<Desc/Clms Page number 1>
"PROCEDE DE CONSTRUCTION D'OUVRAGES METALLIQUES EN ACIER A HAUTE RESISTANCE SOUDES A L'ARC ELECTRIQUE".\
<Desc/Clms Page number 2>
La présente invention est relative à un procédé de construction d'ouvrages métalliques en acier faiblement allié présentant, à l'état recuit, une résistance de rupture à la traction au minimum égale à 52 kg/mm2, dans lequel on assem- ble par soudure à l'arc électrique, au moyen de passes super- posées de métal de soudure, des pièces d'une épaisseur mini- mum de 10 millimètres.
On sait que les aciers laminés deviennent moins soudables à mesure que leur épaisseur augmente et que, par conséquent, leur degré de corroyage diminue et la grosseur de leur grain augmente.
On sait également que les aciers à haute résistance faiblement alliés ne sont que médiocrement soudables en épaisseurs minces (inférieures à 10 millimètres) tandis qu'aucun d'entre eux ne possède une soudabilité acceptable au delà de 25 millimètres d'épaisseur.
Par "aciers à haute résistance", il faut compren- dre dans le présent brevet, des aciers dont la résistance de rupture à la traction est au minimum égale à 52 kgs. par mil- limètre carré quand ils sont à l'état recuit.
Le défaut de soudabilité des aciers à haute résis- tance, qui est d'autant plus grand que leur teneur en carbone, en manganèse et en d'autres métaux alliés est plus forte, donne lieu à un tel manque de sécurité des ouvrages soudés qu'ils pourraient constituer, qu'on préfère ne pas les employ er pour la construction d'ouvrages soudés lourds tels que les grands ponts ou les grands navires.
Le manque de soudabilité des aciers à haute ré- sistance en fortes épaisseurs est dû aux effets combinés de trois causes principales :
1 ) Dans une construction soudée, les tensions de retrait provoquées par l'opération de soudure se combi- nent souvent défavorablement aux tensions dues aux charges
<Desc/Clms Page number 3>
extérieures. Il en résulte, en de nombreux points de l'ouvra- ge, l'existence d'états de tension multiples, et l'existence de pointes de tensions très élevées, dont on ne peut générale ment pas tenir compte dans les calculs de résistance parce qu'on ignore leur valeur exacte. Ces tensions multiples sont capables de provoquer des ruptures par décohésion, sans aucun allongement plastique préalable du métal.
Le risque est d'au- tant plus grand que le métal où règnent ces états multiples de tensions est plus dur. C'est le cas des aciers à haute résistance, et plus particulièrement des zones trempées au voisinage des soudures.
Il est à remarquer que les états multiples de tensions dangereux, dans une construction soudée, sont loca- lisés au voisinage des surfaces des pièces assemblées par sou dure. En effet, d'une part, les tensions de flexion ou de torsion sont maxima près des surfaces et, d'autre part, dans les joints soudés exécutés en plusieurs passes, les tensions de retrait sont particulièrement dues à la dernière passe de chaque joint et atteignent leur maximum à proximité de cel- le-ci (car les tensions dues aux passes précédentes sont en grande partie réduites par l'effet thermique dû aux pas- ses suivantes). Il en résulte que les combinaisons les plus défavorables des tensions de retrait et des tensions cons- tructives sont localisées au voisinage des surfaces des éléments métalliques assemblés par soudure.
2 ) Le métal des pièces soudées situé au voisinage des cordons de soudure subit, du fait du passage de l'arc électrique, un traitement thermique. Au voisinage d'un cordon de soudure réalisé à l'arc électrique, on constate donc dans l'acier des pièces soudées, l'existence d'une zone trempée et, autour de cette zone, l'existence d'une zone adoucie par revenu.
Si l'acier des pièces soudées est un acier extra
<Desc/Clms Page number 4>
doux à basse teneur en carbone, le métal de la zone trempée est à peine plus dur, et celui de la zone revenue à peine plus doux que le métal avant soudage. Si, au contraire, l'a- cier contient des proportions notables de carbone, de manganè- se, de chrome, de nickel, de molybdène, ou d'autres métaux servant à augmenter la résistance de l'acier, la zone trempée est inévitablement durcie et fragile.
Il est à remarquer en outre que, dans les assembla- ges soudés en plusieurs passes, la zone trempée d'une passe devient la zone adoucie de la passe suivante. Cet effet de revenu réduit la dureté et la fragilité de cette zone primiti- vement trempée. Seule la zone trempée de la dernière passe du joint n'est pas adoucie.
Par conséquent, dans un ouvrage soudé en acier à haute résistance, les zones trempées les plus fragiles sont situées au voisinage des soudures, à proximité des surfaces des éléments assemblés.
3 ) Les constructions soudées contiennent toujours de nombreuses entailles, causées soit par les dispositions constructives (assemblages en T ou à recouvrement), soit par les défauts des soudures (inclusions de laitier et sur- tout morsures).
Il est connu que l'existence d'entailles dans une pièce tendue diminue sa résistance. Cette diminution est peu sensible dans le cas des aciers très doux, mais très importan te dans le cas des aciers plus durs, comme les aciers à haute résistance.
Il est à noter que dans une construction soudée, le plus grand nombre de ces entailles est situé à la surface des éléments assemblés par soudure (morsures dues au dernier cordon de chaque joint, entaille constructive des assemblages en T ou à recouvrement).
La présente invention a comme objet un procédé de
<Desc/Clms Page number 5>
construction par soudure d'ouvrages en acier à haute résis- tance du type rappelé ci-avant grâce auquel les inconvénients rappelés ci-dessus sont fortement atténués.
Suivant l'invention,on assemble par soudure des piè- ces d'acier faiblenent allié à haute résistance, recouvertes, la sur/face par laquelle on termine le cordon de soudure en plusieurs passes, d'une couche de placage d'acier doux préser. tant, à l'état recuit, une résistance de rupture à la trac- tion au maximum égale à 45 kg/mm2
Les pièces composites constituées d'une partie en acier faiblement allié et d'une couche de placage en acier doux peuvent être réalisées par des procédés connus convena- bles.
Dans les ouvrages construits avec ces éléments composites, les assemblages susdits sont réalisés en plu- sieurs passes, les dernières passes, qui sont les plus dan- gereuses pour la résistance de l'ouvrage, étant faites dans la couche de placage d'acier doux.
L'acier extra doux soudable possède une meilleure conductibilité thermique que les aciers alliés. Lorsqu'on soude sur la face plaquée d'un élément composite, l'effet thermique en profondeur est donc moindre que dans le cas d'un acier à haute résistance plein et la zone trempée ne pénètre pas, ou fort peu, dans le métal à haute résistance.
Ce métal ainsi durci peut toujours être adouci par le dépôt d'une dernière passe supplémentaire tandis que la zone trem pée dans le placage est exempte de fragilité.
D'autre part, les combinaisons des tensions les plus nuisibles, localisées en surface des pièces, sont donc situées dans le métal le moins fragile et le plus soudable.
Enfin, la plupart des entailles éventuelles sont localisées dans le placage extra doux où leur effet nuisible est négligeable.
<Desc/Clms Page number 6>
Afin de pouvoir déposer les dernières passes des cordons de soudure exécutés dans la couche de placage, avec des électrodes de diamètre usuel, approprié aux épaisseurs des pièces à souder (par exemple des électrodes de 3,25, de 4 ou de 5 millimètres de diamètre) sans que la zone trempée qui subsiste au voisinage des dernières passes du cordon de soudure pénètre exagérément dans le métal à haute résistance des pièces soudées, le placage doit avoir une épaisseur mini- mum de trois millimètres plus trois centièmes de l'épaisseur totale de la pièce composite soudée.
D'autres particularités et détails du procédé sui- vant l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexés au présent mémoire, .qui représentent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, quelques formes d'exécution de joints soudés par le procédé suivant l'invention ainsi qu'un schéma d'un essai de soudabilité d'une pièce composite traitée suivant l'invention.
Les figures 1 à 7 sont des coupes transversales dans des joints soudés réalisés conformément au procédé suivant l'invention.
La figure 8 est une vue en plan d'une tôle servant à la préparation d'un barreau pour un essai de soudabilité généralement connu sous le nom de "Bead Weld Nick-Bend Test".
La figure 9 est, à plus grande échelle, une coupe longitudinale à travers la partie médiane d'un barreau obte- nu à partir de la tôle suivant la figure 8, après exécution d'un trait de scie dans le cordon de soudure.
La figure 10 est un schéma de l'installation utili sée pour effectuer l'essai de soudabilité susdit.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
A la figure 1, on a représenté les parties voisine: du joint de soudure entre deux pièces 2 et 3 en acier fai-
<Desc/Clms Page number 7>
blement allié présentant, à l'état recuit, une résistance au moins égale à 52 kg. par millimètre carré, pourvues sur une fa ce de couches de placages en acier doux respectivement dési- gnées par 4 et 5. La résistance de cet acier doux,est, à l'état recuit, au maximum de 45 kg. par millimètre carré.
Chaque élément composite 2-4 ou 3-5 a une épaisseur totale supérieure à 10 millimètres. Les deux éléments sont assemblés bout à bout au moyen d'un cordon de soudure 6 en forme de V qui a été exécuté par passes successives au moyen d',électrodes de soudure du type usuel employé pour la soudure de pièces en acier. Le V formé entre les pièces présente son ouverture du,côté où se trouvent les couches de placage 4 et 5 en acier doux. En d'autres termes, les couches de placage sont situées sur la face des pièces par laquelle on termine le cordon de soudure en passes superposées.
L'épaisseur des couches de placage 4 et 5 est au minimum de trois millimètres plus trois centièmes de l'épais- seur totale de la pièce composite 2-4 ou 3-5, afin de per- mettre l'emploi d'électrodes de diamètre usuel pour la sou- dure de pièces de l'épaisseur totale considérée, sans que la zone trempée et non revenue puisse pénétrer de manière sensible dans le métal faiblement allié à haute résistance constituant les parties 2 et 3.
A la figure 2, on voit deux pièces composites com- prenant chacune un noyau en acier faiblement allié à haute résistance désigné par 2 ou 3 recouvert sur ses deux faces d'une couche de placage en acier doux, Ces couches sont dési- gnées par 4 et 4' pour le noyau 2 et par 5 et 5' pour le noy- au 3. L'assemblage bout à bout de ces deux pièces a été ef- fectué en passes successives par un cordon de soudure 6-6' en forme de X.
A la figure 3, la pièce composite 2-4 présente une nervure en forme de nez 7 à l'endroit de l'assemblage. Cette
<Desc/Clms Page number 8>
nervure 7 est formée par la couche de placage 4.
Les couches de placage peuvent s'étendre sur toute la face de le. pièce dont elles font partie. Dans le cas parti- un culier de grosses pièces, on peut avoir/intérêt économique à limiter les couches de placage uniquement au voisinage des joints de soudure. A la figure 4, on voit une pièce composite 2-4-7 dans laquelle la couche de placage n'existe qu'au voisi- nage du cordon de soudure 5-6' a la figure 5, on a représenté une pièce composite 2-4 de section transversale rectangulaire dont la couche de placage s'étend sur les quatre faces et deux pièces composites 3-5, également de section transversale rectangulaire, dont la couche de placage s'étend sur trois des quatre faces.
Les cordons de soudure 6 appliqués dans les angles sont au con- tact des couches en acier doux des pièces assemblées.
A la figure 6, on a représenté un autre assemblage réalisé suivant l'invention, dans lequel la nervure 7 de la pièce composite 2-4-7 est formée par une couche de placage 4 qui s'étend sur toute la périphérie du noyau 2. la¯ figure 7, on a représenté un assemblage sou- dé suivant l'invention dans lequel un noyau 2 en forme de L est recouvert complètement d'une couche de placage 4 et est assemblé à trois autres pièces composites 3-5. Celles-ci ne présentent une couche de placage 5 qu'au voisinage des cor- dons de soudure 6.
Les considérations qui ont été développées au début du présent mémoire suffisent pour faire comprendre clai rement que l'existence du placage en acier doux supprime près que totalement les causes du mauvais comportement des élément en acier faiblement allié à haute résistance, en construction soudée lourde.
Néanmoins des essais de soudabilité ont été exé- cutés pour vérifier directement les qualités des éléments
<Desc/Clms Page number 9>
composites utilisés dans le procédé suivant l'invention.
Ces éléments composites ont été soumis à l'essai de pliage avec cordon transversal entaillé proposé par Jack- son et Luther et qui est généralement connu sous le nom de
EMI9.1
"Bead Weld Nick-Bend-Test".
On a opéré comme suit : sur une tôle composite 8 (figure 8) de 300 millimètres x 150 millimètres, comprenant, d'une part, une partie 2 (figure 9) en acier faiblement allié à haute résistance, de 21 millimètres d'épaisseur et, d'autre part, sur une face de cette partie 2 une couche de placage 4 en acier extra doux de 4 millimètres on a déposé un cordon de soudure 9 à l'aide d'une électrode d'un diamètre de 4 milli mètres et déposant un métal d'une résistance de rupture à la traction de 45 kg/mm2. On a découpé au milieu de cette tôle deux barreaux de pliage de 40 millimètres de largeur par sciage entre les traits 10 dirigés perpendiculairement au cordon de soudure 9.
On a ensuite pratiqué dans le cordon de soudure un trait de scie 11 (figure 9) de 2,5 millimètres de large sur une profondeur telle que le fond 12 était à 1,2 millimètre en dessous de la surface extérieure 13 de la couche de placage 4. Fuis on a placé les barreaux entre les supports /(figure10) de la machine de pliage, le support arondi 15 14 et 15/, d'une épaisseur de 50 millimètres, étant à mi-disten ce entre les supports cylindriques 14 qui, en leurs points les plus rapprochés, étaient à 150 millimètres l'un de l'autre
L'acier de la couche 2 contenait 0.18 % de carbone, 0,16% de silicium, 1,1 % de manganèse, 0,5% de nickel, 0,25 de molybdène, 0,28 % de cuivre, 0,1 % de vanadium et 0,1 % de chrome.
La résistance de.rupture à la traction était, à l'éta recuit de 65 kg/mm2. L'acier extra doux constituant la cou- che de placage 4 contenait 0,08 % de carbone, 0,02% de soufre, 0,03 % de phosphore, 0,3 % de manganèse. Sa résistance de rup- ture à la traction était de 42 kg/mm2.
On a soumis successivement les deux barreaux au
<Desc/Clms Page number 10>
pliage par la machine. On a constaté un angle de pliage de 30 au moment de l'apparition de la première crique et la formation d'une cassure progressive mixte.
On a recommencé deux séries d'essais de ce genre au moyen des mêmes matériaux et en opérant dans les mêmes conditions. On a constaté des angles de pliage respectivement de 29 et de 31 avec une cassure progressive mixte. Dans les trois séries, la cassure /'présentait 25 à 40% de surface soyeuse.
Ces résultats montrent que le procédé suivant l'invention donne lieu à une bonne soudabilité puisqu'il est admis qu'un acier d'une épaisseur supérieure à 20 millimètres est soudable si l'angle de pliage au moment de l'apparition
EMI10.1
de la première crique dans l'essai ' Bead-ûeld-IVick-Bend-Testtr est supérieur à 25 .
A titre comparatif, on a également'procédé à des essais de ce genre sur des barreaux de pliage de 22 millimè- tres d'épaisseur ayant la même composition que la couche 2 des barreaux composites susdits. On a obtenu une rupture brusque, voire explosive, pour des angles de pliage compris entre 10 et 15 . La surface des cassures était à gros grains.
Ceci démontre l'excellente soudabilité que procure le procé- dé de soudage conforme à l'invention.
Des résultats analogues à ceux qui viennent d'ê- tre exposés peuvent être obtenus avec des aciers faiblement alliés à haute résistance et des aciers doux, qui ont des compositions différentes de celles décrites ci-dessus, à condition que les résistances de rupture à la traction de cet: aciers soient à l'état recuit, respectivement supérieures à 52 kg/mm2 et inférieures à 45 kg/mm2.
On peut avantageusement réaliser le procédé sui- vant l'invention avec des aciers faiblement alliés à haute résistance contenant du carbone dans la proportion de 0,09
<Desc/Clms Page number 11>
à 0,3%, et au moins un des métaux du groupe suivant : manganè se, chrome, molybdène, silicium, nickel, vanadium, tungstène, cuivre, dans une proportion telle que la somme des teneurs des métaux de ce groupe fasse au moins 1%. Ces aciers peuvent alors être recouverts d'une couche de placage en acier doux qui contient de 0,03 à 0,13% de carbone et, au maximum, 0,6 % de manganèse et 0,2% de silicium
REVENDICATIONS
1.
Procédé de construction d'ouvrages métalliques en acier faiblement allié présentant, à l'état recuit, une résistance de rupture à la traction au minimum égale à 52 kg/ mm2, dans lequel on assemble par soudure à l'arc électrique, au moyen de passes superposées de métal de soudure, des piè- ces d'une épaisseur minimum de 10 millimètres, c a r a c t é r i s é en ce qu'on assemble par soudure des pièces d'acier faiblement allié à haute résistance, recouvertes, sur la face par laquelle on termine le cordon de soudure en plusieurs passes, d'une couche de placage d'acier doux .; 'présentant, à l'état recuit, une résistance de rupture à la traction au maximum égale à 45 kg/mm2.
<Desc / Clms Page number 1>
"PROCESS FOR CONSTRUCTION OF METAL WORKS IN HIGH RESISTANCE STEEL WELDED WITH ELECTRIC ARC". \
<Desc / Clms Page number 2>
The present invention relates to a process for the construction of metal structures in low-alloy steel having, in the annealed state, a tensile strength at least equal to 52 kg / mm2, in which it is assembled by welding. by means of an electric arc, by means of superimposed welding metal passes, parts with a minimum thickness of 10 mm.
It is known that rolled steels become less weldable as their thickness increases and, therefore, their degree of wrought decreases and their grain size increases.
It is also known that low-alloy high strength steels are poorly weldable in thin thicknesses (less than 10 millimeters) while none of them has acceptable weldability beyond 25 millimeters in thickness.
By “high-strength steels”, it is necessary to understand in the present patent, steels whose tensile strength is at least equal to 52 kgs. per square millimeter when in the annealed condition.
The weldability defect of high strength steels, which is all the greater as their carbon, manganese and other alloyed metals content is higher, gives rise to such a lack of safety in welded structures that 'they could constitute, which one prefers not to employ them for the construction of heavy welds such as large bridges or large ships.
The lack of weldability of high strength steels in thick thicknesses is due to the combined effects of three main causes:
1) In a welded construction, the shrinkage stresses caused by the welding operation often combine unfavorably with the stresses due to the loads.
<Desc / Clms Page number 3>
exterior. This results, at many points in the work, in the existence of multiple voltage states, and the existence of very high voltage peaks, which cannot generally be taken into account in resistance calculations. because we do not know their exact value. These multiple tensions are capable of causing breaks by decohesion, without any prior plastic elongation of the metal.
The risk is all the greater the harder the metal in which these multiple states of tension reign. This is the case with high strength steels, and more particularly hardened areas in the vicinity of welds.
It should be noted that the multiple dangerous voltage states, in a welded construction, are localized in the vicinity of the surfaces of the welded parts. Indeed, on the one hand, the bending or torsional stresses are maximum near the surfaces and, on the other hand, in welded joints executed in several passes, the shrinkage stresses are particularly due to the last pass of each joint. and reach their maximum near it (because the stresses due to the preceding passes are largely reduced by the thermal effect due to the following passes). As a result, the most unfavorable combinations of shrinkage stresses and structural stresses are localized in the vicinity of the surfaces of welded metal members.
2) The metal of the welded parts located in the vicinity of the weld beads undergoes, due to the passage of the electric arc, a heat treatment. In the vicinity of a weld bead produced with an electric arc, we therefore observe in the steel of the welded parts, the existence of a hardened zone and, around this zone, the existence of a zone softened by returned.
If the steel of the welded parts is an extra steel
<Desc / Clms Page number 4>
soft at low carbon, the metal in the hardened zone is barely harder, and that of the tempered zone barely softer than the metal before welding. If, on the contrary, the steel contains significant proportions of carbon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, or other metals serving to increase the strength of the steel, the hardened zone is inevitably hardened and brittle.
It should also be noted that in assemblies welded in several passes, the hardened area of one pass becomes the softened area of the next pass. This tempering effect reduces the hardness and the brittleness of this initially hardened zone. Only the hardened area of the last pass of the seal is not softened.
Consequently, in a welded structure made of high strength steel, the most fragile hardened areas are located in the vicinity of the welds, near the surfaces of the assembled elements.
3) Welded constructions always contain many notches, caused either by the constructive provisions (T or lap joints), or by weld defects (slag inclusions and especially bites).
It is known that the existence of notches in a tensioned part reduces its resistance. This reduction is insignificant in the case of very soft steels, but very significant in the case of harder steels, such as high strength steels.
It should be noted that in a welded construction, the greatest number of these notches is located on the surface of the elements assembled by welding (bites due to the last bead of each joint, constructive notch in T or lap joints).
The present invention relates to a method of
<Desc / Clms Page number 5>
construction by welding of high-strength steel structures of the type mentioned above, thanks to which the drawbacks mentioned above are greatly reduced.
According to the invention, pieces of high-strength low-alloy steel are assembled by welding, covered, the surface on which the weld bead is terminated in several passes, with a layer of mild steel plating. present. as long as, in the annealed condition, a tensile strength at most equal to 45 kg / mm2
Composite parts consisting of a low alloy steel part and a mild steel cladding layer can be made by suitable known methods.
In works constructed with these composite elements, the aforementioned connections are made in several passes, the last passes, which are the most dangerous for the strength of the structure, being made in the layer of mild steel cladding. .
Weldable extra soft steel has better thermal conductivity than alloy steels. When welding on the plated face of a composite element, the thermal effect in depth is therefore less than in the case of a solid high-strength steel and the hardened zone does not penetrate, or very little, into the metal high resistance.
This hardened metal can always be softened by the deposition of a last additional pass while the quenched area in the plating is free from brittleness.
On the other hand, the most harmful voltage combinations, located on the surface of the parts, are therefore located in the least fragile and most weldable metal.
Finally, most of the possible nicks are located in the extra soft veneer where their deleterious effect is negligible.
<Desc / Clms Page number 6>
In order to be able to deposit the last passes of the weld beads made in the cladding layer, with electrodes of the usual diameter, suitable for the thicknesses of the parts to be welded (for example electrodes of 3.25, 4 or 5 millimeters in diameter ) without the hardened area remaining in the vicinity of the last passes of the weld bead penetrating excessively into the high-strength metal of the welded parts, the cladding must have a minimum thickness of three millimeters plus three hundredths of the total thickness of the welded composite part.
Other features and details of the process according to the invention will become apparent from the description of the drawings appended hereto, which represent schematically, and by way of example only, some embodiments of joints welded by the invention. method according to the invention as well as a diagram of a weldability test of a composite part treated according to the invention.
Figures 1 to 7 are cross sections in welded joints produced in accordance with the process according to the invention.
Figure 8 is a plan view of a sheet used in the preparation of a bar for a weldability test generally known as the "Bead Weld Nick-Bend Test".
FIG. 9 is, on a larger scale, a longitudinal section through the median part of a bar obtained from the sheet according to FIG. 8, after execution of a saw cut in the weld bead.
FIG. 10 is a diagram of the installation used to carry out the aforementioned weldability test.
In these different figures, the same reference notations designate identical elements.
In Figure 1, there is shown the neighboring parts: of the weld joint between two parts 2 and 3 made of steel made
<Desc / Clms Page number 7>
fully alloyed having, in the annealed state, a strength of at least 52 kg. per square millimeter, provided on one side with layers of mild steel veneers respectively denoted by 4 and 5. The strength of this mild steel is, in the annealed condition, a maximum of 45 kg. per square millimeter.
Each composite element 2-4 or 3-5 has a total thickness greater than 10 millimeters. The two elements are assembled end to end by means of a V-shaped weld bead 6 which has been carried out by successive passes by means of welding electrodes of the usual type used for welding steel parts. The V formed between the pieces has its opening on the side where the plating layers 4 and 5 of mild steel are located. In other words, the cladding layers are located on the face of the parts with which the weld bead is terminated in superimposed passes.
The thickness of the cladding layers 4 and 5 is at least three millimeters plus three hundredths of the total thickness of the composite part 2-4 or 3-5, in order to allow the use of electrodes. usual diameter for the welding of parts of the total thickness considered, without the hardened and non-tempered zone being able to penetrate appreciably into the low-alloy high-resistance metal constituting parts 2 and 3.
In Figure 2, we see two composite parts each comprising a low alloy steel core with high resistance designated by 2 or 3 covered on both sides with a layer of mild steel cladding. These layers are designated by 4 and 4 'for the core 2 and by 5 and 5' for the core 3. The end-to-end assembly of these two parts was carried out in successive passes by a 6-6 'shaped weld bead. by X.
In Figure 3, the composite part 2-4 has a nose-shaped rib 7 at the place of assembly. This
<Desc / Clms Page number 8>
rib 7 is formed by the veneer layer 4.
The veneer layers can extend over the entire face of the. part of which they are part. In the particular case of large parts, it may be economically advantageous to limit the cladding layers only in the vicinity of the welded joints. In Figure 4, we see a composite part 2-4-7 in which the cladding layer only exists in the vicinity of the weld bead 5-6 'in Figure 5, there is shown a composite part 2 -4 of rectangular cross section with the veneer layer extending over four sides and two composite parts 3-5, also of rectangular cross section, with the veneer layer extending over three of the four sides.
The weld beads 6 applied in the corners are in contact with the mild steel layers of the assembled parts.
In Figure 6, there is shown another assembly made according to the invention, in which the rib 7 of the composite part 2-4-7 is formed by a cladding layer 4 which extends over the entire periphery of the core 2 In Figure 7 there is shown a welded assembly according to the invention in which an L-shaped core 2 is completely covered with a cladding layer 4 and is joined to three other composite parts 3-5. These only have a plating layer 5 in the vicinity of the weld seams 6.
The considerations which were developed at the beginning of this specification suffice to make it clear that the existence of the mild steel cladding nearly completely eliminates the causes of the poor behavior of high strength low alloy steel members in heavy welded construction.
However, weldability tests were carried out to directly check the qualities of the elements.
<Desc / Clms Page number 9>
composites used in the process according to the invention.
These composite elements were subjected to the notched transverse bead bending test proposed by Jack- son and Luther and which is commonly known as
EMI9.1
"Bead Weld Nick-Bend-Test".
The operation was carried out as follows: on a composite sheet 8 (figure 8) of 300 millimeters x 150 millimeters, comprising, on the one hand, a part 2 (figure 9) of low-alloy high-strength steel, 21 millimeters thick and, on the other hand, on one face of this part 2 a layer of plating 4 made of extra mild steel of 4 millimeters, a weld bead 9 was deposited using an electrode with a diameter of 4 millimeters and depositing a metal with a tensile strength of 45 kg / mm2. Two 40-millimeter-wide folding bars were cut out in the middle of this sheet by sawing between the lines 10 directed perpendicular to the weld bead 9.
A saw cut 11 (Figure 9) 2.5 millimeters wide was then made in the weld bead to a depth such that the bottom 12 was 1.2 millimeters below the outer surface 13 of the layer of veneer 4. The bars were placed between the supports / (figure 10) of the bending machine, the rounded support 15 14 and 15 /, with a thickness of 50 millimeters, being halfway between the cylindrical supports 14 which, at their closest points, were 150 millimeters apart
Layer 2 steel contained 0.18% carbon, 0.16% silicon, 1.1% manganese, 0.5% nickel, 0.25 molybdenum, 0.28% copper, 0.1 % vanadium and 0.1% chromium.
The tensile breaking strength was 65 kg / mm 2 when annealed. The extra mild steel constituting the plating layer 4 contained 0.08% carbon, 0.02% sulfur, 0.03% phosphorus, 0.3% manganese. Its tensile strength at break was 42 kg / mm2.
The two bars were successively subjected to
<Desc / Clms Page number 10>
folding by machine. A bending angle of 30 was observed at the time of the appearance of the first crack and the formation of a progressive mixed break.
Two series of such tests were started again using the same materials and operating under the same conditions. Folding angles of 29 and 31, respectively, were observed with progressive mixed breakage. In all three series the break / 'had 25-40% silky surface.
These results show that the method according to the invention gives rise to good weldability since it is accepted that a steel with a thickness greater than 20 millimeters is weldable if the bending angle at the time of appearance
EMI10.1
of the first crack in the 'Bead-ûeld-IVick-Bend-Testtr is greater than 25.
By way of comparison, tests of this type were also carried out on folding bars 22 millimeters thick having the same composition as layer 2 of the aforesaid composite bars. A sudden, even explosive, break was obtained for bending angles between 10 and 15. The surface of the fractures was coarse grained.
This demonstrates the excellent weldability afforded by the welding process according to the invention.
Results analogous to those just described can be obtained with low alloy high strength steels and mild steels, which have different compositions from those described above, provided that the tensile strengths. tensile strength of this: steels are in the annealed state, respectively greater than 52 kg / mm2 and less than 45 kg / mm2.
The process according to the invention can advantageously be carried out with low alloyed high strength steels containing carbon in the proportion of 0.09
<Desc / Clms Page number 11>
at 0.3%, and at least one of the metals of the following group: manganese, chromium, molybdenum, silicon, nickel, vanadium, tungsten, copper, in a proportion such that the sum of the contents of the metals of this group is at least 1%. These steels can then be covered with a layer of mild steel cladding which contains 0.03 to 0.13% carbon and, at most, 0.6% manganese and 0.2% silicon.
CLAIMS
1.
Process for the construction of metal structures in low-alloy steel having, in the annealed state, a tensile strength at least equal to 52 kg / mm2, in which it is assembled by electric arc welding, by means of superimposed weld metal passes, parts with a minimum thickness of 10 millimeters, characterized in that parts of low-alloy high-strength steel, covered, on the face by which the weld bead is finished in several passes, with a layer of mild steel plating. 'exhibiting, in the annealed condition, a tensile strength at maximum equal to 45 kg / mm2.