Electrode enrobée pour le soudage d'alliages à très basse teneur en carbone La présente invention a pour objet une électrode enrobée pour le soudage d'alliages à teneur en carbone inférieure à 0,030%, notamment d'aciers alliés ayant une telle teneur en carbone, dont l'enrobage contient un liant en plus d'un mélange constitué par des poudres métalliques d'alliage, des désoxydants,
de l'oxyde de magnésium, de l'oxyde d'aluminium, ces deux oxydes étant à l'état combiné, de l'oxyde de titane et/ou de l'oxyde de zirconium, ces deux derniers oxydes étant libres ou combinés, des fluidifiants, des silicates de plu sieurs métaux.
Dans le présent mémoire, l'expression coefficient de basicité exprime le rapport dans lequel [B] exprime le nombre de molécules-grammes
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de CaO -f- Mg0 -i- BaO -I- K20 -I- Na0 -I- Li02 -f- CaF2,
et [A] exprime le nombre de molécules-grammes de SiO2 TiO2 -f- ZrO2.
On sait que si les aciers alliés, en particulier les aciers inoxydables à 18 0/o de :chrome ,et 8 % de nickel ou à 18 0/o de chrome, 8 % de nickel et 3 % de molybdène, contiennent une teneur en carbone supérieure à 0,050 0/0, ils risquent de subir une corrosion inter- cristalline due à la précipitation de carbures, lors du soudage ou de traitements thermiques.
Les électrodes enrobées généralement utilisées pour le soudage de ces aciers alliés, appelées électrodes à bas carbone , et considérées comme étant de bonne qualité, permettent, dans 1a, majorité des cas, de déposer un métal dont la teneur en carbone est inférieure à 0,060 0/0.
Ces électrodes sont, soit du type à coefficient de basicité au minimum égal à 3 dont l'enrobage con tient des composés à affinité :
acide tels que de l'oxyde de titane et/ou de l'oxyde de zirconium ainsi que des silicates complexes de plusieurs métaux, dans une pro- portion maximum de 15 0/o par rapport -au poids total de poudre qu'il contient, soit des électrodes à coefficient de basicité au maximum égal à 0,
6 dont .l'enrobage con tient une quantité beaucoup plus importante de ces composés à .affinité acide et parfois aussi des oxydes amphotères, par exemple de l'oxyde d'aluminium.
Dans ce dernier type d'électrodes, le mélange de poudres ajouté au liant pour constituer l'enrobage contient en général de 15 à 25 % de carbonates alcalino-terreux, de 35 à 45 0/o d'oxyde de titane et/ou d'oxyde de zirconium, de 5 à 15 0/o de silicates complexes, en plus de métaux d'alliages de désoxydants et de fluidifiants à base de composés fluorés.
Ces deux types d'électrodes déposent un métal dont la teneur en carbone est supérieure de 0,015 0/o à 0,035 0/o à celle du fil qui constitue leur âme. Or, les fils de bonne qualité généralement utilisés contiennent de 0,015 0/o à 0,030 % de carbone. C'est ce qui explique que la teneur en carbone du métal déposé est presque tou jours inférieure à, mais voisine de 0,060 0/0.
A condition de choisir des fils dont la teneur en car bone est relativement faible, par exemple, au maximum voisine de 0,020 % et de sélectionner rigoureusement les matières premières de l'enrobage de façon qu'elles n'apportent pas beaucoup de carbone, il est :assez facile de déposer un métal de soudure pour :
aciers alliés dont la teneur en carbone ne dépasse pas 0,050 %. Ce choix du fil et des matières premières ne permet toutefois pas de déposer, dans 1a majorité des cas, un métal de sou dure dont 1a teneur en carbone est inférieure à 0,030 %.
La probabilité de déposer du métal de soudure dont la teneur en carbone est inférieure à 0,020 0/o n'est que de 1 à 2 0/0, même dans le cas où le fil est à très basse teneur en carbone. On constate, en effet, qu'un même enrobage cède au métal déposé une proportion de car bone plus grande lorsqu'il recouvre une âme à très faible teneur en carbone que lorsqu'il recouvre une âme à teneur en carbone un peu plus forte.
C'est ainsi que le même enrobage apporte de 0,010 0/o à 0,025 0/o de carbone dans le métal déposé lorsqu'il recouvre un fil à 0,025 0/o de carbone et apporte de 0,015 0/a à 0,035 0/o de carbone dans le métal déposé lorsqu'il recouvre un fil ne contenant que 0,015 0/o de carbone.
Bien que l'on ait déjà constaté que les électrodes à coefficient de basicité inférieur à 0,6 apportent moins de carbone par rapport au fil que les électrodes à coeffi- cient de basicité supérieur à 3, les premières ayant une teneur en carbonates inférieure aux dernières,
on ne peut pas espérer atteindre régulièrement poux le métal déposé une teneur en carbone au maximum égale à 0,020 %, par l'emploi d'électrodes à coefficient de basi- cité inférieur â 0,6.
La présente invention .se propose de fournir une élec trode permettant de déposer régulièrement un métal de soudure pour alliages et aciers alliés dont la teneur en carbone n'est pas .supérieure de plus de 0,015 0/o à la teneur en carbone du fil.
L'électrode selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle contient de 3,5 à 10 0/o d'alliages désoxydants, de 3 à 10 0/o de MgO libre, de 3 à 110/o de A.hOs libre, le rapport en poids étant compris entre 0,3 et 3,33, et de 13 à 35 0/o
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de poudres de métaux contenus dans l'alliage à déposer.
Une teneur en carbonates basiques égale au maxi mum à 6 0/o du poids total des poudres intervenant dans la constitution de l'enrobage et une teneur en matières organiques égale au maxirn.um à 1 0/o du poids total des poudres auraient comme effet d'abaisser la teneur en carbone du métal déposé.
Si les carbonates basiques et les matières organiques étaient totalement supprimés, la teneur du métal déposé en carbone pourrait ne pas dépasser de plus de 0,005 0/o -la teneur en carbone du fil.
La diminution de la teneur en carbonates basiques aurait comme effet de trop diminuer le degré<B>de</B> basicité de l'enrobage si elle n'était compensée par la présence d'oxyde de magnésium à l'état libre.
Le remplacement des carbonates alcalins ou alca lino-terreux par des silicates, des titanates ou des alumi nates aurait également comme effet de trop diminuer le degré de basicité, par exemple de l'abaisser au-dessous de 0,6. De plus, certains d'entre eux durciraient au con tact de l'eau et des alcalis libres.
On ne peut pas non plus, pour assurer une fusion correcte de l'enrobage, remplacer les carbonates par un mélange de silice et d'alumine parce que la teneur du métal déposé en silicium serait trop élevée. Elle dépasse rait en effet 0,60 0/o qui -est la valeur maximum générale ment admise dans les aciers inoxydables à 18 0/o de chrome et 8 0/o de nickel ou dans ceux à 18 0/o de chrome, 8 0/o<B>de</B> nickel et 3 0/o de molybdène.
Avec une teneur en silicium supérieure à 0,60 0/o en effet, le taux de ferrite dépasse 5 0/o par exemple.
L'emploi des oxydes des métaux .alcalins et alcalino- terreux à l'état libre a été envisagé, mais seul l'oxyde de magnésium convient parce que les autres oxydes sont beaucoup trop réactionnels avec l'eau peur que l'enro bage et la conservation des électrodes soient possibles avec eux. Une proportion de 10 0/o d'oxyde de magnésium peut être employée en l'absence de carbonate basique.
La pro portion de cet oxyde peut être d'autant plus faible que la proportion de carbonate basique peut être plus élevée pour n'être plus que de 3 0/0 lorsque 1e mélange contient le maximum de 6 0/o de carbonate alcalin.
L'emploi d'oxyde de magnésium libre présente l'in convénient de rendre la fusion très crépitante et l'enlève ment du laitier très malaisé. L'électrode :selon l'invention ne présente cependant pas ces deux ,inconvénients, grâce à des particularités supplémentaires qu'elle présente.
Pour faciliter l'enlèvement du laitier, il faut que l'électrode satisfasse simultanément aux trois conditions suivantes:<B>10)</B> la proportion d'oxyde .de magnésium libre .doit être comprise entre 3 et 10 0/o du poids total de poudres: 20) cette proportion d'oxyde de magné sium libre doit être mélangée à une proportion d'oxyde d'aluminium libre également comprise entre 3 et 10 0/o du poids total de poudres;
30) :le rapport de la quan tité d'oxyde de magnésium libre à -la quantité d'oxyde d'aluminium libre .doit être compris entre 0,3 et 3,33.
Le mélange de poudres peut donc comprendre, par exemple, la même proportion de chacun de ces deux oxydes libres, par exemple 6 0/0 (le rapport des deux oxydes étant alors égal à 1) ou 3 0/o d'oxyde<B>de</B> magné sium et 10 0/o d'oxyde d'aluminium (rapport égal à 0,3) ou 10 0/o d'oxyde de magnésium et 3 0/o d'oxyde d'alu minium (rapport égal à 3,3).
<B>Il</B> résulte d'essais qui ont été effectués qu'en général plus la teneur en oxyde de magnésium libre est élevée, plus la teneur en oxyde d'aluminium doit être basse, et inversement.
Pour empêcher la fusion très crépitante, il faut que l'électrode contienne une quantité de poudres métalli ques apportant les éléments d'alliage, comprise entre 13 0/o et 35 0/o du poids total du mélange de poudres de l'enrobage. On peut ainsi augmenter le diamètre de l'enrobage sans .augmenter la quantité de laitier et, de ce fait, la fusion devient plus douce et la conduite de l'opération de soudage est plus aisée.
Bien que la limite inférieure de 13 0/o ne soit pas une limite critique, en pratique le crépitement est accepta ble quand le mélange contient cette proportion de pou dres métalliques. La limite supérieure de 35 0/o n'est pas non plus une limite critique.
Mais si le mélange contient plus de 35 0/o de poudres métalliques, la quantité de lai tier qui peut se former à partir d'un enrobage d'un dia mètre habituel déterminé peut devenir trop faible. L'aug mentation -du diamètre d'enrobage auquel on serait alors conduit pour former une quantité convenable de laitier pourrait rendre le maniement de l'électrode plus difficile pendant le soudage.
Si on voulait réduire la, teneur en carbone du métal déposé, il importerait également de limiter la teneur en autres constituants que les carbonates aui apportent du carbone au cours<B>de</B> l'opération de soudage. A ce pnint de vue, il est avantageux de ne pas incorporer de matières organiques et, dans le cas où de telles matières sont pré sentes, de ne pas en mettre plus de 1 0/o du poids total des poudres.
Les ferro-alliages apportent souvent du carbone dans le métal déposé. Il est donc égaiement avantageux de limiter la teneur en ferro-alliages chaque fois qu'il est possible de substituer à des ferro-alliaees désoxvdants les éléments métalliques désoxydants qu'ils contiennent.
Le mélange des poudres sèches entrant dans la com- position de l'enrobage de l'électrode selon l'invention doit, comme pour des électrodes connues, être associé à des fluidifiants de silicates de plusieurs métaux.
On peut obtenir des teneurs en carbone du métal déposé inférieures à 0,030 0/o et même à 0,020 %, selon que le fil constituant le noyau de l'électrode contient au maximum 0,020 0/o de carbone ou au maximum 0,010 0l0 de carbone, avec de mélange de poudres sèches sui vant:
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3,5 <SEP> à <SEP> 10% <SEP> d'alliages <SEP> désoxydants <SEP> ;
<tb> 20 <SEP> à <SEP> 35% <SEP> de <SEP> TiO2 <SEP> et/ou <SEP> de <SEP> ZrO2 <SEP> ;
<tb> 3 <SEP> à <SEP> 100/o <SEP> de <SEP> MgO <SEP> libre,
<tb> 3 <SEP> à <SEP> 100/o <SEP> de <SEP> A1803 <SEP> libre,
<tb> 4 <SEP> à <SEP> 80/o <SEP> de <SEP> fluidifiants <SEP> constitués <SEP> par <SEP> des <SEP> fluoru res <SEP> alcalins <SEP> ou <SEP> alcalino-terreux <SEP> ou <SEP> par
<tb> de <SEP> la <SEP> cryolithe <SEP> ;
<tb> 6 <SEP> à <SEP> 120/o <SEP> de <SEP> silicates <SEP> tels <SEP> que <SEP> feldspath <SEP> potassi que <SEP> ou <SEP> sodique, <SEP> néphéline, <SEP> amiante,
<tb> mica, <SEP> argile, <SEP> kaolin, <SEP> bentonite <SEP> ;
<tb> 13 <SEP> à <SEP> 35% <SEP> de <SEP> poudres <SEP> de <SEP> métaux <SEP> contenus <SEP> dans
<tb> l'alliage <SEP> déposé.
Ce mélange est caractérisé par l'absence de carbona tes et de matières organiques, par ,une teneur maximum en oxyde de titane et/ou en oxyde de zirconium égale à 35 0/o et par une teneur minimum en ces oxydes égale à 20 0/0.
Les poudres métalliques présentes dans l'enrobage dépendent de la composition particulière de l'alliage, en particulier de l'acier allié que l'on doit déposer.
Les élé ments d'alliage en poudre les plus couramment utilisés sont le chrome, le nickel, ,le molybdène, le titane, le niobium, ces éléments étant présents.sous forme presque pure, ou sous forme d'alliages entre aux ou sous forme de ferro-alliages, dans ce dernier cas, dans une propor tion comprise entre 3,5 et 10 0/o du poids total de pou dres sèches.
Dans l'enrobage d'une électrode selon l'invention pour 1e soudage d'acier inoxydable à 18 0/o de chrome et 8 0/o de nickel, on trouve, par exemple, un mélange de poudres de chrome, de nickel et/ou de ferrochrome et/ou de ferro-nickel en plus de poudre de fer, ces pou dres étant dans des proportions telles que, compte tenu de la composition du fil, le métal déposé corresponde sensiblement à la composition des pièces d'acier allié à souder.
Pour déposer un acier contenant environ 19 0/o de chrome, 8 0/o de nickel et 73 0/o de fer, on utilise, par exemple, une électrode dont l'âme, d'un poids de 23 g et d'une composâtioncorrespondant à 18 0/o de chrome, 8 0/o de nickel et 74 0/o de fer, est recouverte d'une cou che d'enrobage de 16 g contenant 30 0/o d'un mélange de poudres métalliques destinées à .entrer dans le métal déposé .constitué de 53 0/o de chrome, de 5 0/o de nickel et de 42 0/o de fer.
On sait que quand un mélange de poudres de ce genre est contenu dans un enrobage, les proportions de chrome, de nickel et de fer qui passent dans le dépôt sont respectivement d'environ 50 0/o, 100 0/o et 90 0/0. La fusion de ce mélange de métaux d'apport fait donc passer dans le métal déposé 26 0/a de chrome, 5 0/o de nickel et 37 0/o de fer, ces pour-cent étant exprimés en fonction du poids du mélange de poudres des métaux d'apport.
La fusion de l'enrobage provoque donc le passage dans le métal déposé de
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On sait aussi qu'au cours de la fusion du fil il se produit une perte d'environ 2 0/o de chrome.
La fusion du fil provoque donc le passage dans le métal déposé de
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Le métal déposé contient donc 1,248 g + 3,68 g = 4,928 g de chrome ; 0,24 g + 1,84 g = 2,08 g de nickel ; 1,776 g + 17,02 g = 18,796 g de fer sur un total de 25,804 g de métal déposé.
La composition centésimale en poids de ce métal est donc de
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On peut vérifier par des calculs analogues qu'on peut déposer un acier inoxydable contenant environ 17,5 0/0 de chrome, 10 0/o de nickel, 2,5 0/o de m:olybdène et 70 0/o de fer en partant d'une électrode dont l'enrobage contient 30 0/o du mélange de poudres suivant :
36 0/0 de chrome, 18,65 0/o de nickel, 16 0/o de molybdène et 29,35 0/o de fer, cet enrobage étant ,appliqué sur un fil ayant la composition suivante<B>:</B> 18 0/o de chrome, 8 0/0 de nickel, 0 0/o de modybdène et 74 0/o de fer, à raison de 16 g d'enrobage sur 23 g .de fil.
En ce qui concerne les désoxydants, ceux-ci peuvent être choisis parmi les ferro-alliages tels que Fe-Mn, Fe-Ti, Fe-Si-Ti et/ou parmi les éléments métalliques tels que Mg, Al, Ti, Si, Ca, pris individuellement ou associés entre eux.
Une composition d'enrobage ayant donné des résul tats particulièrement favorables dans le cas du soudage d'acier inoxydable contenant 18 0/o de chrome et 8 0/0 de nickel est la suivante
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Parties
<tb> Poudres <SEP> sèches <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0/o
<tb> Désoxydants <SEP> (manganèse <SEP> et/ou- <SEP> ferro manganèse) <SEP> _ <SEP> <B>---------- <SEP> - <SEP> -----</B> <SEP> _<B>------</B> <SEP> 85 <SEP> 6,70
<tb> TiO2 <SEP> .._..... <SEP> ....... <SEP> ........ <SEP> . <SEP> .... <SEP> .. <SEP> 380 <SEP> 29,92
<tb> MgO <SEP> libre <SEP> _----- <SEP> .... <SEP> ....... <SEP> 90 <SEP> 7,09
<tb> Al203 <SEP> libre <SEP> ..... <SEP> ... <SEP> . <SEP> . <SEP> .... <SEP> .. <SEP> 130 <SEP> 10,24
<tb> CaF2 <SEP> ... <SEP> ------- <SEP> .. <SEP> --- <SEP> ----- <SEP> .
<SEP> _------ <SEP> 95 <SEP> 7,48
<tb> Silicates <SEP> (feldspath, <SEP> bentonite) <SEP> et <SEP> ma tières <SEP> organiques <SEP> . <SEP> .. <SEP> 115 <SEP> 9,05
<tb> Métaux <SEP> d'apport <SEP> en <SEP> poudres <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 375 <SEP> 29,52 Ce mélange de poudres sèches .a été mélangé à 290 parties en poids de silicate alcalin aqueux.
Un fil d'acier à<B>18,590/o</B> de chrome et 10,70/o de nickel, contenant <B>0,010</B> 0/o de carbone, 1,28 0/o de man ganèse et 0,24 0/o de silicium, d'un diamètre de 3,25 mm, a été enrobé de cette pâte de façon que, .après séchage pendant 1 heure et demie à 375(l C, le diamètre de l'en robage soit de 5,5 mm.
Cette électrode a été connectée au pôle positif d'une source de courant continu qui a débité un courant de 95 ampères pendant le soudage de .deux tôles horizon tales chanfreinées placées bout à bout ou pendant le soudage d'une tôle verticale et d'une tôle horizontale. La fusion a été assez douce et les projections ont été peu abondantes. Le laitier a bien recouvert :le métal de sou dure en arrière du bain de soudage et son enlèvement a été fait facilement par un léger piquage.
Le cordon de soudure avait l'aspect d'une série de stries fines et régu lières. Dans le cas du soudage des tôles horizontales placées bout à bout, il était légèrement concave, tandis que dans le cas du soudage ,d'une tôle verticale à une tôle horizontale il était très légèrement convexe. Le poids de métal déposé a été .de 115 0/o du poids du fil.
L'analyse chimique de ce métal a donné les résultats suivants: C 0,0l4 0/o ; Mn 1,35%; Si 0,5261/o: Cr 19,590/o-, Ni 10,100/o.
Si on doit souder de l'acier à 18 0/0 de chrome, 8 0/0 de nickel et 3 0/o de molybdène, il suffit de remplacer le fil susdit par un fil ayant la même composition que l'acier à souder et d'introduire 10 0/0 de poudre de molybdène en remplacement de 10 0/o de poudre de fer dans le mélange de poudres.
On peut aussi souder le même type d'acier au chrome, nickel, molybdène en utilisant un fil d'acier à 18 0/o de chrome et 8 0/o .de nickel, à condition d'incor porer au mélange de poudres métalliques suffisamment de poudre de molybdène pour que le métal déposé ait la composition désirée.
On a, par exemple, employé avec succès pour les 375 parties de poudres métalliques, le mélange suivant
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Poudre <SEP> .de <SEP> fer <SEP> 110
<tb> Chrome <SEP> 135
<tb> Nickel <SEP> 70
<tb> Molybdène <SEP> . <SEP> 60
Coated electrode for welding alloys with a very low carbon content The present invention relates to a coated electrode for welding alloys with a carbon content of less than 0.030%, in particular alloy steels having such a carbon content, the coating of which contains a binder in addition to a mixture consisting of metal alloy powders, deoxidizers,
magnesium oxide, aluminum oxide, these two oxides being in the combined state, titanium oxide and / or zirconium oxide, the latter two oxides being free or combined, thinners, silicates of several metals.
In the present memo, the expression coefficient of basicity expresses the ratio in which [B] expresses the number of molecules-grams
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of CaO -f- Mg0 -i- BaO -I- K20 -I- Na0 -I- Li02 -f- CaF2,
and [A] expresses the number of gram molecules of SiO2 TiO2 -f- ZrO2.
We know that if alloy steels, in particular stainless steels with 18 0 / o of: chromium, and 8% of nickel or at 18 0 / o of chromium, 8% of nickel and 3% of molybdenum, contain a content of carbon greater than 0.050 0/0, they risk undergoing inter-crystalline corrosion due to the precipitation of carbides, during welding or heat treatments.
The coated electrodes generally used for welding these alloy steels, called low carbon electrodes, and considered to be of good quality, allow, in the majority of cases, to deposit a metal with a carbon content of less than 0.060 0 / 0.
These electrodes are either of the type with a basicity coefficient at least equal to 3, the coating of which contains compounds with affinity:
acid such as titanium oxide and / or zirconium oxide as well as complex silicates of several metals, in a maximum proportion of 15 0 / o relative to the total weight of powder which it contains , either electrodes with a basicity coefficient at most equal to 0,
6, the coating of which contains a much larger amount of these compounds with an acid affinity and sometimes also amphoteric oxides, for example aluminum oxide.
In the latter type of electrodes, the mixture of powders added to the binder to constitute the coating generally contains from 15 to 25% of alkaline earth carbonates, from 35 to 45 0 / o of titanium oxide and / or d Zirconium oxide, from 5 to 15 0 / o of complex silicates, in addition to alloy metals of deoxidizers and fluidizers based on fluorinated compounds.
These two types of electrodes deposit a metal the carbon content of which is 0.015 0 / o to 0.035 0 / o higher than that of the wire which constitutes their core. However, the good quality threads generally used contain from 0.015 0 / o to 0.030% carbon. This explains why the carbon content of the deposited metal is almost always less than, but close to 0.060%.
On condition that you choose wires with a relatively low carbon content, for example, at most close to 0.020% and rigorously select the raw materials for the coating so that they do not add much carbon, it is: fairly easy to deposit a weld metal for:
Alloy steels with a carbon content not exceeding 0.050%. This choice of wire and raw materials, however, does not allow depositing, in the majority of cases, a hard soda metal whose carbon content is less than 0.030%.
The probability of depositing weld metal with a carbon content of less than 0.020 0 / o is only 1 to 2 0/0, even in the case where the wire has a very low carbon content. It is observed, in fact, that the same coating gives the deposited metal a greater proportion of carbon when it covers a core with a very low carbon content than when it covers a core with a slightly higher carbon content.
It is thus that the same coating brings from 0.010 0 / o to 0.025 0 / o of carbon in the deposited metal when it covers a wire with 0.025 0 / o of carbon and brings from 0.015 0 / a to 0.035 0 / o of carbon in the deposited metal when it covers a wire containing only 0.015 0 / o of carbon.
Although it has already been observed that electrodes with a basicity coefficient of less than 0.6 contribute less carbon compared to the wire than electrodes with a basicity coefficient greater than 3, the former having a carbonate content lower than latest,
it is not possible to hope to achieve regularly lice the deposited metal a carbon content at most equal to 0.020%, by the use of electrodes with a basicity coefficient of less than 0.6.
The present invention .se proposes to provide an electrode making it possible to regularly deposit a weld metal for alloys and alloy steels, the carbon content of which is not more than 0.015 0 / o the carbon content of the wire.
The electrode according to the invention is characterized in that it contains from 3.5 to 10 0 / o of deoxidizing alloys, from 3 to 10 0 / o of free MgO, from 3 to 110 / o of A.hOs free, the weight ratio being between 0.3 and 3.33, and from 13 to 35 0 / o
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metal powders contained in the alloy to be deposited.
A basic carbonate content equal to the maximum mum at 6 0 / o of the total weight of the powders involved in the constitution of the coating and an organic matter content equal to the maximum at 1 0 / o of the total weight of the powders would have as effect of lowering the carbon content of the deposited metal.
If the basic carbonates and organics were completely removed, the carbon content of the deposited metal could not exceed more than 0.005% of the carbon content of the wire.
The decrease in the basic carbonate content would have the effect of reducing too much the degree of <B> basicity </B> of the coating if it were not compensated for by the presence of magnesium oxide in the free state.
The replacement of alkali metal or alkaline earth carbonates by silicates, titanates or aluminates would also have the effect of reducing the degree of basicity too much, for example to lower it below 0.6. In addition, some of them would harden on contact with water and free alkalis.
In order to ensure correct melting of the coating, it is also not possible to replace the carbonates with a mixture of silica and alumina because the silicon content of the deposited metal would be too high. It would in fact exceed 0.60 0 / o which is the maximum value generally admitted in stainless steels with 18 0 / o chromium and 8 0 / o nickel or in those with 18 0 / o chromium, 8 0 / o <B> of </B> nickel and 3 0 / o of molybdenum.
With a silicon content greater than 0.60 0 / o in fact, the rate of ferrite exceeds 5 0 / o for example.
The use of the oxides of the alkali and alkaline earth metals in the free state has been considered, but only magnesium oxide is suitable because the other oxides are far too reactive with water lest the coating and the preservation of the electrodes are possible with them. A proportion of 10% of magnesium oxide can be used in the absence of basic carbonate.
The proportion of this oxide can be all the smaller as the proportion of basic carbonate can be higher to be no more than 3% when the mixture contains the maximum of 6% of alkali carbonate.
The use of free magnesium oxide has the disadvantage of making the melting very crackling and the removal of the slag very difficult. The electrode: according to the invention, however, does not have these two drawbacks, thanks to the additional features that it presents.
To facilitate the removal of the slag, the electrode must simultaneously satisfy the following three conditions: <B> 10) </B> the proportion of free magnesium oxide. Must be between 3 and 10 0 / o of the total weight of powders: 20) this proportion of free magnesium oxide must be mixed with a proportion of free aluminum oxide also between 3 and 10 0 / o of the total weight of powders;
30): the ratio of the amount of free magnesium oxide to the amount of free aluminum oxide. Must be between 0.3 and 3.33.
The mixture of powders can therefore comprise, for example, the same proportion of each of these two free oxides, for example 6 0/0 (the ratio of the two oxides then being equal to 1) or 3 0 / o of oxide <B > of </B> magnesium and 10 0 / o of aluminum oxide (ratio equal to 0.3) or 10 0 / o of magnesium oxide and 3 0 / o of aluminum oxide ( ratio equal to 3.3).
<B> It </B> results from tests which have been carried out that in general the higher the content of free magnesium oxide, the lower the content of aluminum oxide, and vice versa.
To prevent the very crackling melting, the electrode must contain a quantity of metallic powders providing the alloying elements, comprised between 13 0/0 and 35 0/0 of the total weight of the mixture of powders of the coating. In this way, the diameter of the coating can be increased without increasing the amount of slag, and hence the melting becomes smoother and the conduct of the welding operation is easier.
Although the lower limit of 130% is not a critical limit, in practice crackling is acceptable when the mixture contains this proportion of metal powders. The upper limit of 35% is not a critical limit either.
But if the mixture contains more than 35% of metal powders, the amount of milk which can form from a coating of a certain usual diameter may become too small. Increasing the coating diameter to which one would then be driven to form a suitable amount of slag could make the handling of the electrode more difficult during welding.
If one wanted to reduce the carbon content of the deposited metal, it would also be important to limit the content of other constituents which the carbonates provide to the carbon during the <B> </B> welding operation. From this point of view, it is advantageous not to incorporate organic materials and, in the case where such materials are present, not to add more than 10% of the total weight of the powders.
Ferroalloys often add carbon to the deposited metal. It is therefore also advantageous to limit the ferroalloy content whenever it is possible to substitute deoxidizing ferroalloys for the deoxidizing metal elements which they contain.
The mixture of dry powders entering into the composition of the coating of the electrode according to the invention must, as for known electrodes, be combined with thinners of silicates of several metals.
It is possible to obtain carbon contents of the deposited metal of less than 0.030 0 / o and even 0.020%, depending on whether the wire constituting the core of the electrode contains at most 0.020 0 / o of carbon or at most 0.010 0l0 of carbon, with the following mixture of dry powders:
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3.5 <SEP> to <SEP> 10% <SEP> of deoxidizing <SEP> alloys <SEP>;
<tb> 20 <SEP> to <SEP> 35% <SEP> of <SEP> TiO2 <SEP> and / or <SEP> of <SEP> ZrO2 <SEP>;
<tb> 3 <SEP> to <SEP> 100 / o <SEP> of <SEP> MgO <SEP> free,
<tb> 3 <SEP> to <SEP> 100 / o <SEP> of <SEP> A1803 <SEP> free,
<tb> 4 <SEP> to <SEP> 80 / o <SEP> of <SEP> fluidizers <SEP> made up <SEP> by <SEP> of <SEP> fluoru res <SEP> alkaline <SEP> or <SEP> alkaline earth <SEP> or <SEP> by
<tb> of <SEP> the <SEP> cryolite <SEP>;
<tb> 6 <SEP> to <SEP> 120 / o <SEP> of <SEP> silicates <SEP> such as <SEP> as <SEP> feldspar <SEP> potassium <SEP> or <SEP> sodium, <SEP > nepheline, <SEP> asbestos,
<tb> mica, <SEP> clay, <SEP> kaolin, <SEP> bentonite <SEP>;
<tb> 13 <SEP> to <SEP> 35% <SEP> of <SEP> powders <SEP> of <SEP> metals <SEP> contained <SEP> in
<tb> the alloy <SEP> deposited.
This mixture is characterized by the absence of carbonates and organic matter, by a maximum content of titanium oxide and / or zirconium oxide equal to 35 0 / o and by a minimum content of these oxides equal to 20 0 / 0.
The metal powders present in the coating depend on the particular composition of the alloy, in particular on the alloy steel which is to be deposited.
The most commonly used powdered alloying elements are chromium, nickel,, molybdenum, titanium, niobium, these elements being present in almost pure form, or as alloys between or in the form of ferroalloys, in the latter case in a proportion of between 3.5 and 10 0 / o of the total weight of dry powders.
In the coating of an electrode according to the invention for the welding of stainless steel with 180 / o chromium and 80 / o nickel, there is, for example, a mixture of powders of chromium, nickel and / or ferrochrome and / or ferro-nickel in addition to iron powder, these powders being in proportions such that, taking into account the composition of the wire, the deposited metal substantially corresponds to the composition of the alloy steel parts welding.
To deposit a steel containing about 19 0 / o of chromium, 8 0 / o of nickel and 73 0 / o of iron, an electrode is used, for example, the core of which weighs 23 g and a composition corresponding to 18 0 / o of chromium, 8 0 / o of nickel and 74 0 / o of iron, is covered with a coating layer of 16 g containing 30 0 / o of a mixture of metallic powders intended to. enter the deposited metal .constituted of 53 0 / o of chromium, of 5 0 / o of nickel and of 42 0 / o of iron.
It is known that when a mixture of powders of this type is contained in a coating, the proportions of chromium, nickel and iron which pass through the deposit are respectively approximately 50 0 / o, 100 0 / o and 90 0 / 0. The fusion of this mixture of filler metals therefore passes into the deposited metal 26 0 / a of chromium, 5 0 / o of nickel and 37 0 / o of iron, these percentages being expressed as a function of the weight of the mixture. filler metal powders.
The melting of the coating therefore causes the passage into the deposited metal of
EMI0003.0081
It is also known that during the melting of the wire there is a loss of about 20% of chromium.
The fusion of the wire therefore causes the passage into the deposited metal of
EMI0003.0082
The deposited metal therefore contains 1.248 g + 3.68 g = 4.928 g of chromium; 0.24 g + 1.84 g = 2.08 g of nickel; 1.776 g + 17.02 g = 18.796 g of iron out of a total of 25.804 g of deposited metal.
The percentage composition by weight of this metal is therefore
EMI0003.0085
We can verify by analogous calculations that we can deposit a stainless steel containing about 17.5 0/0 of chromium, 10 0 / o of nickel, 2.5 0 / o of m: olybdenum and 70 0 / o of iron starting from an electrode the coating of which contains 30 0 / o of the following mixture of powders:
36 0/0 of chromium, 18.65 0 / o of nickel, 16 0 / o of molybdenum and 29.35 0 / o of iron, this coating being, applied to a wire having the following composition <B>: </ B> 18 0 / o of chromium, 8 0/0 of nickel, 0 0 / o of modybdenum and 74 0 / o of iron, at a rate of 16 g of coating on 23 g of wire.
As regards the deoxidizers, these can be chosen from ferroalloys such as Fe-Mn, Fe-Ti, Fe-Si-Ti and / or from metallic elements such as Mg, Al, Ti, Si, That, taken individually or in association with each other.
A coating composition having given particularly favorable results in the case of welding of stainless steel containing 18 0 / o of chromium and 8 0/0 of nickel is as follows
EMI0004.0000
Parts
<tb> Dry <SEP> powders <SEP> in <SEP> weight <SEP> 0 / o
<tb> Deoxidizers <SEP> (manganese <SEP> and / or- <SEP> ferro manganese) <SEP> _ <SEP> <B> ---------- <SEP> - <SEP> - ---- </B> <SEP> _ <B> ------ </B> <SEP> 85 <SEP> 6.70
<tb> TiO2 <SEP> .._..... <SEP> ....... <SEP> ........ <SEP>. <SEP> .... <SEP> .. <SEP> 380 <SEP> 29.92
<tb> MgO <SEP> free <SEP> _----- <SEP> .... <SEP> ....... <SEP> 90 <SEP> 7.09
<tb> Al203 <SEP> free <SEP> ..... <SEP> ... <SEP>. <SEP>. <SEP> .... <SEP> .. <SEP> 130 <SEP> 10.24
<tb> CaF2 <SEP> ... <SEP> ------- <SEP> .. <SEP> --- <SEP> ----- <SEP>.
<SEP> _------ <SEP> 95 <SEP> 7.48
<tb> Silicates <SEP> (feldspar, <SEP> bentonite) <SEP> and <SEP> organic <SEP> materials <SEP>. <SEP> .. <SEP> 115 <SEP> 9.05
<tb> Filler <SEP> metals <SEP> in <SEP> powders <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 375 <SEP> 29.52 This mixture of dry powders was mixed with 290 parts by weight of aqueous alkali silicate.
A steel wire of <B> 18.590 / o </B> of chromium and 10.70 / o of nickel, containing <B> 0.010 </B> 0 / o of carbon, 1.28 0 / o of man ganese and 0.24 0 / o silicon, with a diameter of 3.25 mm, was coated with this paste so that, after drying for 1.5 hours at 375 (1 C, the diameter of the in robage is 5.5 mm.
This electrode was connected to the positive pole of a direct current source which delivered a current of 95 amps during the welding of two chamfered horizontal plates placed end to end or during the welding of a vertical plate and a horizontal sheet. The fusion was fairly smooth and the projections were scarce. The slag had covered well: the hard penny metal behind the welding bath and its removal was easily done by a light stitching.
The weld bead looked like a series of fine, regular streaks. In the case of welding of horizontal plates placed end to end, it was slightly concave, while in the case of welding, from a vertical plate to a horizontal plate it was very slightly convex. The weight of metal deposited was 115% of the weight of the wire.
The chemical analysis of this metal gave the following results: C 0.014 0 / o; Mn 1.35%; Si 0.5261 / o: Cr 19.590 / o-, Ni 10.100 / o.
If you have to weld steel with 18 0/0 chromium, 8 0/0 nickel and 3 0 / o molybdenum, it suffices to replace the aforementioned wire with a wire having the same composition as the steel to be welded and introducing 10% of molybdenum powder to replace 10% of iron powder in the powder mixture.
We can also weld the same type of chromium, nickel, molybdenum steel using a steel wire with 18 0 / o of chromium and 8 0 / o. Of nickel, provided that it is incorporated into the mixture of metallic powders. enough molybdenum powder so that the deposited metal has the desired composition.
For example, for the 375 parts of metallic powders, the following mixture has been used with success
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Iron <SEP>. <SEP> powder <SEP> 110
<tb> Chrome <SEP> 135
<tb> Nickel <SEP> 70
<tb> Molybdenum <SEP>. <SEP> 60