Procédé de soudure à l'arc dans l'air atmosphérique La présente invention a pour objet un procédé de soudure à l'arc dans l'air atmosphérique, sans utiliser de fondant ou de gaz protecteur.
On connaît déjà des électrodes comprenant certains éléments tels que Ti et Zr par exemple, utilisées pour la soudure à arc non protégée (brevet USA No 3249736 et brevet britannique No 1046259). Dans un tel procédé, en utilisant des électrodes comprenant de 0,25 à 20/o de Ti et de Zr, on peut obtenir de bons dépôts non poreux. Des électrodes pour réaliser un tel procédé sont déjà introduites en pratique, bien qu'en faibles quan tités.
Les électrodes consommables (fils ou tiges) en acier présentent toutefois le gros inconvénient de ne pouvoir être utilisées avec les courants de soudure les plus éle vés. En utilisant par exemple des électrodes constituées par un fil nu, actuellement disponibles, pour la soudure à l'arc non protégée, d'un diamètre de 1,6 mm, le cou rant de soudure est limité à moins de 240 A environ (communication à la commission No XI de l'assemblée annuelle de 1965 de l'Institut International de soudure à Paris, Takero Kobayashi :
Non-Shielded Arc Weld- ing of Steel IIW Document XII 264-65). La soudure avec des courants plus élevés entraîne la formation de pores qui empêchent l'emploi pratique des produits obtenus.
Dans ces récentes années, l'industrie a eu besoin de courants de soudure supérieurs, dépassant 400 A, avec des électrodes d'un diamètre de 1,6 mm, tout en cher chant à atteindre une efficacité très élevée. Mais il est totalement impossible de satisfaire cette exigence au moyen d'un fil nu consommable pour la soudure à l'arc non protégée.
Le procédé faisant l'objet de l'invention est carac térisé en ce qu'on utilise une électrode d'acier alliée avec au moins un des éléments Ti, Zr, Nb, Ta, V et Ce en quantité totale d'au moins 0,03 0/0, et revêtue d'une couche d'aluminium. Les éléments cités ci-dessus présen tent une forte affinité chimique pour l'oxygène et l'azote.
On connaît des électrodes récentes dont toute la sur face est recouverte d'une mince couche de revêtement d'aluminium ou d'alliage d'aluminium sur le noyau cons titué par le fil, ces électrodes étant utilisées pour la sou dure protégée par C02. Toutefois, le but principal du revêtement superficiel d'aluminium est de contrôler la pulvérisation pendant la soudure qui est caractéristique de la soudure au C02. Un autre but est de profiter de l'effet désoxydant de l'aluminium ou d'un alliage d'alu minium qui permet de lutter contre la rouille du noyau et constitue une mesure préventive pour les divers dé fauts de soudure dus à l'oxygène.
Mais aucune attention spéciale n'est portée à l'azote contenu dans l'air atmo sphérique.
Dans le procédé qui va être décrit, on veut que l'oxygène et l'azote ne puissent être absorbés dans le globule formé à la pointe de l'électrode consommable d'acier, premièrement en la recouvrant d'aluminium sur toute sa surface. Même si l'oxygène et l'azote sont encore très absorbés en dépit de ce revêtement, les effets nuisibles peuvent être éliminés par l'action d'éléments spéciaux tels que Ti, Zr, Nb, V, Ta, Ce et d'autres, inclus dans l'électrode, de sorte que la soudure à arc non protégée peut être effectuée même avec le plus fort cou rant de soudure.
Dans le but d'étudier la qualité de divers dépôts, on procède à un examen par rayons X de soudures d'acier doux de 21 mm d'épaisseur dans l'air avec onze types d'électrodes consommables constituées par des fils d'acier nus d'un diamètre de 1,6 mm, indiquées dans le tableau I, et aussi des électrodes recouvertes d'alumi nium, le revêtement présentant une épaisseur d'environ 1/100 de mm et correspondant à environ 0,8 0/o en poids du fil d'acier.
La soudure est effectuée avec une machine
EMI0002.0000
<I>Tableau <SEP> 1</I>
<tb> Composition <SEP> chimique <SEP> des <SEP> électrodes, <SEP> en <SEP> o/o <SEP> en <SEP> poids
<tb> Autres
<tb> Electrodes <SEP> C <SEP> Mn <SEP> si <SEP> P <SEP> S <SEP> Ti <SEP> Zr <SEP> éléments <SEP> Fe <SEP> <B>A</B> <SEP> 0.08 <SEP> 0.42 <SEP> 0.02 <SEP> 0.018 <SEP> 0.020 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> solde
<tb> B <SEP> 0.09 <SEP> 1.22 <SEP> 0.35 <SEP> 0.019 <SEP> 0.021 <SEP> 0.11 <SEP> 0.20 <SEP> - <SEP> <SEP> _
<tb> C <SEP> 0.10 <SEP> 0.98 <SEP> 0.25 <SEP> 0.016 <SEP> 0.020 <SEP> 0.04 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> D <SEP> 0.08 <SEP> 0.95 <SEP> 0.30 <SEP> 0.020 <SEP> 0.022 <SEP> 0.12 <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> E <SEP> 0.<B>1</B>0 <SEP> 1.03 <SEP> 0.35 <SEP> 0.016 <SEP> 0.0<B>1</B>8 <SEP> 0.46 <SEP> -- <SEP> - <SEP>
<tb> F
<SEP> 0.07 <SEP> 1.31 <SEP> 0.30 <SEP> 0.021 <SEP> 0.023 <SEP> - <SEP> 0.07 <SEP> - <SEP>
<tb> G <SEP> 0.10 <SEP> 0,98 <SEP> 0.25 <SEP> 0.017 <SEP> 0.021 <SEP> - <SEP> 0.15 <SEP> - <SEP> r>
<tb> H <SEP> 0.10 <SEP> 0.97 <SEP> 0.24 <SEP> 0.019 <SEP> 0.020 <SEP> 0.06 <SEP> - <SEP> Nb
<tb> 0.05 <SEP>
<tb> <B>1</B> <SEP> 0.11 <SEP> 1.33 <SEP> 0.48 <SEP> 0.018 <SEP> 0.020 <SEP> 0.13 <SEP> - <SEP> V
<tb> 0.06 <SEP>
<tb> J <SEP> 0.08 <SEP> 1.<B>1</B>1 <SEP> 0.32 <SEP> 0.020 <SEP> 0.021 <SEP> - <SEP> 0.<B>1</B>0 <SEP> Ta
<tb> 0.05 <SEP>
<tb> K <SEP> 0.10 <SEP> 1.15 <SEP> 0.44 <SEP> 0.0<B>1</B>9 <SEP> 0.022 <SEP> 0.11 <SEP> 0.15 <SEP> Ce
<tb> 0.02 <SEP> à souder entièrement automatique utilisant une source de courant continu maintenu à voltage constant et re dressé par un redresseur au sélénium,
avec une vitesse de dépôt de 30 cm/mn avec polarité inverse.
Le tableau 2 donne les résultats de l'examen aux rayons X. Il ressort de ce tableau que, à l'exception des électrodes B et K, les électrodes présentent un degré JIS (Japan Industrial Standard) égal à 6 par suite de la haute porosité quand le courant de soudure dépasse 250A. Les électrodes B et K, conventionnelles pour la soudure à l'arc non protégée, présentent, quand elles ne sont pas recouvertes d'aluminium, un degré égal à 4 avec un courant de soudure de 250 A, mais se détério rent jusqu'au degré 6 à 450 A.
Par ailleurs, si ces élec trodes sont recouvertes d'aluminium, elles présentent un degré de 1 à 3 même à 450 A, de sorte que les dépôts sont bons et suffisamment satisfaisants pour l'usage pratique.
L'électrode A ne comportant pas certains éléments tels que Ti et Zr par exemple, montre un degré JIS de 5, bien que la production de pores diminue considérable ment avec un revêtement d'aluminium. Par conséquent, elles ne peuvent pas être utilisées pratiquement.
Les électrodes B à K comprennent environ de 0,04 à 0,46 0/o d'au moins un des éléments Ti, Zr, Nb, V, Ta et Ce (quand elles comptent plus d'un de ces éléments, la teneur se rapporte à la quantité totale des éléments inclus). Par conséquent, il est évident que si les électro des avec une faible quantité d'éléments spéciaux sont recouvertes d'aluminium, la soudure à arc non protégée devient possible même pour les plus forts courants de soudure par suite de l'effet remarquable de l'aluminium.
A côté de cette expérience avec un revêtement d'alu minium industriel pur sur la surface des électrodes d'acier, on effectue une expérience similaire en recou vrant l'électrode B d'alliages d'aluminium contenant du Mn, Si, Ti, Zr, Fe, Mg et Cr qui permettent d'obtenir des résultats favorables. Une expérience est faite également avec l'électrode B pour étudier la relation entre l'épaisseur du revête ment d'aluminium et les avantages obtenus.
Les résultats confirment qu'un certain effet est déjà obtenu avec une couche d'aluminium ne dépassant par 3/1000 de mm d'épaisseur sur la surface de l'électrode d'acier d'un diamètre de 1,6 mm, mais une épaisseur dépassant 1/10 de mm n'est pas favorable parce que la teneur en alumi nium du métal de soudure se monte à un niveau trop élevé.
Il ressort de la description précédente que le procédé envisagé a supprimé le plus grand obstacle au dévelop pement de la soudure à l'arc non protégée en rendant possible ce type de soudure dans un large domaine de courants, à l'aide d'électrodes d'acier comprenant une faible quantité d'éléments spéciaux et un mince. revête ment d'aluminium ou d'alliage d'aluminium sur sa sur face, l'électrode consommable obtenue permettant d'at tribuer au procédé décrit une grande signification indus trielle.
Quand on utilise un fort courant de soudure, l'effi cacité du dépôt et la profondeur de pénétration sont remarquablement améliorées de sorte que cette méthode de soudure pourrait être étendue à d'autres domaines et à d'autres applications.
Jusqu'ici, en utilisant des électrodes conventionnelles pour la soudure à l'arc non protégée, la vitesse de dépôt était limitée à environ 50 cm/mn, parce que, à une vi tesse supérieure, le dépôt devient poreux même avec un faible courant. Par ailleurs, on a trouvé qu'avec les élec trodes recouvertes d'aluminium, on peut obtenir de bons dépôts même jusqu'à une vitesse de 150 cm/mn. Le pro cédé décrit permet par conséquent d'effectuer la soudure avec une grande vitesse de dépôt.
Il est connu dans la pratique qu'il n'existe pas de remède satisfaisant pour éviter les cratères profonds qui se produisent à la fin d'une ligne de soudure quand on utilise les électrodes conventionnelles pour la soudure à <I>Tableau 2</I> Résultats de l'examen des dépôts aux rayons X Couche Degré Electrodes recouverte d'aluminium 22 V, 200 A 26 V. 250 A 38 V.
450 A A sans JIS 6 JIS 6 JIS 6 avec 5 5 5 B sans 2 4 6 avec 1 1 2 C sans 5 6 6 avec 3 3 3 D sans 5 6 6 avec 2 2 2 E sans 5 6 6 avec 2 2 2 F sans 5 6 6 avec 3 3 >> 3 G sans 5 >> 6 6 avec 2 2 2 H sans 6 6 >> 6 avec 2 2 2 I sans 5 6 6 avec 2 2 2 J sans 5 6 6 avec 2 2 2 K sans 2 4 6 avec 1 1 1 l'arc non protégée sous forme nue. Avec le procédé dé crit, on obtient des électrodes recouvertes d'aluminium qui ne produisent aucun cratère même avec un fort cou rant de soudure. Cet avantage, bien que secondaire, a une signification industrielle importante.
Il faut noter en plus que si la quantité totale des élé ments spéciaux Ti, Zr, Nb, Ta et Ce est inférieure à 0,03 0/0, l'effet attendu ne peut être atteint ; même si on ajoute plus de 0,5 0/o des éléments spéciaux, l'effet ne peut pas être amélioré de façon correspondante. Par conséquent, bien qu'il ne soit pas préjudiciable d'ajouter plus de 0,5 0/o de ces éléments, c'est indésirable du point de vue économique pour former l'électrode destinée à souder l'acier doux.
Il existe plusieurs procédés pour effectuer le revête ment d'aluminium, par exemple l'aluminisation en pro fondeur à chaud, la vaporisation, la pulvérisation, la dif fusion, etc., mais leur effet est le même.
En résumé, avec le procédé décrit, la soudure à l'arc non protégée devient possible dans un plus large do maine de courants, par revêtement d'aluminium ou d'al liage d'aluminium sur la surface d'électrodes d'acier comprenant une faible quantité des éléments spéciaux indiqués, comparativement aux électrodes d'acier con ventionnelles pour ce type de soudure.
Le procédé décrit permet aussi d'étendre le domaine des courants employés vers les fortes valeurs, par revê tement d'aluminium ou d'alliage d'aluminium de la sur- face des électrodes d'acier comprenant la même quantité des éléments spéciaux que les électrodes conventionnelles pour la soudure à l'arc non protégée.
Le procédé décrit permet ainsi de surmonter presque tous les obstacles importants soulevés par les électrodes conventionnelles, en rendant possible la soudure à grande vitesse et en empêchant la formation de cratères ou de pores.
Le procédé décrit contribue certainement au progrès rapide de la soudure à arc non protégée.