Brevet FR2024151A1 — publié le 19700828

L'invention concerne un procédé et un dispositif de soudage à l'arc semi ou entièrement mécanique de joints bout à bout de pièces ou toues à assembler en passes de fond. Lors d'un assemblage de pièces ou tales par soudage, le cordon de soudure est déposé soit des deux cotés de la tôle soit d'un seul côté. Dans le premier cas, après l'exécution de la soudure d'un côté, les pièces sont retournées et le soudage est repris de l'autre côté. Souvent on ne procède à la reprise qu'après un jointoyage du premier cordon, dit passe de fond, surtout lorsque cette passe n'est pas soudée sans défaut ou, et égard au procédé de soudage appliqué, si elle ne peut pas être prise de l'autre côté avec sûreté. Lorsqu'il est prévu de ne souder que d'un côté, la passe de fond doit être exécutée avec beaucoup de soin et sans aucun défaut, pour qu'elle puisse servir de cordon définitif.Dans ce cas, lors de l'assemblage de telles pièces on peut économiser trois opération (retournement, Jointoyage, reprise) et de ce fait améliorer sensiblement le rendement économique. On exécute les passes de fond souvent avec des électrodes enrobées, vu qu'on peut ainsi facilement surmonter les irrégularités éventuelles de la préparation du joint, par exemple un espacement irrégulier. Il est également possible de déposer le cordon de fond en utilisant le soudage dit à l'arc court. Cependant, le soudage manuià électrodes et le soudage à l'arc court prennent dutemps, sont coûteux et exigent en outre un soudeur qualifié d'une dextérité appropriée. Evidemment, il est également possible de déposer le cordon de fond à l'aide d'un procédé de soudage mécanique. A cet effet, on utilise le plus souvent le soudage sous flux en poudre. Ce procédé requiert une préparation du joint extrêmement précise, si possible par préusinage, et rend la passe de fond difficile en ce que le bain de fusion ne peut pas être observé, à cause de son recouvrement par l'arc. Par conséquent, les défauts du cordon se produisant ne sont pas perceptibles.De plus, pour obtenir une pénétration parfaite de la soudure, il faut prévoir un soutien, à l'ordinaire un lit de poudre ou des rails de cuivre refroidis, Si le soudage n'est pas exécuté des deux côtés. Cepen dant, avec l'accroissement de l'épaisseur de la tôle le soudage des deux côtés devient très dispendieux vu que, corme déjà men tionné, il faut retourner des pièces à poids importants. L'invention ne propose de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Le procédé conforme à l'invention est carac térisé en ce qu'il est prévu des éléments en forme d'U, remplis de poudre à souder et disposés de manière à être pressés contre la face inférieure des pièces à assembler, cetteSeeétantdétouSMe de l'arc, que le métal fondu est déposé dans la fente de joint à l'aide d'un arc électrique ouvert ou recouvert et à l'utilisation d'au moins une électrode de soudure, disposée près de la partie supérieure desdites pièces, la poudre à souder,#c'est-à- dire sa partie qui se trouve dans la zone de l'arc, fondant si- multanément et le bain de fusion étant protégé par le laitier qui se forme à la face inférieure du bain, que lesdits éléments en U servent à dériver de la chaleur et que, lors d'une pénétration de l'arc, la vitesse de soudage est réduite. L'objet de l'invention deviendra plus évident en considérant la description qui va suivre de quelques exemples de réalisation donnés à titre non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels La fig. 1 montre une première disposition pour le soudage en passe de fond, avec les éléments nécessaires. La fig. 2 montre une deuxième disposition pour le même procédé. La fig. 3 montre une disposition semblable à celle suivant la figure 1, en perspective, avec partie en coupe. La fig. 4 est une vue en perspective d'un Joint avec des positions différentes des électrodes de soudure. Suivant la figure 1, les deux pièces à assembler, désignées par 1 et 2, présentent à leursbords prévus pour la soudure chaque fois un chanfrein 3, de sorte qu'il se forme un joint en V. À la face inférieure des pièces 1,2 sont disposés des courts éléments en forme de U 4, dont les ailes sont obliques vêrs l'intérieur. A la ba~e de ces éléments il est prévu une nervure de guidage 6, de la m#me longueur que les éléments 4, montée coulissant dans un profil en U 7. Dans le fond du profil en U 7 est logée une manche gonflable 8 qui va s'appliquer d'une part contre les parois du profil en U 7 et d'autre part contre la face inférieure concave 9 du guidage 6. À cause de la pression à l'intérieur de la manche 8, les éléments en forme de U 4, disposés bout à bout à la longueur du joint à souder, sont pressés, avec une certaine force, contre les pièces 1,2 à assembler.D'une manière convenable, la manche b et le rofil en U 7 présentent une longueur égale au moins à lalongueur du joint des pièces à assembler. lorsque la manche 8 est divisée en sections, il est opportun de maintenir dans celles-ci 1 même pression, pour que tous les éléments en U 7 soient pressés uniformément contre la face inférieure des pièces 1,2. Le profil en U 7 et logé dans une table non représentée en détail. Cette table présente, comme supports pour les pièces, les aimants de fixation 53,14 au moyen desquels les pièces 1,2 peuvent être serrées contre leur appui pour empêcher qu'elles ne se soulèvent de celui-ci sous l'effort de pression des éléments en U 4. Afin d'obtenir un cordon de fond sans défaut, une application exacte entre les éléments et la face inférieure des pièces est nécessaire. ainsi on assure une uniformité du régime thermique de la soudure tout au long du joint à souder. Déterminant pour l'efficacité de l'influence des éléments 4 sur le régime thermique est la distance entre la ligne de contact 15 et le chanfrein 3. Par là de ce fait une dérivation additionnelle de chaleur à proximité immédiate du bain de fusion 16 est produite. Sur le dessus des pièces 1 et 2, une ou plusieurs électrodes de soudage 17 sont introduites dans le joint# en V. les électrodes sont disposées dans une tête de soudage non représentée. Dans un poste de soudage, également non représenté, les tensions et courants de même que la vitesse de soudage, nécessités pour le processus, sont réglés. Sitôt que l'arc électrique 18 est amorcé, le métal fondu 16 dégouttant de l'électrode 17 est apporté sur les deux arêtes inférieures du joint de sorte que l'espace entre ces arêtes soit ponte. n même teins, 1 partie de la poudre souder 19 dans élément en U 4, laquel~e se trouve dars la zone de l'arc, est fondue, si bien u'à la face inférieure @ bain de fusion 16 se forme une couche ce laitier @@. De ce fait, le dépôt du métal fondu i sur les arêtes inférieures du oint est favorablement influencé. L'arc lb peut être envelo#pé d'un gaz de protection. Le gaz protecteur, qui peut être un gaz inerte ou un gaz agressif, est amené du poste de soudage à l' endroit de soudage de la manière connue. Si un gaz protecteur est nécessaire ou non, dépend de 11 électrode utilisée. Lors de l'utilisation d'une électrode enrobée ou chargée d'un fondant on peut, le cas échéant, renoncer à un gaz protecteur. La figure 2 montre une autre disposition pour le soudage en passes de fond, dont les éléments diffèrent en partie de ceux représentés à la fig. 1. Les éléments correspondants sont désignés par les mêmes chiffres de référence qu'à la figure 1. les pièces à assembler 1 et 2 présentent à leurs bords, destinés au soudage, des chanfreins 3, de sorte qu'il se forme un joint en V. A la face inférieure des pièces 1,2 sont disposés des courts éléments 4', 5' en forme d'un U aplati, dont les ailes sont inclinées vers l'intérieur. A la base des éléments 4', 5' est disposée une nervure de guidage 6 de la même longueur que les éléments, montée coulissant dans un profil en U 7. Dans le fond du profil en U 7 est logée une manche gonflable 8, qui s'applique d'une part contre les parois intérieures du profil en U et d'autre part contre la face inférieure concave 9 du guidage 6. Par la pression dans la manche 8, les éléments 4',5', disposés bout à bout à la longueur du joint à souder, sont pressés avec une certaine force contre les pièces 1,2 à assembler.La manche 8 et le profil en U 7 présentent, convenablement, une longueur au moins égale à celle du joint des pièces à assembler. Lorsque la manche 8 est divisée en plusieurs manches, il est utile de maintenir dans toutes les sections la même pression, afin de produire un serrage uniforme contre les faces inférieures des pièces 1,2 detausles éléments 4', 5'. Le profil en U 7 est logé dans une table non représentée en détail. La table comporte, comme supports pour les pièces à assembler, des aimants de fixation 13,14, au moyen desquels les pièces 1,2 peuvent être serrées contre leur appui, afin d'éviter qu'elles ne soient soulevées de celui-ci par l'effort de pression des éléments 4',5'. Pour l'otention d'une passe de fond sans défaut, la forme des éléments 4',5' est déterminante. La poudre à souder est introduite dns le creux formé par les deux ailes 4' et la base 5' La forme de ~creux est adaptée à la forme envisagée du cordon de soudure an bas des pièces 1,2. Le cordon de soudure sur la face inférieure des pièces doit être un peu bombé et doit quelque peu déborder la surface des pièces.Par conséquent, le creux des éléments 4', 5' prend une forme approximativement parallèle à la forme envisagée du cordon de fond.les lignes de contact 15' des ailes 4' se trouvent dans le voisinage immédiat des bords du cordon de fond. Â cause de la surface de contact en 15' relativement étroite, la pression spécifique provoquée par le manche de pression 8 est relativement importante, moyennant quoi, on obtient une bonne dérivation de chaleur à proximité immédiate du bain de fusion 16'. Pour le soudage, une ou plusieurs électrodes à souder sont introduites d'en haut dans le Joint en V. Après l'amorçage de l'arc électrique 18', l'espace entre les arêtes du joint est ponté par le métal fondu s'égouttant de l'électrode 17. Simultanément,dans la zone de l'arc,une partie de la poudre à souder 19' remplissant le creux des éléments 4',5'est fondue et une couche de laitier 20' se forme à la face inférieure du bain de fusion 16'. Malgré la faible épaisseur de la couche de poudre à souder, le métal fondu ne s'accroche pas aux éléments 4',5'. Les éléments 4',5', présentant un creux relativement peu profond, sont particulièrement bien adaptés au soudage à l'arc ouvert, l'observation de l'endroit soudé étant possible en tout temps.On peut utiliser corme électrodes des baguettes massive aussi bien que des baguettes fourrées. L'avance au cours du soudage n'exige que peu de rajustage et l'on obtient des cordons de fond pratiquement sans défauts. Les éléments sont, par exemple, en cuivre. IX peuvent Autre solidaire de la nervure de guidage ou, comme il est indiqué dans la figure en traits interrompus, seulement l'élément 4',5' est en cuivre, alros que la barre 6 est faite en une autre matière. htec la disposition suivant la figure 2 on atteint des vites ses de soudage relativecoent élevées sans courir le risque qu' il se produise des défauts dans le cordon (pénétration). La forme particulière du creux des éléments montre plutôt une insensibilisé élevée à la pénétration. Quant aux défauts de cordon en voie de formation, le concours du coussin de poudre 19,19' et de la déviation de chaleur à travers les éléments en U 4,4',5' permet des corrections, cepen# dant celles-ci ont un caractère inversé en comparaison des interw ventions analogues dans les procédés connus A l'ordinaire, lors qu'un défaut de cordon (une pénétration) prend naissance, on fait augmenter la vitesse de soudage afin de réduire l'apport spécifique d'énergie (J/cm).Dans le procédé conforme à l'invention, pour éviter un défaut du cordon de fo#d, la vitesse de soudage est réduite, à savoir chaque fois que l'arc brûle avant le bain de fusion 16, 16t qui ponte les arêtes du joint, sur la poudre non fondue 19; 19'. En arrêtant le mouvement de translation ou en réduisant la vitesse de soudage, le métal fondu, à la suite d'un apport additionnel de chaleur, reprend le volume né nécessaire, et l'état désiré est rétabli. Le procédé permet également une correction des irrégularités provenant de la préparation du joint, par exemple d'un espace irrégulier qui peut être causé également par le retrait des pièces à assembler. Cette correction est faite soit par le soudeur d'après l'observation, soit automatiquement à l'aide d'une commande appropriée. Dans ce dernier cas, on peut renoncer à un contrôle continu de la jonction des arêtes inférieures du joint de soudage, ctest-à-dire du cordon de fond, quant à son uniformité et à l'absence de défauts. Il est essentiel de ne pas presser contre la face inférieu- re des pièces 1,2 la poudre, mais chacun des éléments en U 4. Le lit de poudre lui-mêle est situé à proximité immédiate de la face inférieure des pièces. Lors de l'utilisation de deux ou plusieurs électrodes à soudure, les possibilités por amener le courant du poste de soudage à chaque électrode sont différentes. Chaque électrode peut posséder dans le poste de soudage sa propre source de courant, ou toutes les électrodes utilisées ont une source de courant commune, ou chaque fois deux électrodes sont branchées à une source de courant commune, dans chaque branche d'arrivée de courant à l'électrode étant intercalée une inductivité. le procédé conforme à l'invention n'est pas non plus limité en ce qui concerne la forme des électrodes à soudure. On peut utiliser des électrodes à section circulaire ou polygonale ou elliptique. Les électrodes peuvent être creuses. Comme déJà men tiolnX ci-dessus, il est sans importance pour le procédé suivant l'invention, si les électrodes sont pourvues ou non d'un fondant. Le fondant peut entourer l'électrode sDns forre d'enveloppe ou peut être introduit dans le creux de l'électrode comme une charge. Il n'est pas nécessaire que le fondant soit en état d'aggré- gat solide. les figures 3 et 4 montrent une disposition suivant la figure 1, cependant le même principe s'applique a la disposition représentée à la figure 2. La seule différence réside dans les deux électrodes 27 et de leur guide 22. su moyen de ce guide, les deux électrodes sont tournées, d'un angle de 0 à 900, autour d'un axe 23 perpendiculaire au cordon de fond. Ce mouvement rotatoire est néces- saire lorsque l'espace entre les chanfreins 3 des pièces 1,2 à assembler est variable, comme le montre la figure 4. Dans la pratique il a été prouvé à maintes reprises que, quand il s'agit des pièces d'un poids de plusieurs milliers de gg : l'espace d'air ne peut jamais être réalisé uniforme. La représentation suivant la figure 3 correspond à la position A des électrodes dans la figure 4. Pendant le soudage en passe de fond entre les chanfreins 3, les électrodes 21 sont tournées en continu au moyen du guide 22 jusqu'à ce qu'elles occupent la position B (fig 4). Lorsque l'espace devient encore plus étroit au cours d'un joint très long, le guide 22 est tourné Jusque dans la position C des électrodes 21 (fig. 4). La position des électrodes, par rapport aux chanfreins 3, change en continu et s'effectue au cours du soudage.On fait tourner le guide 22 des électrodes soit à la main, par exemple, l'opération cst exécutée par le soudeur qui observe les arcs durant le soudage automatique soit au moyen d'un dispositif mécanique de consalde connu qui tourne les électrodes 21 continuellement, un peu avant l'endroit de soudage, suivant les valeurs respectives de la largeur de l' espace donnés par un palpeur. On a également prévu de faire changer la position d'une seule électrode. Cela convient par exemple très bien à une électrode à section rectangulaire ou elliptique. toutefois, la correction de la position de l'électrode n'est possible que grâce au fit que l'arc 18 n'est pas recouvert et qu'il peut être observé. Conformément au soudage en passe de fond qui vient d'être décrit, le joint en V, formé par les chanfreins 3, est soudé en plusieurs passes ultérieures superposées. Cela se fait d'une manière connue. Enfin, il est utile de noter quelques données concernant l'exploitation pratique. On peut souder des pièces de 50mm d'épaisseur ou plus. La longueur de chaque élément en forme de U 4 est de 50mm environ, tandis que la longueur totale des élé--ents individuels 4 correspond à celle du joint à souder et peut être, par exemple, de 30 m. Durant le soudage, l'électrode 17 ou 21 est guidée par la t#te de soudage le long du joint, par exemple à une longueur de 30 m, à une certaine vitesse, par exemple de 20 cm/mn. L'avance de l'électrode, qui se consume, s'effectue par l'intermédiaire du guide 22, monté dans la tête de soudage. Lors des intensités élevées de courant on utilise deux électrodes suivant la figure 3, ou encore plus de deux électrodes. R E V E N D I C A T I 0 N # 1 - Procédé de soudage à l'arc semi ou entièrement mécanique des joints bout à bout de pièces ou tôles à assembler en passes de fond, caractérisé en ce qu'il est prévu des éléments en forme de U 4,41,51 , remplis de poudre à souder 19,19' et disposés de manière à être pressés contre la face inférieure des pièces à assembler 1,2, cette face étant détournée de l'arc, que le métal fondu 16,16' est déposé dans la fente de joint à l'aide d'un arc électrique 18,18' ouvert ou recouvert au moyen d'au moins une électrode se consumant 17,21, disposée près de la partie supérieure desdites pièces 1,2, la partie de la poudre à souder 19,19', qui se trouve dans la zone de l'arc, fondant si multanément et le bain de fusion 16, 16' étant protégé par le laitier #O,20' qui se forme à la face inférieure dudit bain, que lesdits éléments en U 4,4',5' servent à dériver de la chaleur et que, lors d'une pénétration de l'arc 18,18', la vitesse de soudage est réduite. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre à souder 19,19' est tenue sous absence de pression, par les éléments 4,4',5' dans une position près de la face inférieure des pièces 1,2. 5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une électrode de soudage 17sa1, sous une intensité de courant appropriée, fournit le métal fondu pour les pièces à assembler 1,2 et produit la quanti#té de chaleur nécessaire pour la fusion de la poudre à souder. 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments 4,4t5 sont supportés par un guidage 7, dans lequel ils peuvent coulisser en direction verticale, et qu'ils sont uniformément pressés par des moyens de serrage 8, contre la face inférieure des pièces 1,2. 5 - Procédé suivant la revendication i caractérisé en ce que les ailes des éléments d'appui 4, disposées parallèlement au joint, présentent une inclinaison déterminée par rapport aux chanfreins du joint lesquels en liaison avec les éléments d'ap pu 4, entraînement une dérivation contrôlée de la chaleur pour empêcher que 1-3 -ital fondu ne passe à travers. 6 - Procédé suint la revendication 1, caractérisé en ce que deux électrodes de soudage 219 sous une intensité de courant élevée fournissent le métal fondu pour les pièces à assem bler 1,2 et produisent la quantité de chaleur nécessaire pour la fusion de la poudre à souder. 7 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les guides 22 pour les électrodes de soudage, montés dans la tête de soudage, peuvent être tournés en continu d'un angle de O à 900, autour d'un axe 9 perpendiculaire au Joint soudé, afin de compenser les tolérances de l'espace se trouvant entre les parties inférieures des deux chanfriers 3 du joint. 8 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un guide 22 monté dans la tête de soudage et prévu pour une électrode à section autre que circulaire, peut être tourné en continu, d'un angle de 0 à 900, autour d'un axe 9 perpendiculaire au joint soudé, afin de compenser les tolérances de ltes- pace se trouvant entre les parties inférieures des deux chanvriers 3 du joint. 9 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments 4,4', 5' sont pressés contre les pièces 1,2 au doyen d'une manche élastique gonflée sous pression. 10 - Dispositif pour la réalisation du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'appui 4',5' sont des corps en forme de U modifiée dont les ailes 4' et la base 5' forment un creux pour la réception de la poudre à souder 19' , la forme dudit creux correspondant à celle prévue pour le cordon de soudure sur la face inférieure des pièces 1,2 et les lignes de contact 15' des ailes 4' étant situes sur les pièces 1,2 à proximité immédiate des bords du cordon de soudure. il - Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la forme du creux qui se trouve près de la partie inférieure des pièces 1,2, est approximativement parallèle à la forme prévue pour le cordon de soudure. 12 - Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les léments 4', 5' sont solidaires de la nervure de guidage 6. 13 Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments 4'5' et la nervure de guidage 6 consistent en deux parties.