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

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)

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.