Brevet FR2004442A1 — publié le 19691121

i 2004442 L'invention concerne un procédé pour le soudage de métaux réactifs, en particulier de titane, au moyen d'un chalumeau à gaz protecteur. Les métaux réactifs tels que le titane sont très 5 résistants à la corrosion due à des produits chimiques et sont utilisés de préférence, pour cette raison, dans la construction des appareils et machines pour l'industrie chimique. Il est toutefois difficile de les transformer en éléments de machine par moulage ou à la presse. C'est pour cette raison que ces élé-10 ments ou appareils pour l'industrie chimique sont exécutés par soudage à partir de produits semi-finis, par exemple de tôles, tubes, profilés, etc. de titane. Le façonnage de produits semi-finis a l'avantage de ne nécessiter que très peu ou pratiquement aucun usinage par enlèvement de copeaux. Uu égard au prix élevé 15 du titane, on évite autant que possible ce dernier mode d'usinage. On sait qu'en raison du point de fusion élevé et de la grande quantité d'énergie de soudage nécessaire, il faut apporter à la pièce une quantité importante de chaleur. 20 Etant donné que la conductibilité calorifique du titane est très faible, il se forme à l'emplacement de la soudure un grand champ de température quasi-stationnaire, dans lequel la température moyenne est élevée. On sait que le titane possède une grande affinité réactionnelle vis-à-vis des constituants atmosphériques 25 gazeux aux températures supérieures à 300°0 environ et forme avec ces constituants des combinaisons indésirables. Par suite de la haute température, combinée à la durée du chauffage, il se forme en outre une texture à gros grains, qui influence défavorablement les propriétés technologiques mécaniques et la résistance 30 à la corrosion du titane. Les températures localement élevées entraînent, d'autre part, une grande dilatation pendant le soudage et, par suite, une forte contraction et des tensions internes au cours du refroidissement. 35 Pour éviter en partie ces phénomènes dus à la nature du matériau et à l'importance de la quantité d'énergie de soudage apportée, on s'est efforcé de protéger de l'atmosphère le champ de température quasi-stationnaire, où la température se trouve dans la zone critique. 40 Pour souder des produits semi-finis en titane, 69 08332 2 2004442 on met en place la ligne de soudure à l'aide d'un chalumeau à gaz protecteur, et le gaz protecteur s'échappant du chalumeau recouvre la zone restreinte du soudage. Le gaz protecteur s'échappant du chalumeau ne 5 suffisant cependant pas pour protéger de l'atmosphère le champ de température quasi-stationnaire dans la zone critique, ce champ doit être recouvert d'un voile supplémentaire de gaz protecteur, qui est établi au moyen de "douches" épousant la forme de la pièce pour maintenir une véritable atmosphère de gaz pro-10 tecteur à tous les emplacements portés à température critique, jetant donné que les pièces devant être soudées sont souvent à parois peu épaisses, il se forme pareillement un champ de température critique sur la face postérieure de la ligne de soudure, sur laquelle il faut alors appliquer également un voile de gaz 15 protecteur. Pour des soudures d'angle, le voile de gaz protecteur doit même être appliqué de trois côtés. Du fait qu'on utilise généralement une ou plusieurs douches, la consommation de gaz protecteur est égale à au moins deux fois et souvent à plusieurs fois celle du chalumeau. 20 La soudure doit être exécutée sur une certaine lonrjueur nécessaire. Il en résulte que les douches doivent suivre régulièrement le mouvement, ce qui rend indispensable l'intervention d'un deuxième ou d'un troisième ouvrier, à moins que le soudage ne soit effectué que par intermittences afin que les 25 douches puissent être changées de place au fur et à mesure. Pour éviter l'obligation de fabriquer des douches spéciales pour des pièces petites et compliquées, il est connu de souder ces pièces dans une chambre de gaz protecteur, ce qui entraîne naturellement une dépense importante. 30 II ressort de ce qui précède que le façonnage par soudage de produits semi-finis en titane est, d'une part, coûteux en raison de la consommation exagérée de gaz. protecteur et de la faible lon;,-ueur de soudage horaire et, d'autre part, difficile en ce qui concerne le recouvrement correct par le gaz 35 protecteur du champ de température quasi-stationnaire. Du fait que la grande quantité de chaleur se répartit sur la pièce et que la dissipation de la chaleur n'a lieu que naturellement par rayonnement et convection, il peut se produire, dans une zone étendue, une transformation défavorable du matériau et de grandes défor-40 mations. 69 08332 3 2004442 Etant donné que le procédé actuel pour le soudage du titane au moyen d'un chalumeau à gaz protecteur et d'un voile de gaz protecteur supplémentaire était coûteux de toute façon, les spécialistes considéraient comme erronée une addi-5 tion de gaz protecteur comme agent de refroidissement. L'invention a pour but de recouvrir la zone de soudage proprement dite, comme jusqu'à présent, du gaz protecteur du chalumeau, de réduire l'étendue du champ de température et d'en abaisser la température largement au-dessous de la zone 10 critique, ce qui rend superflue, dans presque tous les cas, la protection vis-à-vis de l'atmosphère. Ce problème est résolu par l'invention grâce au fait que, pendant le soudage, on retire de la chaleur au matériau, dans le champ de température quasi- stationnaire, au moyen 15 de fluides réfrigérants liquides ou gazeux. Un premier avantage de l'invention réside en ce que, dans la plupart des cas, on n'a besoin que de dispositifs extrêmement simples pour amener le fluide réfrigérant, au lieu d'une multiplicité de douches à gaz protecteur différentes pour 20 les divers travaux de soudage et les pièces des formes les plus variées. Le fluide réfrigérant, qui peut être de l'eau, rend superflue l'utilisation d'arrivées de gaz protecteur supplémentaires et ne représente pas un facteur important dans le prix de revient. La chaleur est évacuée rapidement, de sorte qu'il ne 25 peut pas s'établir une température critique dans le champ. On peut augmenter notablement le courant de soudage et atteindre-ainsi une vitesse de soudage plus élevée. Le soudage n'a pas besoin d'être exécuté par intermittences. La zone influencée par la chaleur, où se forment 30 éventuellement les gros grains, reste extrêmement limitée et les modifications de cotes dues aux dilatations et contractions successives sont pratiquement supprimées, d'où un accroissement sensible de la qualité et de la sûreté des soudures. Des duretés critiques ne sont pas s. craindre loyennant une mise en oeuvre 35 soigneuse du procédé. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien 40 entendu, partie de ladite invention. 69 08332 4 2004442 La figure 1 montre l'exécution simultanée de deux soudures d'angle à l'aide de deux chalumeaux 1,1' à gaz protecteur 2. La pièce 3 est refroidie intensivement au moyen d'un jet d'eau 4 du côté opposé. Le fluide réfrigérant ne doit pas venir 5 en contact direct avec la zone du soudage. Dans le cas où la soudure d'angle n'est effectuée que d'un côté (figure 2), il faut prévoir une douche 5 de forme relativement petite pour l'autre côté ouvert. Cette douche 5 est déplacée parallèlement au chalumeau 1 à gaz protec-10 teur 2. Le refroidissement a lieu sur la face postérieure de la pièce J. Si l'on veut exécuter ensuite la deuxième soudure d'angle, on peut refroidir de deux côtés, car l'eau ne peut plus atteindre la zone de soudage du chalumeau 1 à gaz protecteur 2, comme le montre la firure 3-15 Pour le soudage "bout à bout, on applique d'abord une mince couche de racine suivant l'ancienne méthode avec un faible apport supplémentaire de gaz protecteur. Toutes les autres passes sont exécutées ensuite par le procédé de l'invention. Le fluide réfrigérant est acené par un simple 20 tuyau flexible, qui n'a mêrae pas besoin d'être muni d'un ajutage spécial. Le jet d'eau peut être fixe ou déplacé en même temps que la soudure, sans avoir besoin de la suivre aussi exactement qu'une douche à gaz protecteur, car la dissipation de la chaleur par l'eau est toujours suffisamment énergique. 25 II va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention. 69 08332 5 2004442 K^maomm Procédé pour le soudage de métaux réactifs, en paxticulier de titane au moyen d'un chalumeau à gaz protecteur, caractérisé en ce que, pendant le soudage, on retire de 5 la chaleur au matériau, dans le champ de température quasi-stationnaire, au moyen de fluides réfrigérants liquides ou gazeux.