easy to deform and therefore can only be alloyed to a small or no extent.