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"Fil d'électrode".-
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L'invention concerne les fils d'électrodes pour le soudage et le rechargement de la fonte grise, et notamment les fils d'électrode pour le soudage et le rechargement de la fonte grise, comportant une gaine d'acier remplie d'un mélange de poudres.
L'invention peut être appliquée avec le plus de succès pour l'élimination de défauts 'de grandes dimensions (surface à recharger de plus de 50 em2) sur les surfaces à usiner et usinées de moulages en fonte.
@
On cannait des fils d'électrodes pour le soudage et le rechargement de la fonte grise, comportant une gaine d'acier remplie d'un mélange de poudres comprenant du gra- phite, du ferrosilicium, du ferromanganèse, du ferrotitane, de l'aluminium et de la poudre de fer (cf. par exemple le brevet d'invention d'URSS n 163687, de 1962, dans la clas- se 21 h, 30/16).
Le mélange garnissant ce fil d'électrode contient ; en % 5,8 à 7,5 de graphite,
3,7 à 6,0 de f errosilicium,
0,5 à 1,3 de ferromanganèse, 1,45 à 3,0 de ferrotitane,
0,4 à 2,5 d'aluminium,
1,2 de poudre de fer, du poids total du fil d'électrode.
Le soudage et le rechargement au moyen de ces électrodes s'effectuent sous une atmosphère protectrice de gaz
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carbonique (C02) et sans protection, avec un préchauffage mo- déré de la pièce jusqu'à 400 , ou sans préchauffage avec une faible vitesse d'avancement du fil, de 80 à 300 m/h, et une faible intensité de courant, de 240 à 550 A.
Pour prévenir l'apparition de parties trempées dans la soudure et à la limite de la zone de fusion, on ajoute à la composition de ces fils d'électrode connus un grand nombre d'éléments graphitisants (carbone, silicium, etc), contenus dans le graphite, le ferrosilicium et d'autres constituants du mélange de garnissage.
Etant donné que la solidification d'un bain de soudage de petit volume se déroule avec une vitesse de refroi- dissement rapide, il s'avère impossible de garantir le déroule- ment complet des réactions de formation de la fonte grise dans les couches de métal rapporté, àppartir des constituants en poudre du fil, ainsi que la stabilité de la composition chimique du métal rapporté, l'homogénéité de la structure et de la couleur de la soudure. La différence entre la dureté du métal rapporté et celle du métal à la limite de la zone de fusion du métal de base est 40 à 60 unités Brinell.
En outre, les conditions d'échange thermique en- tre le bain de soudage et la masse de la pièce sont défavorables; il s'ensuit l'apparition d'intercalations trempées dans le métal rechargé et des concentrations de contraintes dans la zone de propagation de la chaleur.
Il résulte de ce qui vient d'être exposé, que les fils d'électrodes indiqués sont d'emploi avantageux pour le soudage et le rechargement de petites surfaces, jusqu'à 50 cm2, sur des moulages en fonte, lorsqu'on ne formule pas de prescriptions
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spéciales quant à l'homogénéité de structure, à la stabilité de la composition chimique, ainsi qu'à l'uniformité de la du- reté, tant dans les couches rapportées que par rapport au métal de base.
La pratique fait apparaître que dans de nombreux cas il est tout à fait nécessaire de réaliser le soudage et le rechargement de grandes surfaces, de 50 à 100 cm2 et plus, sur des moulages en fonte, des prescriptions sévères étant formu- lées quant à la stabilité de la composition chimique du métal rapporté à l'homogénéité de structure et à la couleur de la soudure, ainsi qu'à l'uniformité de sa dureté, la différence entre la dureté du métal rapporté et celle du métal de base ne devant pas dépasser 10 à 20 unités Brinell.
Pour satisfaire à ces prescriptions il faut réaliser le soudage et le rechargement de la fonte dans un bain de soudage plus grand que le volume en présence duquel les conditions deviennent favorables au déroulement complet des réactions d'oxydation et de réduction des constituants du fil fondu, au dégazage du bain de métal et à l'obtention de la structure et de la dureté requises du métal rapporté.
Un bain de soudage de grand volume ne peut être obtenu que par soudage dit "à chaud", caractérisé par le fait que la pièce à souder est partiellement ou entièrement pré- chauffée jusqu'à une température comprise entre 500 et 650 C.
Le soudage et le rechargement sont alors exécutés en employant une forte intensité de courant, de 700 à 2000 A, et de grandes vitesses d'avancement du fil d'électrode, de 300 à 900 m/h.
Dans de telles conditions d'exécution du soudage et du rechar- gement, il est pratiquemment difficile d'utiliser le gaz car- bonique (CO2) en tant que milieu protecteur.
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L'utilisation des fils connus pour le soudage à chaud s'est avérée inefficace par le fait qu'ils contiennent dans leur mélange de garnissage, comm on l'a indiqué plus haut, une grande quantité d'éléments graphitisants. Ces éléments graphi- tisants produisent, dans les conditions du soudage à chaud, des scories réfractaires visqueuses entravant le soudage et le re- chargement et détournant une partie du carbone graphitique de l'interaction avec le bain. Les processus de graphitisation qui se développent donnent des champs de gros graphite lamellaire nuisant aux caractéristiques mécaniques du métal rapporté.
Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients mentionnés.
On s'est donc proposé de créer un fil d'électrode, pour le soudage et le rechargement de la fonte grise, qui, quel que soit le procédé d'exécution du soudage et du rechargement, assurerait la stabilité de la composition chimique du métal rap- porté, l'uniformité de sa structure, de sa couleur et de sa dureté dans toute la section de la soudure.
La solution consiste en un fil d'électrode pour le soudage et le rechargement de la fonte grise, comportant une gaine d'acier remplie d'un mélange de poudres dans la compo- sition duquel il y a du graphite, du ferrosilicium, du ferra- manganèse, du ferrotitane, de l'aluminium et du fer en poudre, fil d'électrode dans lequel, suivant l'invention, le mélange de garnissage comprend, outre les constituantes mentionnés, de la calamine de fer, le graphite utilisé étant du graphite ar- genté.
La solution la plus favorable est obtenue lorsque le mélange de poudres garnissant le fil d'électrode proposé contient, pour cent du poids du fil d'électrode
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4,2 à 5,2 de graphite argenté
4,0 à 5,0 de ferrosilicium 0,6 à 1,0 de ferromanganèse 0,6 à 1,0 de ferrotitane 0,1 à 0,3 d'aluminium 0,6 à 0,9 de calamine de fer
0 à 16,0 de poudre de fer
Le fil d'électrode proposé assure, quel que soit le procédé de soudage et de rechargement, la stabilité de la com- position chimique du métal rapporté, l'uniformité de sa struc- ture et la dureté dans toute la section de la soudure, et per- met en outre d'exécuter le soudage et le rechargement sans pro- tection additionnelle.
Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description d'exemples de réalisation concrets.
Le fil d'électrode proposé a une gaine d'acier rem- plie d'un mélange de poudres comprenant, suivant l'invention, outre le f errosilicium, le ferromanganèse, le ferrotitane, l'aluminium et le fer en poudre, de la calamine de fer et, en tant que graphite, du graphite argenté.,
La calamine de fer ajoutée à la composition du mélange de garnissage est un oxyde de fer instable qui se dissocie dans la zone de l'arc en dégageant de l'oxygène libre. Grâce à ce fait, on assure le déroulement complet des processus d'oxyda- tion et de réduction dans les phases gaz, scorie et métal du bain de soudage.
La présence de graphite argenté dans le garnissage du fil, graphite dont la structure est nettement cristalline, contribue, en présence de la calamine de fer, à l'oxydation im- portante du carbone graphitique dans la zone de l'arc et à la
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formation d'oxydes de carbone CO et CO2.Ces oxydes se trouvant dans la zone des hautes températures (dans la zone de l'arc) cons- tituent des oxydants actifs et, aux températures de travail, (c'est-à-dire à la température du métal liquide dans le bain de soudage) ils assurent le déroulement des réactions de trans- fert du carbone au métal fondu.
Il est plus avantageux d'utiliser un fil d'électrode comprenant dans la composition du mélange de poudres le garnissant les pourcentages suivants de constituants, par rapport au poids du fil d'électrode :
4,2 à 5,2 de graphite argenté 4,0 à 5,0 de ferrosilicium
0,6 à 1,0 de ferromanganèse
0,6 à 1,0 de ferrotitane
0,1 à 0,3 d'aluminium @
0,6 à 0,9 de calamine de fer
0 à 16,0 de poudre de fer
Le soudage et le rechargement au moyen de tels fila de 3 mm de diamètre est exécuté aux régimes spécifiés par le ta- bleau ci-dessous
EMI7.1
<tb> Vitesse <SEP> d'avancement <SEP> du <SEP> fil
<tb> Désignation <SEP> des <SEP> en <SEP> m/h
<tb>
EMI7.2
paramètres Unités ...¯¯...¯....¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI7.3
<tb> 363 <SEP> 453 <SEP> : <SEP> 590 <SEP> 700 <SEP> :
<SEP> 900
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Intensité <SEP> du <SEP> courant <SEP> A <SEP> 720-800 <SEP> 900-1000 <SEP> 1100- <SEP> 1500- <SEP> 1800-
<tb>
<tb>
<tb> 1200 <SEP> 1600 <SEP> 1900
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Surface <SEP> maximale <SEP> du
<tb>
<tb>
<tb> bain <SEP> cm2 <SEP> 60 <SEP> 80 <SEP> 100 <SEP> 120 <SEP> 120 <SEP> et <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> au-
<tb>
<tb>
<tb> delà
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Tension <SEP> d'arc <SEP> V <SEP> 55-45 <SEP> 55-45 <SEP> 55-45 <SEP> 55-45 <SEP> 55-45
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rendement <SEP> au <SEP> jusqu'à <SEP> jusqu@
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> rechargement <SEP> kg/h <SEP> 8-10 <SEP> 12-15 <SEP> 16-20 <SEP> jusqu'à <SEP> jusque
<tb>
<tb>
<tb> 25 <SEP> 30
<tb>
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Pour former un bain liquide de grand volume au cours du rechargement,
or$ utilise une argile réfractaire de composi- tion (% en poids) :
20 - de sable de quartz
20 - de sable de quartz demi-gras,
5 - d'argile réfractaire,
50 - de graphite
5 - de dextrine.
Le tout est mélangé à l'eau jusqu'à obtention d'une pâte épaisse.
Exemple 1
Le rechargement par bain de grand volume d'un défaut de 110 cm2 de surface, dans un moulage en fonte grise, a été exécuté avec un fil garni d'un mélange de poudres contenant les constituants suivants, pour cent du poids total du fil d'électrode
4,6 de graphite argenté; 4,6 de ferrosilicium ; 0,8 de ferromanganèse; 0,8 de ferrotitane ; 0,2d'aluminium; 0,7 de cala- mine de fer; 15,0 de poudre de fer.
La température de préchauffage du moulage était de
550 C; le préchauffage était exécuté dans un foyer à gaz.
Le contour du défaut était bordé d'argile réfractaire ayant la composition indique plus haut.
Le rechargement était effectué avec une vitesse d'avan- cement du fil de 700 m/h et une intensité de courant de 500 A.
Le métal rapporté est caractérisé par les données sui- vantes en composition chimique 3,26 de carbone C; 2,90 de si- licium Si ; 0,98 de manganèse Mn ; 0,12 de phosphore P ; de
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soufre S; 0,10 de chrome Cr; 0,09 de titane Ti; 0,30 d'alu- minium Al; En dureté : de base 183 unités Brinell; zone de jonction 197 unités Brinell; métal rapporté 187 unités Bri- nell ; l'usinabilité est bonne;
En structure graphite sous forme d'inclusions iso.- lées, réparties sans ordre, de 25 à 60 microns de longueur;
Base métallique : perlite sorbitisée à lamelles fines.
Exemple 2.
Le rechargement par bain de grand volume d'un défaut de 90 cm2 de surface dans un moulage en fonte grise a été exécu- té avec un fil garni d'un mélange de poudres contenant les constituants suivants, en pour cent du poids du fil d'électrode :
4,3 de graphite argenté; 4,2 de ferrosilicium; 0,60 de ferromanganèse; 0,60 de ferrotitane; 0,10 d'aluminium ; 0,61 de calamine de fer; 10,0 de poudre de fer.
La température de préchauffage du moulage était de 500 C; le préchauffage était exécuté dans un four.
Le contour du défaut était bordé d'argile réfractaire ayant la composition indiquée plus haut.
Le rechargement était effectué avec une vitesse d'avan- cement du fil de 590 m/h et une intensité de courant de 1200 A.
Le métal rapporté était caractérisé par les données sui- vantes
En composition chimique: 3,2 de cerbone C; 2,7 de si- licium Si; 0,97 de manganèse Mn; 0,13 de phosphore P; 0,05 de soufre S; 0,10 de chrome Cr; 0,1 de titane Ti ; 0,40d'aluminium Al;
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En dureté : le métal de base . 187 unités Brinell ; de jonction 193 unités Brinell ; rapporté 193 unités Brinell;
L'usinabilité est bonne;
En structure: graphite sous forme d'inclusions iso- lées réparties sans ordre, de 25 à 60 microns de longueur;
Base métallique: perlite sorbitisée à lamelles fines.
Exemple 3
Le rechargement par bain de grand volume d'un défaut de 120 cm2 de surface dans un moulage en fonte grise a été exé- cuté avec un fil d'un mélange de poudres contenant les consti- tuants suivants en pour cent du poids du fil d'électrode :
5,10 de graphite argenté; 4,90 de ferrosilicium; 0,90 de ferromanganèse; 0,90 de ferrotitane; 0,30 d'aluminium; 0,9 de calamine de fer; 16,0 de poudre de fer.
La température de préchauffage du moulage était de 600 C; le préchauffage était exécuté dans un foyer à gaz ; contour du défaut était bordé d'argile réfractaire ayant la composition indiquée plus haut.
Le rechargement était exécuté avec une vitesse d'avan- cement du fil de 900 m/h et une intensité de courant de 1800A.
Le métal rapporté est caractérisé par les données sui- vantes :
En composition chimique : 3,4 de carbone C; 3,1 de silicium Si, 0,98 de manganèse Mn; 0,14 de phosphore P; 0,05 de soufre S; 0,09 de chrome Cr; 0,1 de titane Ti; 0,2 d'alumi- nium Al;
En dureté le métal de base a 187 unités Brinell ; zone de jonction 178 unités Brinell ; rapporté 173 unités
Brinell;
L'usinabilité est bonne;
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En structure; graphite sous forme d'inclusions isolées répar- ties d'une façon quelconque, de longueur comprise entre 25 et 80 microns ; base métallique: perlite sorbitisée en lamelles fines
REVENDICATIONS.
1.- Fil d'électrode pour le soudage et le rechar- gement de la fonte grise, comportant une gaine d'acier remplie d'un mélange de poudres comprenant du graphite, du ferrosili- cium, du ferromanganèse, du ferrotitane, de l'aluminium et du fer en poudre, caractérisé par le fait que le mélange de poudres dont il est garni contient, outre les constituants indiqués de la calamine de fer, et qu'en tant que graphite on utilise du graphite argenté.