CH323389A - Arc welding process under the protection of gas. - Google Patents

Arc welding process under the protection of gas.

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CH323389A
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CH
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gas
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French (fr)
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Mckelvie Yenni Donald
Leroy Thomas Kenneth
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Union Carbide & Carbon Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/38Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area
    • B23K35/383Selection of media, e.g. special atmospheres for surrounding the working area mainly containing noble gases or nitrogen

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

  

  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.

 

Claims (1)

REVENDICATIONS I. Procédé de soudure à l'arc sous la pro tection de gaz, dans lequel on établit un arc entre une pièce à souder et une électrode en métal fusible, caractérisé en ce que la zone de soudure est protégée par un courant de gaz consistant en un mélange comprenant 40 à 80 0/o d'hélium, 3 à 10 0/o d'anhydride car bonique, et de l'argon pour le reste. II. Gaz de protection pour la mise en aeu- vre du procédé suivant la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'il consiste en un mélange comprenant 40 à 80 0/o d'hélium, 3 à 10 0/0 d'anhydride carbonique, et de l'argon pour le reste. CLAIMS I. A method 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, characterized in that the weld zone is protected by a current of gas consisting of a mixture comprising 40 to 80 0 / o of helium, 3 to 10 0 / o of carbonic anhydride, and argon for the remainder. II. Shielding gas for carrying out the process according to claim 1, characterized in that it consists of a mixture comprising 40 to 80% of helium, 3 to 10% of carbon dioxide, and argon for the rest. SOUS-REVENDICATION Gaz de protection suivant la revendication II, pour la soudure à l'arc en courant con tinu à polarité directe d'acier au carbone à l'aide d'une électrode en métal fusible, carac térisé en ce qu'il consiste en un mélange com prenant 70 0/o d'hélium, 5 0/o d'anhydride car bonique et 25 '0/o d'argon. SUB-CLAIM Shielding gas according to Claim II for direct polarity direct current arc welding of carbon steel using a fusible metal electrode, characterized in that it consists of: in a mixture comprising 70 0 / o of helium, 5 0 / o of carbonic anhydride and 25 '0 / o of argon.
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