CH399138A - Procédé de soudage de la fonte, installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, et pièce soudée obtenue par ce procédé - Google Patents
Procédé de soudage de la fonte, installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, et pièce soudée obtenue par ce procédéInfo
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Description
Procédé de soudage de la fonte, installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, et pièce soudée obtenue par ce procédé La présente invention a .pour objets un nouveau procédé pour souder entre elles deux sections de fonte ou une section de fonte avec de l'acier, et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Avant la présente invention, on estimait presque indispensable lors du soudage :de la fonte, :d'éviter un refroidissement rapide de la soudure et l'on re commandait à cet effet de recouvrir toute la pièce de fonte d'une matière isolante :telle que l'amiante pour empêcher tout refroidissement brusque de la zone de soudure.
De surcroît, pour les soudures destinées à supporter .de gros, efforts, la pièce entière devait être immédiatement soulagée des tensions internes après soudage en élevant sa température jusqu'à 600e C environ et en la maintenant à cette tempéra ture pendant au moins 20 à 30 minutes par centi mètre d'épaisseur, après quoi la vitesse de refroidis sement ne devait pas dépasser 28 à 301, C par heure jusqu'à ce que la soudure ait été refroidie jusqu'à 370 C au moins.
Cette manière de procéder était coûteuse et exigeait beaucoup trop :de temps, et même si toutes les conditions prescrites ou recom mandées étaient observées, il n'était pas toujours possible d'éviter la fissuration des premiers cordons de soudure, inconvénient qu'il importe d'éliminer<B>à</B> tout prix pour obtenir un joint parfait.
La présente invention vise à remédier à ces in convénients en fournissant un procédé et une ins tallation permettant un soudage rapide tout en assu rant une haute résistance :du joint et en réduisant considérablement les risques de fissuration.
Le procédé .de soudage de la .fonte que comporte l'invention est caractérisé en ce qu'on applique des courants intenses et concentrés -de chaleur aux sur faces du métal de base à joindre pour les chauffer et les rendre rugueuses, en ce qu'on dépose sur ces surfaces rugueuses une .mince couche d'un premier métal d'apport pour soudure compatible avec la fonte de façon à combler au moins en partie les cavités ainsi produites, et en @ce qu'on joint les sur faces ainsi préparées en :déposant entre elles, en plusieurs passes, un second métal d'apport pour sou dure compatible avec la fonte et ayant une :
teneur totale de carbone non d issous ne dépassant pas: 1 %, chaque dépôt partiel ,du second métal précité étant brusquement refroidi après chaque passe.
La première phase .du procédé consiste, dans une forme préférée d'exécution, à appliquer aux surfaces de fonte ou d'acier à assembler un procédé d'érosion à chaud tel que ceux faisant usage d'élec trodes à gouger ou à chanfreiner, afin de chauffer et en même temps de rendre rugueuses ces surfaces en y creusant des cavités ou de préférence, des striures qui augmentent la surface d'accrochage de la soudure. Des électrodes à gouger à enrobage exo thermique du type de celles décrites dans le brevet américain No 2761796 peuvent être avantageusement utilisées à cet effet.
Ces stries peuvent être, par exemple, creusées sur les faces du V que forment les bords d'un joint préalablement chanfreiné de façon usuelle.
La deuxième phase @du procédé consiste à dé poser sur les surfaces rugueuses, par exemple striées, obtenues dans la première .-phase, une mince couche d'un métal pour soudure compatible avec la fonte, de façon à combler, au moins en partie, les cavités ou les stries. Ce dépôt peut être effectué au moyen d'une électrode connue sous la dénomination, com merciale Castotrode B et de préférence en procédant par pulvérisation pour amoindrir la pénétration et l'échauffement du métal de base.
Cette fine couche de métal qui peut être, de préférence très mince, par exemple moins de 1,5 mm pour de grosses pièces, sert de tampon entre le métal de base et le métal d'apport destiné à réaliser le joint proprement dit, dans la troisième phase du procédé.
Cette troisième phase du procédé consiste dans la formation du joint proprement dit entre les sur faces striées et apprêtées comme indiqué ci-dessus. Ce joint est constitué par une seconde soudure mé tallique spéciale, capable de se lier fortement avec la fonte et l'acier dont la teneur totale en carbone est inférieure à 10/o sous sa forme non dissoute. Les coin- posés à forte teneur de nickel sont particulièrement aptes à cet usage.
Le joint doit être formé en plu sieurs passes successives, de préférence sous forme de cordon et être refroidi brusquement après le dé pôt de chaque cordon de métal .d'apport, par exem pte en 1c trempant dans l'eau ou de la saumure, ou par l'application d'un chiffon mouillé, ou encore par celle d'un jet d'air froid.
Ce refroidissement brusque dont le résultat inattendu est de réduire à un mini mum le danger de fissuration et de conférer au joint de remarquables qualités de ductilité et de résistance, constitue l'une des caractéristiques essentielles du procédé selon l'invention. II faut noter que ce re froidissement brusque (quenching) peut aussi bien être obtenu par l'action d'un milieu gazeux ou d'un milieu liquide autre que les milieux aqueux sus- mentionnés. Par exemple, on peut projeter sur la zone de jonction un courant d'air froid comprimé ou un courant d'un gaz inerte tel que l'argon ou l'hélium.
Dès que la surface de la soudure cesse d'émettre de la vapeur résultant du refroidissement brusque par milieu aqueux, on peut déposer un autre cor don de soudure sur ou à côté du premier.
Pour des raisons encore incomplètement expli quées, les tensions résiduelles dans la zone de jonc tion sont fortement réduites.
Le procédé selon l'invention s'est révélé extrême ment avantageux pour la préparation de nombreux genres de pièces de fonte telles que roues, engre nages, bâtis, carters, blocs moteurs et pompes.
Un type d.- soudure très efficace pour la confec tion du joint final se présente, par exemple, sous forme d'une électrode déposant son métal d'apport par transfert du type à pulvérisation. Ce type de soudure à l'arc provoque une pénétration et une dilution bien moins forte du métal de base qu'une électrode qui effectue un transfert du type globu laire ; en choisissant convenablement le noyau et les substances d'enrobage, on peut obtenir un dépôt du métal d'apport sous des intensités relativement fai bles, par exemple de 60 à 130 ampères.
Le noyau d'une telle électrode peut avoir la composition sui vante
EMI0002.0011
Nickel <SEP> <B>...... <SEP> ....</B> <SEP> 95 <SEP> à <SEP> 99 <SEP> /o <SEP> en <SEP> poids <SEP> solde <SEP> 01/o <SEP> optimum
<tb> Chrome <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>.............</B> <SEP> 0,20 <SEP> à <SEP> 1,0 <SEP> <I>11/0</I> <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,35 <SEP> 0/o <SEP> optimum
<tb> Manganèse <SEP> <B>..... <SEP> .......</B> <SEP> 0,35 <SEP> à <SEP> 1,5 <SEP> <B>%</B> <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,50 <SEP> 0/0 <SEP> optimum
<tb> Carbone <SEP> . <SEP> <B>------------</B> <SEP> 0,40 <SEP> à <SEP> 0,90 <SEP> 0in <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,80 <SEP> 0/" <SEP> optimum Ce métal d'apport peut être utilisé sous forme d'une baguette de 3<I>mm</I> de diamètre environ, nue ou enrobée de flux pour atteindre un diamètre total de 4 mm environ.
Un enrobage approprié à ce noyau peut se pré parer comme suit On prépare d'abord un mélange intime des substances suivantes en poudre sèche
EMI0002.0012
Graphite <SEP> .. <SEP> kg <SEP> 7,200
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> barium <SEP> kg <SEP> 23,200
<tb> Silicium <SEP> kg <SEP> 3,400
<tb> Bioxyde <SEP> de <SEP> manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> kg <SEP> 4,500
<tb> Alliage <SEP> ferrochrome <SEP> . <SEP> _ <SEP> kg <SEP> 2,250
<tb> Alliage <SEP> ferro-silicium <SEP> kg <SEP> 2,250
<tb> Alliage <SEP> désoxydant <SEP> kg <SEP> 2,250 La poudre de silicium utilisée a une grosseur de particules comprise entre 80 et 100 mailles par ".
L'alliage désoxydant contient 4.00/o de fer, 201% d'aluminium, 200/o de manganèse et 200/ü .de sili cium.
On fait ensuite un mélange intime de
EMI0002.0017
2-éthylhexanol <SEP> (antimousse) <SEP> . <SEP> . <SEP> g1 <SEP> 50
<tb> Aerosol <SEP> 251)/o-> <SEP> (produit <SEP> mouillant) <SEP> <B>c</B>ar <SEP> 28
<tb> Silicate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 30 <SEP> Bé <SEP> kg <SEP> 36 On ajoute le premier mélange au second et l'on brasse le tout soigneusement de façon à former une pâte homogène semi-fluide. Cette pâte constitue un enrobage qui peut être appliqué de façon usuelle au noyau susmentionné. Elle forme un revêtement exceptionnellement lisse, compact et homogène, d'épaisseur uniforme, sans trous ni autres défauts.
L'enrobage peut avoir une composition comprise entre les limites suivantes
EMI0002.0020
Graphite <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 30 <SEP> 0/" <SEP> en <SEP> poids
<tb> Carbonates <SEP> de <SEP> métaux
<tb> alcalino-terreux <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 60 <SEP> "!/o <SEP> en <SEP> poids
<tb> Silicium <SEP> métallique
<tb> en <SEP> poudre
<tb> (80 <SEP> à <SEP> 120 <SEP> mailles) <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> 0/" <SEP> en <SEP> poids
<tb> Oxydes <SEP> de <SEP> métaux <SEP> lourds
<tb> choisis <SEP> parmi <SEP> un
<tb> groupe <SEP> comprenant
<tb> le <SEP> bioxyde <SEP> de
<tb> manganèse <SEP> et
<tb> l'oxyde <SEP> de <SEP> plomb <SEP> 2,5 <SEP> à <SEP> 25 <SEP> 0,/o <SEP> en <SEP> poids
<tb> Alliages <SEP> ferreux
<tb> désoxydants <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 30 <SEP> 0,
'o <SEP> en <SEP> poids Ces substances sont intimement mélangées avec une solution aqueuse concentrée d'un silicate de mé ta] alcalin, contenant es quantités suffisantes d'un agent mouillant et d'un agent antimousse, cette solu- tion étant employée en quantité suffisante pour don ner à l'enrobage une consistance crémeuse à pâteuse.
Pour le noyau on peut aussi utiliser un alliage ferro-nickel du type suivant
EMI0003.0001
Nickel <SEP> ------------ <SEP> 48 <SEP> à <SEP> 60 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <SEP> ; <SEP> optimum <SEP> : <SEP> solde
<tb> Fer <SEP> <B>..... <SEP> .............</B> <SEP> 40 <SEP> à <SEP> 52 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <SEP> ; <SEP> optimum: <SEP> 45
<tb> Manganèse <SEP> . <SEP> <B>..... <SEP> ................</B> <SEP> 0,35 <SEP> à <SEP> 1,50 <SEP> 0/o <SEP> .en <SEP> poids <SEP> ; <SEP> optimum: <SEP> 0,50
<tb> Carbone <SEP> <B>.......</B> <SEP> 0,40 <SEP> à <SEP> 0,90 <SEP> 0/o_ <SEP> en <SEP> poids <SEP> ; <SEP> optimum: <SEP> 0,80
<tb> ou <SEP> encore <SEP> un <SEP> alliage <SEP> monel <SEP> du <SEP> type <SEP> suivant
<tb> Nickel <SEP> <B>.................</B> <SEP> 58 <SEP> à <SEP> 65 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <SEP> ; <SEP> optimum <SEP> :
<SEP> solde
<tb> Cuivre <SEP> <B>.................</B> <SEP> . <SEP> 35 <SEP> à <SEP> 42 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <SEP> ; <SEP> optimum: <SEP> 38
<tb> Manganèse <SEP> <B>.........</B> <SEP> 0,35 <SEP> à <SEP> 1,50 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <SEP> ; <SEP> optimum <SEP> : <SEP> 0,50
<tb> Chrome <SEP> <B>...... <SEP> ...............</B> <SEP> .. <SEP> 0,40 <SEP> à <SEP> 0,90 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <SEP> ; <SEP> optimum: <SEP> 0,80 Tous ces noyaux métalliques peuvent être utili sés avec les enrobages décrits ci-dessus pour fournir des électrodes enrobées donnant .d'excellents résultats dans la troisième phase du ;procédé décrit. Ces com posés peuvent aussi être utilisés sous forme de ba guettes pour soudure au chalumeau à gaz, avec ou sans flux approprié.
Claims (1)
- REVENDICATION I Procédé de soudage de la fonte, caractérisé en ce qu'on applique des courants intenses et concen trés de chaleur aux surfaces du métal de base à joindre pour les chauffer et les rendre rugueuses, en ce qu'on dépose sur ces surfaces rugueuses une mince couche d'un premier métal :d'apport pour sou- dur;, compatible avec la fonte, de façon à combler au moins en partie les cavités superficielles ainsi produites, et en ce qu'on joint les surfaces ainsi pré parées en déposant entre elles, en plusieurs passes, un second métal d'apport pour soudure compatible avec la fonte et ayant une teneur totale de carbone non dissous ne dépassant pas 10/0 , chaque dépôt partiel du second métal précité étant brusquement refroidi après chaque passe. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le refroidissement brusque est effectué par application d'un milieu liquide à la zone de soudure, par exemple de l'eau ou de la saumure. 2.Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le refroidissement brusque est effectué par application d'un milieu gazeux à la zone de sou dure, par exemple d'un jet d'air ou -d'un gaz inerte. 3. Procédé suivant la revendication I et la sous- revendication 1, caractérisé en ce que le refroidisse ment brusque est effectué par trempage ou par l'ap plication d'un linge mouillé. 4. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que les courants de chaleur sont appliqués au moyen d'une électrode à Bouger ou à chanfreiner. 5.Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'on rend rugueuses les surfaces adjacentes d'une rainure en V préalablement pratiquée dans la pièce à souder. 6. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que la soudure est déposée par pulvérisation, de façon à réduire la chaleur, la distorsion et les tensions dans la zone de jonction. 7. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'on utilise .comme second métal d'apport un alliage au nickel. 8.Procédé suivant la revendication I et la sous- revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise comme second métal d'apport un alliage contenant au moins 95 0/o en poids de nickel, pas plus de 1,00/o en poids de carbone, et le reste d'agents de liaison métallurgique-ment compatibles avec la fonte et ledit alliage. 9. Procédé suivant la revendication I et la sous revendication 8, caractérisé en ce que le reste sus mentionné contient tu manganèse et .du chrome. 10.Procédé suivant la revendication I et les sous-revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'on utilise comme second métal d'apport un alliage ayant les teneurs suivantes EMI0003.0020 Nickel <SEP> 95 <SEP> à <SEP> 99 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Chrome <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,20 <SEP> à <SEP> 1,0 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,35 <SEP> à <SEP> <B><I>1,50</I></B> <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Carbone <SEP> <B>----</B> <SEP> 0,40 <SEP> à <SEP> <B>0,9011/o</B> <SEP> en <SEP> poids 11.Procédé suivant la revendication I et les sous-revendications 8, 9 et 10, caractérisé en ce qu'on utilise le métal d'apport sous forme d'une électrode comprenant un noyau ayant la composition spécifiée dans la sous-revendication 10 enrobée d'un produit contenant EMI0003.0023 Graphite <SEP> <B>...........</B> <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 300/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Carbonates <SEP> de <SEP> métaux <tb> alcalino-terreux <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 60'0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Silicium <SEP> métallique <tb> en <SEP> poudre <tb> (80 <SEP> à <SEP> 120 <SEP> mailles) <SEP> - <SEP> .<SEP> 5 <SEP> à <SEP> 20'0/o <SEP> en <SEP> poids EMI0004.0000 Oxydes <SEP> de <SEP> métaux <SEP> lourds, <tb> notamment <SEP> bioxyde <tb> de <SEP> manganèse <SEP> et <tb> oxyde <SEP> de <SEP> plomb <SEP> <B>---</B> <SEP> 2,5 <SEP> à <SEP> 25,0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Alliages <SEP> ferreux <SEP> désoxydants <SEP> 3,0 <SEP> à <SEP> 30,0/o <SEP> en; <SEP> poids 12.Procédé suivant la revendication I, carac térisé en ce qu'on utilise comme second métal d'ap port un alliage contenant EMI0004.0001 Nickel <SEP> <B>------</B> <SEP> 48 <SEP> à <SEP> 60 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Fer <SEP> 40 <SEP> à <SEP> 52 <SEP> '0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Manganèse <SEP> 0,35 <SEP> à <SEP> <B>1,50</B> <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Carbone <SEP> <B>....</B> <SEP> 0,40 <SEP> à <SEP> 0,90 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids 13.Procédé suivant la revendication I, carac térisé en ce qu'on utilise comme second métal d'ap port un alliage contenant EMI0004.0002 Nickel <SEP> <B>----</B> <SEP> 58 <SEP> à <SEP> 65 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Cuivre <SEP> 35 <SEP> à <SEP> 42 <SEP> 0/o <SEP> en <SEP> poids <tb> Manganèse <SEP> . <SEP> .<SEP> 0,35 <SEP> à <SEP> <B>1,50</B> <SEP> 1% <SEP> en <SEP> poids <tb> Chrome <SEP> 0,40 <SEP> à <SEP> 0,90'0/o <SEP> en <SEP> poids REVENDICATION II Installation pour la mise en ouvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une électrode à gouger ou à chanfreiner, une électrode à souder .composée au moins en partie d'un métal d'apport métallurgiquement compatible avec la fonte et dimensionnée de façon à déposer ledit métal d'apport dans les cavités produites par l'électrode à gouger, une électrode à souder de plus fortes dimensions composée au moins en partie d'un métal d'apport métallurgiquement compatible avec la fonte et ayant une teneur totale de carbone ne dépassant pas 1,00/o,et des moyens pour refroidir brusquement les :dépôts successifs de la seconde électrode. REVENDICATION<B>111</B> Pièce -de fonte soudée obtenue par le procédé suivant la revendication I et au moyen de l'installa tion suivant la revendication II.
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