Electrode à enrobage basique pour le soudage à l'arc électrique La présente invention a pour objet une électrode à enrobage basique pour le soudage à l'arc électrique d'une tôle verticale et d'une tôle horizontale en acier allié ou non allié, dans laquelle l'enrobage présente un coefficient de basicité supérieur à 2 et contient de la poudre métallique, des désoxydants, des fluidifiants fluo rés, et, comme composés à fonction chimique basique, des composés de magnésium et d'autres composés alca lino-terreux et/ou alcalins.
Dans le présent mémoire, on appelle - coefficient de basicité de l'enrobage d'une élec trode à enrobage basique, le rapport de la teneur totale de l'enrobage en constituants à fonction chimique basi que tels que les oxydes des métaux alcalins et des mé taux alcalino-terreux, y compris l'oxyde de magnésium, qui est parfois considéré par les soudeurs comme n'étant pas un oxyde de métal alcalino-terreux, à la teneur totale en constituants à fonction chimique acide tels que SiOo, TiO2 et ZrO2, exprimé en molécule- grammes ;
- rendement d'une électrode, le rapport exprimé en pour-cent du poids du métal de soudure déposé au poids de l'âme métallique fondue en même temps que l'en robage contenant de la poudre métallique ; - poudre métallique, la poudre de fer et éventuel lement de métaux d'alliage à incorporer dans le métal de soudure déposé.
On connaît des électrodes à enrobage basique du type susdit dans lesquelles les constituants à fonction chimique basique de l'enrobage sont constitués princi palement par des carbonates alcalino-terreux. Générale ment, le caractère basique de l'enrobage est assuré es sentiellement par du carbonate de calcium. Parfois, l'en robage contient également du carbonate<B>de</B> magnésium, mais dans ce cas, la proportion de ce carbonate est beaucoup plus faible que celle des autres carbonates al calino-terreux et vaut au maximum le tiers de ceux-ci. A l'aide d'électrodes basiques de ce type connu, on peut déposer du métal de soudure dont les caractéristi ques mécaniques sont très élevées.
En particulier, dans le cas d'acier non allié, on peut déposer des cordons de soudure dont la striction est supérieure à 70 % et dont la résilience à la température ambiante et à basse tempé rature est satisfaisante. La résilience Charpy U F à 200 C est par exemple supérieure à 14 kgm/cm2 et la résilience Charpy V à - 30 C supérieure à 3,5 kgm/cm2.
Malheureusement, ces valeurs sont obtenues de façon très irrégulière, les valeurs convenables étant parfois remplacées- par des valeurs fortement moins bonnes, sans qu'on ait cessé d'opérer comme dans le cas où les valeurs étaient bonnes.
En outre, ces électrodes basiques connues ne sont pratiquement utilisables que pour le soudage de tôles chanfreinées, placées bout à bout et laissant subsister entre elles un joint en V. Si on essaye de souder une tôle verticale à une tôle horizontale à l'aide de ces électrodes, le cordon de soudure obtenu est irrégulier d'un endroit à un autre. Au lieu d'avoir une section transversale sen siblement triangulaire, ce cordon de soudure présente au milieu de sa largeur une crête plus ou moins pronon cée. En outre, la tôle verticale présente souvent une diminution d'épaisseur au-dessus du cordon de soudure. Cette diminution d'épaisseur est généralement appelée morsure .
Les électrodes basiques connues présentent aussi l'inconvénient de fondre plus lentement que les électro des à enrobage neutre ou acide. Enfin, l'enlèvement du laitier qu'elles déposent est généralement malaisé, sur tout lorsque l'angle du chanfrein dans lequel le métal de soudure a été déposé était inférieur à 90 .
Pour remédier aux inconvénients de ces électrodes basiques, on a proposé de diminuer le coefficient de basicité de l'enrobage en incorporant à celui-ci des quantités relativement importantes d'oxydes à caractère acide tels que par exemple TiO2 et ZrO2. On a, par exemple, fabriqué des électrodes dont le coefficient de basicité était inférieur à 1,5, ce qui a entraîné une dimi nution des propriétés mécaniques du métal déposé. Dans le cas d'acier non allié, la striction peut tomber à 55 0/0 et la résilience Charpy U F à -f- 200 C peut descendre jusqu'à 12 kgm/cm2, tandis que la résilience Charpy V à - 300 C est souvent inférieure à 3,5 kgm/cm2.
Un autre inconvénient grave de ces électrodes est le très grand écart que l'on constate entre les valeurs des rési liences. Il n'est pas rare de constater que la résilience Charpy V à - 300 C varie de 1 à 20 kgm/cm2 pour des éprouvettes prélevées dans des cordons de soudure ob tenus avec des électrodes provenant d'un même paquet.
La présente invention a comme objet une électrode de soudage qui ne présente pas les inconvénients des électrodes connues dont l'enrobage a un coefficient de basicité supérieur à 2 et qui possède tous les avantages de ces dernières.
L'électrode basique selon l'invention est caractérisée en ce que son enrobage présente simultanément les par ticularités suivantes 1o) il contient suffisamment de poudre métallique pour que le rendement de l'électrode soit supérieur à 15010/o ; 20) son diamètre extérieur vaut au moins 1,9 fois son diamètre intérieur, 30) parmi les composés à fonction chimique basique qu'il contient, il y a plus de composés de magnésium que la somme d'autres composés alcalino-terreux et alcalins.
Une telle électrode donne lieu au dépôt d'un métal de soudure dont les propriétés mécaniques sont très éle vées puisque le coefficient de basicité est supérieur à 2. Elle permet le soudage d'une tôle verticale à une tôle horizontale au moyen d'un cordon bien lisse et régu lier dont la section transversale est approximativement celle d'un triangle isocèle à base légèrement bombée. De plus, la liaison de ce cordon avec les tôles a lieu sans provoquer de morsure dans celles-ci. En outre, la vitesse de fusion de ces électrodes est supérieure à celle des électrodes dans lesquelles le même coefficient de basicité est assuré totalement ou en très grande partie par du carbonate de calcium. Enfin, le laitier peut être enlevé facilement et se détache parfois de lui-même.
Si, dans une électrode basique, on réalisait un coeffi cient de basicité de l'enrobage supérieur à 2, grâce à une proportion prépondérante de carbonate de magné sium parmi tous les composés basiques, si l'enrobage ne contenait pas de poudre métallique et si le diamètre de l'enrobage était tel que la quantité de laitier formée ne soit pas surabondante et ne gêne pas la surveillance de l'opération de soudage, par exemple, si le diamètre de l'enrobage ne dépassait pas 1,6 fois le diamètre de l'âme métallique enrobée, la morsure dans la tôle verti- cale serait beaucoup trop forte et l'arc crépiterait inten sément.
On pourrait atténuer progressivement ces deux dé fauts en augmentant progressivement le rapport du dia mètre extérieur au diamètre intérieur de l'enrobage sans introduire de poudre métallique dans l'enrobage rendu basique principalement par du carbonate de magnésium. Mais, lorsque le rapport susdit des diamètres extérieur et intérieur de l'enrobage serait supérieur à 1,9, la quan tité de laitier produite serait si importante que la con duite de l'opération de soudage serait rendue très diffi cile.
Si on augmentait progressivement le rapport susdit des diamètres de l'enrobage depuis 1,6 jusqu'à 1,9 et si on introduisait en même temps dans l'enrobage une quantité de plus en plus grande de poudre métallique telle que la quantité de laitier produite ne gêne pas la conduite de l'opération de soudage, on améliorerait l'électrode, mais la morsure dans la tôle verticale reste rait trop forte, l'arc crépiterait encore intensément et les projections de métal à l'extérieur du bain de sou dure seraient encore trop importantes.
Ce n'est que lorsque la quantité de poudre métalli que est suffisante pour que le rendement de l'électrode soit supérieur à 150 10/o et que lorsque le rapport du dia mètre extérieur au diamètre intérieur de l'enrobage est supérieur à 1,9 que l'électrode basique à coefficient de basicité supérieur à 2 assuré principalement par un ou des composés de magnésium ne présente pas les défauts dont il a été question ci-dessus.
La proportion de composés de magnésium par rap port aux autres composés à fonction chimique basique vaut avantageusement au moins deux.
De préférence, la presque totalité des composés à fonction chimique basique est constituée par des compo sés de magnésium.
Quand il est question dans le présent mémoire d'as surer un coefficient de basicité au moins égal à deux, principalement par un ou des composés de magnésium, cela veut dire que le poids de carbonate de magnésium et/ou d'oxyde de magnésium est supérieur au poids de carbonate et/ou d'oxyde des autres métaux alcalino- terreux et des métaux alcalins.
L'enrobage de l'électrode selon l'invention peut con tenir, en plus de la silice, des oxydes acides tels que TiO2 et ZrO2, mais la proportion de ces constituants doit rester relativement faible afin que le coefficient de basicité reste supérieur à 2.
Des électrodes selon l'invention ont avantageusement des enrobages formés par des mélanges de poudres sè ches répondant aux compositions suivantes, auxquels, pendant la préparation de l'enrobage, on a associé, dans la proportion de 10 à 25'0/o du poids des mélanges de poudres sèches, une solution aqueuse à 35() Baumé, d'un -ou de plusieurs silicates alcalins. Ces compositions sont données pour des électrodes dont le rendement est approximativement de 150 0/0, de 200 01o et de 250'0/o.
EMI0002.0024
Rendement <SEP> <B>..................................
<SEP> <I>150101,0</I></B> <SEP> 200% <SEP> <B>2500/0</B>
<tb> Eléments <SEP> métalliques <SEP> .......................... <SEP> 55-65% <SEP> 65 <SEP> - <SEP> 75 <SEP> 01o <SEP> 70-800/o
<tb> Désoxydants <SEP> <B>.......</B> <SEP> . <SEP> <B>........................</B> <SEP> 6-12% <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 10/o <SEP> 6-12%
<tb> <B>MgCO3</B> <SEP> et/ou <SEP> <U>Mg</U> <SEP> <B>,0 <SEP> ............................</B> <SEP> 10-20,0/0 <SEP> 7,5 <SEP> - <SEP> 17,5 <SEP> 0/0 <SEP> 5-150/o
<tb> Fluorures <SEP> (alcalins, <SEP> alcalino-terreux, <SEP> Mg, <SEP> Alou <SEP> cryolithe) <SEP> <B><I>5-10010</I></B> <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> '0/0 <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 6%
<tb> TiO2, <SEP> ZrO2 <SEP> sous <SEP> toutes <SEP> ses <SEP> formes <SEP> ................
<SEP> 0 <SEP> - <SEP> 5'01o <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 0/0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 3'0/o
<tb> CaC03 <SEP> <B>.........................</B> <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 10'0/o <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 7,50/o <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 5'01o
<tb> Argile, <SEP> kaolin, <SEP> bentonite, <SEP> matières <SEP> organiques <SEP> <B>........</B> <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 5'0/o <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> 0/0 <SEP> 0 <SEP> - <SEP> 310/0 Selon que le rendement doit être de 150 0/o, de 200'0/o ou de 250 0/0, on applique la pâte obtenue après mélange avec le liant sur une épaisseur telle que le rapport du diamètre extérieur au diamètre intérieur de l'enrobage soit compris respectivement entre 1,9 et 2,2, entre 2,1 et 2,4 ou entre 2,3 et 2,6.
Si le rapport des diamètres extérieur et intérieur de l'enrobage est voisin de la limite inférieure indiquée pour chaque rendement, on a intérêt à employer de l'oxyde de magnésium plutôt que du carbonate de ma gnésium et inversement quand le rapport susdit est voisin de la limite supérieure.
Les poudres métalliques utilisées dépendent évidem ment de la nature du métal de soudure que l'on veut déposer. Les quantités de poudre de fer, de chrome, de nickel, de molybdène, de tungstène, de manganèse et/ou de ferro-alliages de ces métaux doivent être adaptées à la nature des tôles à souder. Par exemple, pour le sou dage d'acier inoxydable à 180/o de chrome et 8 0/o de nickel, on utilise un mélange de poudres de fer, de chrome et de nickel ou de poudres de fer, de ferro- chrome et de ferro-nickel.
Les désoxydants peuvent être choisis parmi les ferro- alliages tels que Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Ti, Fe-Si-Ti ou parmi les métaux tels que Mn, Si, Ti, Al, Mg, Ca pris indivi duellement ou en association.
Pour le soudage des aciers doux, on a obtenu des résultats particulièrement favorables en partant du mé lange de poudres sèches suivant
EMI0003.0004
Fer <SEP> en <SEP> poudre <SEP> <B>..........</B> <SEP> . <SEP> <B>...</B> <SEP> 69 <SEP> 0/o
<tb> Fe-Si <SEP> à <SEP> 45 <SEP> 0/o <SEP> Si <SEP> <B>............</B> <SEP> 3,5'0/o
<tb> Fe-Mn <SEP> à <SEP> 90 <SEP> '0/o <SEP> Mn <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>......</B> <SEP> 5 <SEP> '0/o
<tb> +-MgCO3 <SEP> .................. <SEP> 14 <SEP> '0/o
<tb> CaF2 <SEP> ....................
<SEP> 5,5'010
<tb> Bentonite <SEP> <B>4</B>- <SEP> alginate <SEP> <B>........</B> <SEP> <U>3 <SEP> '0/o</U>
<tb> 100 <SEP> '0/0 A ce mélange sec, on a ajouté, pendant la prépara tion de l'enrobage, 21'0/0 de son poids d'un liant consti tué par une solution aqueuse à 350 Baumé comprenant des poids égaux de silicate de potassium et de silicate de sodium.
Pour réaliser des électrodes à 200,0/o de rendement, on a appliqué la pâte ainsi obtenue sur un fil d'acier doux de 5 mm de diamètre, en une couche telle que le diamètre extérieur fut de 11,2 mm. Le rapport des dia mètres extérieur et intérieur de l'enrobage était donc de 2,24.
On a alimenté ces électrodes en courant alternatif sous une intensité de 250 à 300 ampères à l'aide d'un poste de soudure développant une tension à vide de 76 volts. La fusion a été régulière, les projections peu abon dantes et le laitier a pu être enlevé facilement.
Dans le cas du soudage d'une tôle verticale à une tôle horizontale, le cordon avait bel aspect, sa surface était légèrement bombée et ne présentait pas de crête. En outre, sa liaison avec les tôles était bonne.
Dans le cas du soudage de tôles horizontales pla cées bout à bout et chanfreinées de façon à laisser entre elles un joint en V, le cordon avait bel aspect et était presque plat.
Le cordon de soudure a présenté dans les deux cas les caractéristiques mécaniques suivantes Résistance à la traction : 52 à 55 kg/mm2 Allongement mesuré sur une éprouvette dont la lon gueur est égale à 5 fois son diamètre : 26 à 30 0/o Résilience Charpy U F -f- 201, C : régulièrement supé rieure à 14 kgm/cm2 Résilience Charpy V à - 300 C :régulièrement supé rieure à 3,5 kgm/cm2.
Les dessins annexés au présent mémoire illustrent les résultats obtenus à l'aide de l'électrode selon l'in vention.
La fig. 1 représente un cordon de soudure réalisé entre une tôle verticale et une tôle horizontale à l'aide de l'électrode à 200,0/o de rendement dont la composi tion précise a été donnée plus haut.
La fig. 2 représente un cordon de soudure réalisé entre les mêmes tôles qu'à la fig. 1 à l'aide d'une élec trode enrobée qui ne diffère de celle utilisée pour le soudage selon la fig. 1 que par le remplacement du carbonate de magnésium de celle-ci par le même poids de carbonate de calcium.
Les fig. 3, 4 et 5 représentent chaque fois pour une électrode selon l'invention et pour une électrode à coefficient de basicité supérieur à 2 assuré par du car bonate de calcium, les diagrammes, en fonction des in tensités réelles du courant de soudage, respectivement des tensions d'arc, des durées de fusion exprimées en secondes et des vitesses de dépôt exprimées en grammes par minute.
A la fig. 1, on voit une tôle horizontale 2 en acier doux à laquelle on a soudé une tôle verticale 3 égale ment en acier doux, au moyen d'un cordon de soudure 4 de forme approximativement triangulaire obtenu á l'aide de l'électrode à 200'0/o de rendement susdite. Cette figure représente exactement le contour du cordon de soudure et des tôles tel qu'il apparaît en photographie. On peut remarquer la bonne liaison entre le cordon de soudure 4 et les tôles 2 et 3 sans morsure dans la tôle 3. La face extérieure 5 de ce cordon est légèrement bombée. Il est évident qu'en pratique, le soudage de la tôle 2 à la tôle 3 doit être complété par un cordon de soudure de l'autre côté de la tôle 3.
A 1a fig. 2, on voit que le cordon de soudure 4' pré sente une forte crête 6 au milieu de sa largeur et qu'une forte morsure 7 a été formée dans la tôle 3.
A la fig. 3, les abscisses représentent les intensités de soudage en ampères et les ordonnées les tensions d'arc en volts. La courbe en trait plein 8 est relative à l'électrode selon l'invention utilisée pour réaliser la sou dure selon la fig. 1, tandis que la courbe en traits inter rompus 9 est relative à l'électrode utilisée pour réaliser la soudure de la fig. 2. On constate que pour une même intensité du courant de soudage, la tension d'arc est plus élevée dans le cas de l'électrode selon l'invention que dans le cas de l'autre électrode. La puissance élec trique mise en jeu est donc plus grande dans le cas de l'électrode selon l'invention pour une intensité de courant donnée.
Il en résulte que le temps de fusion d'un poids donné de métal de soudure est plus faible avec une électrode selon l'invention.
Ceci apparaît clairement à la fig. 4 où les intensités de courant sont portées en abscisse et les temps de fu sion en ordonnée. Les courbes en trait plein 10 et en traits interrompus 11 représentent le temps nécessaire au dépôt de 125 grammes de métal de soudure à l'aide respectivement de l'électrode selon l'invention et de l'électrode conventionnelle à basicité assurée par le car bonate de calcium.
A la fi-. 5, où les abscisses représentent encore les intensités de soudage, mais où les ordonnées représen tent le nombre de grammes de métal de soudure déposé par minute, on voit aussi clairement en comparant la courbe en trait plein 12 relative à l'électrode selon l'in vention à la courbe en traits interrompus 13 relative à l'électrode basique du type connu que la vitesse de dé pôt est plus élevée pour l'électrode selon l'invention que pour l'autre.