FR2945759A1 - Agglomerated weld flow formed of granules for submerged arc welding of e.g. steels, comprises mineral components, and an indicator compound having a moisture sensitivity equivalent to that of the flow - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative aux flux agglomérés de soudage à l'arc submergé. Le soudage à l'arc submergé (AS) est principalement utilisé pour le soudage automatisé des aciers, notamment dans les domaines de la construction navale, de la fabrication et de l'assemblage d'appareils à pression, de poutres et de tubes de diamètres importants, et sert aussi à réaliser du rechargement à l'aide d'un fil d'apport ou d'un feuillard. Un procédé de soudage AS requiert l'utilisation d'un flux de soudage qui protège le cordon de soudure, favorise le transfert vers la soudure d'éléments du flux et du ou des fils d'apport, et/ou engendre des modifications chimiques pour améliorer les propriétés du métal déposé. Lors de la mise en oeuvre du procédé, un arc électrique s'établi entre un (ou plusieurs) fil massif ou fourré, typiquement de diamètre de 1,2 à 6 mm, alimenté en courant continu ou alternatif, et la pièce à souder, sous un lit de flux en poudre. Sous l'action de l'arc, une partie du flux se liquéfie à la surface du cordon de soudure. Après le passage de l'arc, le flux liquéfié se solidifie pour former un laitier. Généralement, le laitier se détache de lui-même et est évacué. L'alimentation en flux peut être assurée par une goulotte placée en avant du fil, alors que l'excès de flux est récupéré en arrière par un dispositif d'aspiration pour être recyclé. The present invention relates to sintered submerged arc welding fluxes. Submerged Arc Welding (AS) is mainly used for automated welding of steel, particularly in shipbuilding, pressure vessel fabrication and assembly, beam and pipe diameters important, and is also used for reloading with a filler wire or a strip. An AS welding process requires the use of a welding flux which protects the weld seam, promotes the transfer of flux elements and the filler wire (s) to the weld, and / or leads to chemical modifications for improve the properties of the deposited metal. During the implementation of the method, an electric arc is established between one (or more) solid or cored wire, typically of diameter 1.2 to 6 mm, supplied with direct or alternating current, and the part to be welded, under a powder stream bed. Under the action of the arc, part of the flux liquefies on the surface of the weld bead. After the passage of the arc, the liquefied flow solidifies to form a slag. Generally, the slag detaches itself and is evacuated. Feed flow can be provided by a chute placed in front of the wire, while the excess flow is recovered back by a suction device to be recycled.
Il existe deux types de flux selon qu'ils sont fabriqués par agglomération ou par fusion. Toutefois, dans les 2 cas, un flux est composé de divers constituants, à savoir de matières minérales qui agissent sur les caractéristiques de fusion pendant le soudage, contribuent à la protection du bain de fusion vis à vis de l'atmosphère environnante et forment le laitier, et parfois de produits métalliques qui permettent d'ajuster l'analyse chimique de la soudure afin d'obtenir les propriétés mécaniques souhaitées dans le joint soudé. Un flux fondu est obtenu en mélangeant les constituants souhaités qui sont fondus à une température de l'ordre de 1300°C. On obtient alors une matière vitreuse que l'on broie et tamise à la granulométrie souhaitée. There are two types of flow depending on whether they are manufactured by agglomeration or fusion. However, in both cases, a flow is composed of various constituents, namely mineral materials which act on the fusion characteristics during welding, contribute to the protection of the melt with respect to the surrounding atmosphere and form the slag, and sometimes metal products that adjust the chemical analysis of the weld to obtain the desired mechanical properties in the welded joint. A molten stream is obtained by mixing the desired constituents which are melted at a temperature of the order of 1300 ° C. A vitreous material is then obtained which is ground and sieved to the desired particle size.
Par ailleurs, dans un flux aggloméré, le mélange des constituants est obtenu à l'aide de liants qui permettent d'obtenir un grain solide. Ces liants sont généralement des silicates alcalins, de sodium ou potassium, qui en solution aqueuse ont les mêmes propriétés qu'une colle. Les matières agglomérées sont divisées à l'aide d'un tamis jusqu'à la granulométrie souhaitée des grains et cuites à haute température, c'est à dire environ 600°C. Les flux de soudage sous arc submergé sont habituellement conditionnés dans des sacs papier, plastique ou autres, simple ou multi couches, qui peuvent être de dimensions variées selon l'utilisation qui en sera faite. Classiquement, les sacs de flux contiennent environ 25 kg de flux. Les flux sont stockés dans ces emballages de conditionnement depuis leur production jusqu'à l'ouverture de l'emballage chez l'utilisateur. Or, pendant cette période, les flux conditionnés peuvent capter l'humidité au travers de l'emballage si celui-ci n'est pas réellement étanche à la vapeur d'eau. La quantité d'eau absorbée par le flux dépend de la perméabilité du matériau constituant l'emballage, des conditions atmosphériques dans le local où se trouvent les emballages, c'est-à-dire de la quantité d'eau présente dans l'air environnant, et de la sensibilité du flux à la reprise en humidité ambiante, cette sensibilité étant fonction de la nature des matières qui composent les grains et du liant utilisé pour la granulation. Généralement, les utilisateurs stockent les sacs de flux dans un local régulé en température et quelques fois également en humidité. Cependant, cette précaution est souvent insuffisante, en particulier lorsque les emballages ne sont pas étanches. Il est alors indispensable d'étuver le flux avant son utilisation. Moreover, in an agglomerated flow, the mixture of the constituents is obtained using binders which make it possible to obtain a solid grain. These binders are generally alkali silicates, sodium or potassium, which in aqueous solution have the same properties as an adhesive. The agglomerated materials are divided by sieve to the desired grain size and baked at high temperature, ie about 600 ° C. Submerged arc welding fluxes are usually packaged in paper, plastic or other single or multi-layer bags, which may be of various sizes depending on the use that will be made of them. Classically, flow bags contain about 25 kg of flux. The flows are stored in these packaging packages from their production until the opening of the packaging at the user. However, during this period, the conditioned flow can capture the moisture through the package if it is not really waterproof to water vapor. The amount of water absorbed by the flow depends on the permeability of the material constituting the packaging, the atmospheric conditions in the room where the packaging is located, that is to say the amount of water present in the air surrounding, and the sensitivity of the flow to the recovery in ambient humidity, this sensitivity being a function of the nature of the materials that make up the grains and the binder used for granulation. Generally, the users store the bags of flux in a room regulated in temperature and sometimes also in humidity. However, this precaution is often insufficient, especially when the packaging is not waterproof. It is therefore essential to steam the stream before use.
En outre, dans tous les cas, après ouverture du sac qui le contient, le flux est soumis aux conditions ambiantes de l'endroit où il se trouve, sachant que le flux peut parfois être exposé plusieurs heures avant utilisation et capter ainsi une importante quantité d'eau. Or, l'eau contenue dans les produits de soudage conduit, lors de l'exécution de la soudure à l'arc, à un transfert dans le métal d'une certaine quantité d'hydrogène dit diffusible. Cet hydrogène diffusible, s'il est présent en quantité importante lors du refroidissement de la soudure, favorise dans certaines conditions le phénomène de fissuration à froid, ce qui nuit à la solidité de la construction soudée, comme rappelé par C. Bonnet dans Le Soudage, Métallurgie et Produits, Air Liquide/CTAS, 2001, p. 31-34 et 64-68 ; et peut conduire à des dommages puis engendrer des réparations coûteuses. In addition, in all cases, after opening the bag that contains it, the flow is subjected to the ambient conditions of the place where it is, knowing that the flow can sometimes be exposed several hours before use and thus capture a significant amount of water. However, the water contained in the welding products leads, during the execution of the arc welding, to a transfer in the metal of a certain amount of said diffusible hydrogen. This diffusible hydrogen, if it is present in large quantities during the cooling of the weld, under certain conditions promotes the phenomenon of cold cracking, which affects the strength of the welded construction, as recalled by C. Bonnet in Welding , Metallurgy and Products, Air Liquide / CTAS, 2001, p. 31-34 and 64-68; and can lead to damage and then costly repairs.
Pour tenter de résoudre ce problème, certains utilisateurs prennent la précaution d'étuver systématiquement le flux avant de commencer à souder. Or, procéder à un étuvage systématique est une contrainte importante car cela nécessite de disposer d'une installation d'étuvage adaptée. De plus, cela engendre un surcoût notable de la production, notamment en termes de temps perdu et d'énergie requise à l'étuvage. D'autres conservent les flux en stock dans leurs emballages d'origine en les maintenant dans des conditions de température et humidité relative de l'air qui ne sont pas toujours idéales. Par ailleurs, les flux recyclés plusieurs fois pendant l'opération de soudage sont susceptibles de reprendre l'humidité présente dans l'atelier de soudage sans que l'opérateur soit en mesure de juger si le flux a conservé ses propriétés. Une solution pourrait consister à déterminer la teneur en eau du flux avant le soudage. Or, on comprend aisément que cela n'est ni pratique, ni réaliste au plan industriel car cela engendrerait encore une perte de temps, accroitrait le coût global du procédé mais surtout car les utilisateurs de flux ne disposent généralement pas du matériel d'analyse approprié, qui est en outre relativement coûteux. Autrement dit, le problème qui se pose est de pouvoir vérifier immédiatement et simplement si un flux de soudage aggloméré, en sortie de sac et/ou exposé librement à l'air pendant un certain temps, peut être utilisé en soudage à l'arc submergé (AS) sans risquer d'introduire une quantité trop importante d'hydrogène diffusible dans les soudures. La solution de l'invention est un flux aggloméré de soudage, en particulier pour soudage AS, formé de particules granulaires comprenant un ou des constituants minéraux, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un composé indicateur d'humidité ayant une sensibilité à la reprise en humidité équivalente à celle du flux et dont la coloration change en présence d'une quantité donnée d'humidité. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le ou les constituants minéraux comprennent un ou des silicates alcalins. - le ou les constituants minéraux comprennent un ou des silicates alcalins de sodium et/ou de potassium. - les particules granulaires ont une granulométrie inférieure ou égale à 2 mm, typiquement inférieure ou égale à 1.8 mm, voire inférieure ou égale à 1.5 mm. - le composé indicateur d'humidité est mélange aux particules granulaires du flux. - le composé indicateur d'humidité comprend un chlorure ou un sulfate métallique. - le composé indicateur d'humidité comprend du chlorure de cobalt ou de nickel, ou du sulfate de cuivre. - le composé indicateur d'humidité représente moins de 5% en masse du flux, de préférence entre 0.5 et 3% du flux. - il contient un composé indicateur d'humidité qui change de couleur avant que la teneur en eau absorbée par ledit flux ne conduise à un transfert en hydrogène diffusible supérieur à 5 ml/100g de métal déposé. - le composé indicateur d'humidité, lorsqu'il change de couleur en présence d'humidité, prend une coloration différente de celle du flux. L'invention porte aussi sur un procédé de soudage à l'arc submergé mettant en oeuvre un flux aggloméré selon l'invention. To try to solve this problem, some users take the precaution of systematically quenching the flow before starting soldering. However, systematic steaming is a major constraint because it requires to have a suitable parboiling facility. In addition, this generates a significant additional cost of production, especially in terms of lost time and energy required for parboiling. Others keep the stock in their original packaging by keeping them in conditions of temperature and relative humidity that are not always ideal. Furthermore, the streams recycled several times during the welding operation are likely to take the moisture present in the welding shop without the operator being able to judge whether the flow has retained its properties. One solution could be to determine the water content of the flux before welding. However, it is understandable that this is neither practical nor realistic at the industrial level because it would still cause a waste of time, increase the overall cost of the process but especially because flow users do not generally have the appropriate analysis equipment which is also relatively expensive. In other words, the problem that arises is to be able to immediately and simply check whether an agglomerated soldering flux at the outlet of the bag and / or freely exposed to the air for a certain time can be used in submerged arc welding (AS) without the risk of introducing too much diffusible hydrogen into the welds. The solution of the invention is an agglomerated welding flux, in particular for AS welding, formed of granular particles comprising one or more mineral constituents, characterized in that it further comprises a moisture-indicating compound having a sensitivity the moisture recovery equivalent to that of the flow and whose color changes in the presence of a given amount of moisture. Depending on the case, the process of the invention may comprise one or more of the following characteristics: the mineral constituent or constituents comprise one or more alkaline silicates. the mineral constituent or constituents comprise one or more alkaline silicates of sodium and / or potassium. - The granular particles have a particle size less than or equal to 2 mm, typically less than or equal to 1.8 mm, or even less than or equal to 1.5 mm. the moisture indicator compound is mixed with the granular particles of the stream. the moisture indicator compound comprises a chloride or a metal sulphate. the moisture indicator compound comprises cobalt or nickel chloride, or copper sulphate. the moisture indicator compound represents less than 5% by weight of the flux, preferably between 0.5 and 3% of the flux. it contains a moisture indicator compound that changes color before the water content absorbed by said flux leads to a transfer of diffusible hydrogen greater than 5 ml / 100 g of deposited metal. - The moisture indicator compound, when changing color in the presence of moisture, takes a different color from that of the flow. The invention also relates to a submerged arc welding method using an agglomerate flux according to the invention.
Par ailleurs, l'invention concerne également un procédé pour déterminer ou vérifier la présence éventuelle d'humidité (eau) dans un flux aggloméré de soudage, en particulier un flux pour soudage AS, formé de particules granulaires comprenant un ou des constituants minéraux, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape d'ajouter et mélanger aux particules granulaires au moins un composé indicateur d'humidité ayant une sensibilité à la reprise en humidité équivalente à celle des particules granulaires du flux considéré et dont la coloration change en présence d'une quantité donnée d'humidité. L'invention repose donc sur l'idée d'introduire dans le flux aggloméré, une matière ou un composé ayant une sensibilité à la reprise en humidité équivalente au flux considéré, en proportion nécessaire et suffisante, réagissant par une différence de coloration flagrante par rapport au flux de soudage. Durant l'absorption de l'humidité de l'air environnant, le changement de couleur doit se produire au moment où la quantité d'eau en présence dans le flux est jugée trop importante car susceptible d'avoir des conséquences notables sur la qualité de la soudure. Une simple observation visuelle de la coloration du flux permet à l'opérateur de savoir instantanément si le flux de soudage est utilisable ou non sans risque pour la soudure. Dans le cas où le flux avec indicateur coloré a changé de couleur lors de l'ouverture de l'emballage de conditionnement ou subséquemment au cours de l'opération de soudage, l'opérateur sait immédiatement qu'il est alors indispensable d'étuver le flux pour en éliminer l'eau absorbée, voire d'utiliser un autre flux. Furthermore, the invention also relates to a method for determining or checking the possible presence of moisture (water) in a sintered welding flux, in particular a flux for welding AS, formed of granular particles comprising one or more mineral constituents, characterized in that it comprises the step of adding and mixing with the granular particles at least one moisture-indicating compound having a sensitivity to moisture recovery equivalent to that of the granular particles of the flux in question and whose color changes in the presence of a given amount of moisture. The invention is therefore based on the idea of introducing into the agglomerated flow, a material or a compound having a sensitivity to the resumption of moisture equivalent to the flux in question, in a necessary and sufficient proportion, reacting by a difference in discoloration with respect to to the welding flux. During the absorption of moisture from the surrounding air, the color change must occur when the amount of water present in the flow is considered to be too high because it may have significant consequences on the quality of the air. the welding. A simple visual observation of the color flow allows the operator to know instantly whether the welding flux is usable or not without risk for welding. In the case where the flow with colored indicator has changed color during the opening of the packaging packaging or subsequently during the welding operation, the operator immediately knows that it is then essential to steam the machine. flow to eliminate the absorbed water, or to use another flow.
Le composé indicateur d'humidité introduit dans le flux est choisi de manière à ne pas perturber la qualité et les performances du flux lors du soudage afin de ne pas avoir de conséquences néfastes sur la qualité de la soudure. The moisture indicator compound introduced into the flow is chosen so as not to disturb the quality and performance of the flow during welding so as not to have adverse consequences on the quality of the weld.
Le flux de l'invention est fabriqué avec des matières premières de même nature que les flux de soudage classiques mais avec des degrés de pureté qui permettent d'obtenir un flux de couleur claire, de préférence un flux blanc, pour permettre une meilleure visibilité de la couleur de l'indicateur d'humidité qui est rajouté au flux. The flow of the invention is manufactured with raw materials of the same nature as the conventional welding fluxes but with degrees of purity which make it possible to obtain a clear color flow, preferably a white flow, to allow a better visibility of the color of the humidity indicator that is added to the flow.
En fonction de la sensibilité du flux de soudage dans lequel on veut ajouter un indicateur coloré, on peut soit introduire la matière colorante au moment de l'agglomération du flux indicateur, ou alors fabriquer un flux blanc et, après cuisson, recouvrir légèrement la surface des grains de cet indicateur coloré par pulvérisation avec une solution aqueuse de la matière colorante choisie La granulométrie du composé indicateur d'humidité est adaptée pour être équivalente à celle du flux de soudage considéré. Plus ailleurs, le choix du composé coloré servant à la fabrication du flux indicateur dépend de la couleur du flux de soudage ; le changement de couleur devant être significatif et donc facilement observable/détectable visuellement pour l'opérateur. Depending on the sensitivity of the welding flux in which we want to add a color indicator, we can either introduce the coloring material at the time of agglomeration of the indicator flow, or can make a white flow and, after cooking, slightly cover the surface grains of this indicator colored by spraying with an aqueous solution of the selected coloring material The particle size of the moisture indicator compound is adapted to be equivalent to that of the welding flux considered. Moreover, the choice of the colored compound used to manufacture the indicator flow depends on the color of the welding flux; the color change must be significant and therefore easily observable / visually detectable for the operator.
Par exemple, un flux de soudage blanc avec ajout d'un composé indicateur spécifique blanc à l'état sec, puis changeant de couleur (de blanc vers une couleur sombre) après absorption d'un certaine quantité d'humidité, ou alors un flux de soudage sombre avec ajout d'un flux indicateur spécifique bleu à l'état sec, puis changeant de couleur (rose) avec l'humidité, comme illustré dans le Tableau ci-après. For example, a white solder flux with the addition of a white specific indicator compound in the dry state, then changing color (from white to a dark color) after absorbing a certain amount of moisture, or a flux dark welding with the addition of a blue specific indicator flow in the dry state, then changing color (pink) with moisture, as shown in the table below.
Tableau Couleurs des composés indicateurs d'humidité Flux Sec Humide Composé A Blanc Vert Composé B Bleu Rose Les composés utilisables dans le cadre de la présente invention et qui réagissent par un changement de couleur sous l'effet de l'humidité sont par exemple chlorure de cobalt, chlorure de nickel, sulfate de cuivre... Déterminer le composé le plus adapté à un flux donné et/ou à une proportion d'humidité éventuelle donnée à détecter est à la portée d'un homme du métier. Dans tous les cas, les grains de composé indicateur d'humidité sont intégrés au flux juste avant son emballage, par exemple environ 1.5% en masse de composé coloré, et dans une atmosphère sèche. En général, la proportion de composé indicateur d'humidité introduit dans le flux de soudage est approximativement entre 1 et 3% en masse dudit flux. Les quantités de matières colorantes à introduire dans le flux indicateur sont fonction de la sensibilité de chaque flux. Ces quantités sont aisément déterminables par un homme du métier sur la base de simples essais empiriques de reprise en humidité. La figure annexée illustre, pour un flux de soudage donné, testé dans des conditions de reprise en humidité constantes (80% d'humidité, soit 18 g d'eau par kg d'air), le comportement d'un composé indicateur qui change de couleur avant que la teneur en eau absorbée ne conduise à un transfert en H2 diffusible supérieur à 5 ml /100g de métal déposé qui est un maximum acceptable. Dans le cas présent, le composé utilisé est à base de chlorure de cobalt. Comme on le voit, tant que la proportion d'humidité progressivement captée par le flux au fil du temps reste en-dessous d'une proportion donnée ou valeur-seuil correspondant à 5 ml/100 mg d'hydrogène diffusible dans le métal déposé, le composé reste bleu et se confond avec les particules du flux qui sont elles-mêmes grisâtres. Par contre, au dessus de cette valeur-seuil, le composé indicateur vire au rose, ce qui est facilement identifiable visuellement par l'utilisateur, par exemple le soudeur, qui va alors pouvoir écarter le sac de flux en question et l'envoyer à l'étuvage. D'autres tests ont par ailleurs été opérés avec un composé à base de chlorure de 20 nickel et ont donnés des résultats analogues. Table Colors of Moisture-Indicating Compounds Dry Moisture Flow Compound A White Green Compound B Pink Blue The compounds usable in the context of the present invention and which react by a color change under the effect of moisture are, for example, sodium chloride. cobalt, nickel chloride, copper sulfate ... Determining the most suitable compound for a given flow and / or a given proportion of possible moisture to be detected is within the reach of a person skilled in the art. In all cases, the grains of moisture indicator compound are integrated in the flow just before packaging, for example about 1.5% by weight of colored compound, and in a dry atmosphere. In general, the proportion of moisture indicator compound introduced into the welding flux is approximately 1 to 3% by weight of said flux. The amounts of dyestuffs to be introduced into the indicator flow are a function of the sensitivity of each flow. These amounts are easily determinable by a person skilled in the art on the basis of simple empirical tests of moisture recovery. The attached figure illustrates, for a given welding flux, tested under constant humidity recovery conditions (80% humidity, ie 18 g of water per kg of air), the behavior of an indicator compound that changes of color before the absorbed water content leads to a diffusible H2 transfer greater than 5 ml / 100g of deposited metal which is an acceptable maximum. In the present case, the compound used is based on cobalt chloride. As can be seen, as long as the proportion of humidity gradually captured by the flux over time remains below a given proportion or threshold value corresponding to 5 ml / 100 mg of diffusible hydrogen in the deposited metal, the compound remains blue and merges with the particles of the flux which are themselves greyish. On the other hand, above this threshold value, the indicator compound turns pink, which is easily identifiable visually by the user, for example the welder, who will then be able to discard the bag of flow in question and send it to parboiling. Other tests have been carried out with a compound based on nickel chloride and have given similar results.
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