Procédé de soudure à l'arc sous la protection de gaz La présente invention a pour objet un pro cédé de soudure à l'arc, sous la protection de gaz, qui peut être utilisé notamment pour sou der des métaux ferreux tels que les aciers inoxy dables et les aciers au carbone, avec un mé tal d'apport, plus spécialement avec une den sité de courant relativement élevée.
Le gaz généralement utilisé en soudure à l'arc avec métal d'apport est l'argon ou l'hé lium. Toutefois, on a récemment trouvé inté ressant, pour la soudure d'acier au carbone par ce procédé, d'utiliser de l'argon conte nant un peu d'oxygène, par exemple de 1 à 10 0/o d'oxygène. On a aussi proposé d'utiliser un mélange d'hélium et d'argon comme gaz de protection quand on soude avec une électrode en métal réfractaire non consumable, par exem ple une électrode en tungstène ou en tungstène thorié. Mais il est impossible de prédire si une telle proposition conviendrait pour la soudure avec une électrode en métal fusible.
Dans une étude de recherche portant sur divers gaz et mélanges de gaz de protection convenant pour la soudure d'acier au carbone cémenté, trempé à demi et trempé à coeur, il a été découvert qu'on obtient des perfec tionnements entièrement inattendus avec un gaz de protection consistant en un mélange d'hélium, d'argon et d'anhydride carbonique. Par exemple, un gaz de protection d'arc com posé d'un mélange de 80 0/o d'hélium, 15 0/0 d'argon et 5 0/o d'anhydride carbonique pro duit un arc calme, exempt d'éclats, donnant un cordon de soudure satisfaisant.
Suivant la présente invention, -le procédé de soudure à l'arc sous la protection de gaz, dans lequel on établit un arc entre une pièce à souder et une électrode en métal fusible est ca ractérisé en ce que lazone de soudure est protégée par un courant de gaz consistant en un mélange comprenant 40 0/o à 80 0/o d'hélium, 3 à 10 0/o d'anhydride carbonique, et de l'argon pour le reste.
On a découvert que, pour la soudure d'acier au carbone, par exemple, le gaz protec teur qui convient le mieux contient 40 - 80 0/o d'hélium, 3 - 5 0/o d'anhydride carbonique et le restant d'argon. L'anhydride carbonique a une influence stabilisatrice sur le comporte ment de l'arc, quand il est mélangé à l'hélium et à l'argon dans des proportions ne dépassant pas 10 '0/o de C02.
Des essais de soudure ont été faits pour des cordons de soudure en une seule passe sur une plaque d'acier au carbone épaisse de 6,35 mm, avec une électrode consistant en fil de soudure courant de 1,59 mm de diamètre, contenant 0,12 0/o de carbone, 1,0 à 1,2 0/o de manganèse, 0,25 0/o de silice, 0,35 0/o de chrome, pas plus de 0,015 0/o de soufre, le reste étant du fer. On a utilisé, pour la pro tection de la zone de soudure, divers mélan ges gazeux hélium-argon-anhydride carbonique, contenant respectivement 3, 5 et 10 0/o d'an hydride carbonique.
Des cordons de soudure ont été réalisés à la vitesse de 63,5 et<B>127</B> cm par minute, avec du courant continu à polarité inverse, c'est-à- dire avec électrode positive, et à la vitesse de 63,5 cm par minute, avec du courant continu à polarité directe, c'est-à-dire avec électrode négative. La vitesse de 63,5 cm a été choisie parce qu'elle représente le maximum utilisable pour obtenir de bonnes soudures sur des pla ques d'acier épaisses de 6,35 mm et qu'elle représente aussi à peu près le maximum pour la soudure à la main.
Quoique le courant d'arc ait été constant pour une vitesse et une polarité de soudure données, certaines variations de la tension d'arc ont été notées. On a choisi la tension donnant le meilleur fonctionnement avec chaque mélange de gaz de protection.
Les cordons de soudure d'essai devaient avoir une pénétration un peu supérieure à la moitié de l'épaisseur de la plaque, soit 3,18 mm et un rapport largeur-hauteur de quatre ou plus. Une dilution convenable est de 50 0/0 ou plus. La dilution est le rapport entre la sur face de métal de base fondu et la surface fon due totale dans la section transversale du cordon. Ces conditions s'appliquent à une soudure en deux passes, assemblage à plat.
Des cordons de soudure acceptables ont été réalisés à la vitesse de 127 cm par minute, avec 3 et 5 0/0 de C02, et même 10 0/o de C02, mais dans ce dernier cas, il se produit une légère porosité le long de la ligne médiane. La qualité du cordon de soudure augmente quand on accroît le pourcentage d'hélium jusqu'à 70 0/o, un cordon excellent étant obtenu avec 80 0/o d'hélium, quoiqu'il y ait alors trace de crachement. Il est recommandé, pour la sou dure de l'acier doux avec du courant continu à polarité directe, d'utiliser un mélange de 70 0/o d'hélium, 25 0/o d'argon et 5 0/o de C02.
La dilution et le rapport hauteur-largeur du cordon de soudure montrent que la plupart de ces soudures ont des sections transversales satisfaisantes. Avec de tels mélanges, le fonc tionnement de l'arc est remarquablement sta ble, avec très peu de crachement. L'addition d'anhydride carbonique au mélange hélium- argon augmente la stabilité de l'arc et réduit le crachement.
L'égalité de la surface de sou dure et la stabilité de l'arc sont considérable ment meilleures que dans le cas de cordons comparables obtenus avec le mélange oxygène- argon. La stabilité d'arc et la souplesse de fonc tionnement plus grandes font que l'utilisation de mélange hélium-argon-anhydride carboni que est idéale pour les opérations de soudure en zigzag à la main.
Le procédé décrit convient évidemment aussi pour la soudure d'autres métaux, com me les aciers inoxydables et les aciers au car bone.
Arc welding process under the protection of gas The present invention relates to an arc welding process under the protection of gas, which can be used in particular to weld ferrous metals such as stainless steels. steels and carbon steels, with a filler metal, more especially with a relatively high current density.
The gas generally used in arc welding with filler metal is argon or helium. However, it has recently been found advantageous for the welding of carbon steel by this process to use argon containing a little oxygen, for example from 1 to 10% oxygen. It has also been proposed to use a mixture of helium and argon as shielding gas when welding with a non-consumable refractory metal electrode, for example a tungsten or thoriated tungsten electrode. But it is impossible to predict whether such a proposal would be suitable for welding with a fusible metal electrode.
In a research study of various shielding gases and gas mixtures suitable for welding case-hardened, half-hardened and through-hardened carbon steel, it was discovered that entirely unexpected improvements are achieved with a gas. protection consisting of a mixture of helium, argon and carbon dioxide. For example, an arc shielding gas composed of a mixture of 80% helium, 15% argon and 5% carbon dioxide produces a calm arc, free of gas. splinters, giving a satisfactory weld bead.
According to the present invention, the process of arc welding under the protection of gas, in which an arc is established between a part to be welded and a fusible metal electrode is characterized in that the weld area is protected by a gas stream consisting of a mixture comprising 40 0 / o to 80 0 / o helium, 3 to 10 0 / o carbon dioxide, and argon for the remainder.
It has been found that for welding carbon steel, for example, the most suitable shielding gas contains 40 - 80% helium, 3 - 5% carbon dioxide and the remainder of 'argon. Carbon dioxide has a stabilizing influence on the behavior of the arc, when it is mixed with helium and argon in proportions not exceeding 10% of CO 2.
Welding tests were made for single pass weld beads on a 6.35mm thick carbon steel plate, with an electrode consisting of 1.59mm diameter common weld wire, containing 0 , 12 0 / o carbon, 1.0 to 1.2 0 / o manganese, 0.25 0 / o silica, 0.35 0 / o chromium, not more than 0.015 0 / o sulfur, the rest being iron. Various helium-argon-carbon dioxide gas mixtures containing 3, 5 and 10% carbon dioxide, respectively, were used for the protection of the weld zone.
Welding beads were produced at a speed of 63.5 and <B> 127 </B> cm per minute, with direct current with reverse polarity, that is to say with positive electrode, and at the speed 63.5 cm per minute, with direct current with direct polarity, that is to say with negative electrode. The 63.5 cm speed was chosen because it represents the maximum that can be used to achieve good welds on 6.35 mm thick steel plates and is also about the maximum for welding. by hand.
Although the arc current was constant for a given weld speed and polarity, some variations in the arc voltage were noted. The voltage was chosen which gave the best operation with each mixture of shielding gas.
The test welds were to have a penetration slightly greater than half the thickness of the plate, or 3.18 mm, and a width-to-height ratio of four or more. A suitable dilution is 50% or more. Dilution is the ratio of the area of molten base metal to the total dark area in the cross section of the bead. These conditions apply to a two-pass weld, flat assembly.
Acceptable weld beads have been made at the speed of 127 cm per minute, with 3 and 5 0/0 of C02, and even 10 0 / o of C02, but in the latter case, a slight porosity occurs along from the midline. The quality of the weld bead increases when the percentage of helium is increased up to 70 0 / o, an excellent bead being obtained with 80 0 / o of helium, although there is then a trace of spitting. It is recommended, for the welding of mild steel with direct current with direct polarity, to use a mixture of 70 0 / o of helium, 25 0 / o of argon and 50 / o of C02.
The dilution and the aspect ratio of the weld bead show that most of these welds have satisfactory cross sections. With such mixtures, arc operation is remarkably stable, with very little spitting. The addition of carbon dioxide to the helium-argon mixture increases the stability of the arc and reduces spitting.
The equality of the hard solder surface and the stability of the arc are considerably better than in the case of comparable beads obtained with the oxygen-argon mixture. The greater arc stability and smoothness of operation make the use of helium-argon-carbon dioxide mixture ideal for hand zigzag welding operations.
The process described is obviously also suitable for the welding of other metals, such as stainless steels and carbon steels.