Brevet FR2126457A1 — publié le 19721006

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour le soudage MIG (arc métallique à gaz inerte) à électrode triple qui peut être employé avec une grande efficacité pour le soudage en bout de plaques épaisses, comme dans 5 la fabrication de récipients sous pression et similaires pour les machines de l'industrie chimique, des machines motrices et des centrales électriques atomiques. Alors que le soudage en bout de plaques épaisses pour la fabrication de ces récipients sous pression a, dans 10 la plupart des cas, été réalisé par le soudage sôus flux électroconducteur, une tendance récente réside dans le fait que, pour améliorer l'efficacité et la qualité de la soudure, on utilise, de préférence, soit le soudage électrique sous laitier ou le soudage MIG. Cependant, le premier, qui implique un grand ap-15 port de chaleur pour le soudage, nécessite un affinage thermique de la soudure à un température élevée à la suite du soudage. Le deuxième est également désavantageux par le fait que des défauts tendent à se développer dans les produits particulièrement à partir du profil de pénétration particulier au soudage MIG. 20 Plus récemment, dans le but de rémédier à ces difficultés, un procédé à deux passet une couche utilisant des baguettes ou fils de soudage en position tandem a été proposé pour le soudage en "rainure étroite", qui exige un moindre apport de chaleur que précédemment avec usage d'électrodes de petite taille. Cepen-25dant, le procédé proposé, lorsqu'il est adopté pour le soudage de plaques épaisses détermine des défauts qui sont illustrés à. la figure 1. Suivant le procédé, la soudure orthogonale des parois de rainure est réalisée en profitant de la courbure des fils de soudure 5 qui sont maintenus en tandem, de telle jO^nière que l'un des fils réalise une passe avant d'être suivi 72 06623 2 2126457 par l'autre. Pour obtenir un soudage parfait par le procédé à deux passes une couche, le guide de fil de soudage doit être maintenu en position rigoureuse sous un contrôle de précision. Autrement la formation de racines à angle aigu entre les gout-£ tes de soudure 11, des soudures orthogonales irrégulières, des parties lia insuffisamment fondues et/ou d'autres défauts peuvent survenir. A la figure 2, le repère 2 Indique une coupelle protectrice, c^ 4 un tube de contact, 9 du gaz inerte, 10 des parties métalliques de base qui doivent être soudées ensemble, et 12 des 10 arcs de soudage* Une variante du procédé, dans lequel une simple baguette de soudure de taille ordinaire est utilisée avec un fort courant pour une procédure à une passe une couche, a également été proposée. Ici à nouveau, comme représenté à la fl-15 gure 2, une crique 11b peut se développer dans le centre de la goutte 11 où une brèche peut être formée dans la paroi de la rainure qui à son tour a de grandes chances de produire une partie lia incomplètement fondue qui amène des inconvénients. Si une rainure en V est utilisée dans le but d'éviter de tel-20 les brèches et criques, la largeur de la rainure agrandie provoquera des augmentations correspondantes dans le dépots de métal et dans le développement de la contrainte de soudage. Ainsi le soudage sous flux électro-conducteur a été largement utilisé pour les raisons principales suivantes. 25 Contrairement à la soudure MIG dans laquelle un arc non protégé est employé, la soudure est réalisée dans un flux à l'intérieur d'une rainure préparée de façon ordinaire et, par conséquent, le procédé est adapté pour une gamme étendue de profils de rainures. Les positions chevauchantes des gouttes de soudure 15 50 Peuvent être disposées avec moins de précision que dans le 72 06623 * 2126457 ! soudage MIG et cependant présenter moins de défauts, telles que des brèches et une fusion insuffisante* En conséquence, des soudures saines sont réalisées avec une grande efficacité relative dans une opération de soudage automatique. 5 Maintenant, en considérant les exigences du souda- fip en bout par résistance de haute qualité pour des plaques épaisses, les conclusions suivantes peuvent être établies: (1) Le soudage multi-couche donne,des soudures de haute qualité sans aucun traitement de finissage comparé 10 aux soudures obtenues par un soudage mono-couche, tel que le soudage électrique sous laitier qui exige un grand apport de chaleur. (2) A 1*intérieur de la gamme de quantité de chaleur suffisante pour la pénétration complète, plus l'apport 15 de chaleur pour fondre les parois de la rainure est petit, meilleur sera la qualité de la soudure résultante. (3) A partir des points de vue de contrainte de soudage et de préparation du bord, une rainure à flancs parallèles ou une rainure en I est supérieure à une rainure en V. 20 (4) En considérant le chevauchement des gouttes de soudure, la procédure à trois passes-une couche permet l'opération de soudage la plus facile et donne des soudures supérieures. (5) Le soudage MIG qui n'implique aucune nécessité d'enlèvement de pièces de métal, rend réalisable le soudage 25 à têtes multiple. En vue de ce qui précède, c'est un but de base de la présente invention d'éliminer les inconvénients de la technique de soudage MIG conventionnelle. Un autre but de l'invention est de réaliser un 2Q procédé de soudage MIG à triple électrode qui est exempt des 72 06623 2126457 ! inconvénients du procédé MIG ordinaire, et un appareil pour le réaliser. Ceux-ci et d'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à partir de la 5 description détaillée suivante qui sera prise en conjonction avec les dessins joints représentant une réalisation particulière de celle-ci. Les figures 1 et 2 sont des coupes illustrant comment le soudage est réalisé de façons conventionnelles. 10 Ia figure 3 est une coupe réalisée suivant la ligne III-III de la figure 4 d'un appareil de soudage MIG adapté pour mettre en pratique le procédé de l'invention. La figure 4 est une vue en coupe transversale de la soudure représentée à la figure 3. 15 La figure 5 est une vue en coupe prise suivant la ligne V-V de la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une soudure suivant le présent procédé et, la figure 7 est une vue en coupe prise suivant 20 la ligne VII-VII de la figure 6. On se référera d'abord aux figures 3, 4 et 5 qui il-ustrent un appareil de soudage MIG adapté pour réaliser le procédé de 1*invention. a 1*intérieur d'une même coupelle protectrice 2 d'une torche de soudage 1, sont prévus trois -> 25 tubes de contact 4a, 4b, 4c aux sommets d'un triangle à travers une plaque isolante 3 servant de séparateur. Le triangle, dans la réalisation représentée à la figure 4, est approximativement isocèle. Le tube de contact 4b s'étend de façon rectiligne tandis que les deux autres tubes 4a et 4c sont courbés à leur bout 50 vers les parois de la rainure destinées à être soudées. Ces 72 06623 5 2126457 tubes de contact sont constitués indépendamment de façon à recevoir des fils de soudage 5a, 5b et 5c qui peuvent avoir ou non la même dimension En accord avec la présente invention, la direction avec laquelle le soudage est réalisé est choisie de telle façon que dans le triangle formé par les points centraux 25 t t B, C, des tubes de contact 4a, 4B, 4c, tels que représentés à la figure 4, la direction de soudage ±6 soit représentée par la perpendiculaire abaissée du sommet B vers la base a, C. une tête de soudage 17 comprenant une torche de soudage 1, des dispositifs d'alimentation en fils de soudure 14a, 14b, 14c, 30 etc et un groupe de bobines de fil de soudage 8a, 8b, 8c d'un 72 06623 6 2126457 coté, et les pièces 10 à souder ensemble, de 1"autre coté, sont montés séparément sur des bases fixes ou mobiles ou des chariots non représentés, et le soudage est réalisé par déplacement desdites bases ou chariots par rapport lfune à l'autre à des vites-5 ses qui conviennent le mieux aux exigences particulières de soudage. Habituellement, dans le soudage en bout, on utilise une machine de soudage MIG du type ainsi appelé à "arc court" dans laquelle les transformateurs de soudage 6A et 6C et les dispositifs d'alimentation en fil de soudage 14A et 14c pour les fils de soudure 5A et 5C, respectivement, ont les mêmes fonctions. De d'autre coté, le transformateur de soudage 6b et le dispositif d'alimentation 14b en fil de soudure pour le fil de soudage 5B appartiennent à ce qui est appelé un appareil-15 lage de soudage du type à arc diffus. Comme il a été noté ci-dessus, les fils de soudage 5A, 5B et 5C sont placés au sommet d'un triangle approximativement isocèle. Toutefois, puisque l'essence de la présente invention réside dans le fait que l'espace entre les soudures 20 orthogonales par les deux fils de soudage précédents 5A et 5C est rempli avec la soudure effectuée par le fil suivant 5B, il est possible d'utiliser à la place un triangle scalène Sans s'éloigner de l'objet de la présente invention. Ainsi, des fils de soudage 5A et 5C ont un diamètre d'environ 1mm 25 tandis que le fil 5B est d'une dimension plus grande que les deux autres. Naturellement, le soudage avec les fils 5A et 5C est suivi par celui du fil 5B. Dans le cas d'un soudage d'une rainure en I de plaques épaisses par le soudage MIG à triple électrode en accord 50 avec la présente invention, les fils de soudage 5A et 5C sont 72 06623 7 2126457 : courbés aux extrémités des tubes de contact 4a et 4C tels que représentés aux figures 6 et 7> à un angle d'environ 45° à partir de leur perpendiculaire respective. Ainsi, le soudage orthogonale est réalisé pour former, comme représenté, les gouttes 5 de soudure 15A et 15C dans les coins définis dans les parois de soudure et les gouttes de soudure 11A, 11B et 11C de la couche déjà soudée. Au meme moment, le fil de soudage 5B passe à travers le tube de contact 5B et avance alors qu'il soude l'espace compris entre les gouttes de soudure d'angle 15A et 15C avec 10 la goutte 15B. De cette façon, une couche est constituée avec trois passes de fil qui réalisent des gouttes 15A, 15B, 15c dans la rainure en I. Ce procédé est connu comme le soudage à trois passes à une couche. D'après l'invention, comme il a déjà été noté, 15 les gouttes de soudure 15A, 15B, 15C sont formées indépendamment les unes des autres, quoiqu'elles soient produites simultanément. En particulier, les gouttes 15A et 15C qui sont constituées par le soudage à are court avec de fins fils de soudage, n'exigent pas beaucoup d'apport de chaleur de soudure. En consèquen-20 ce, les pièce à souder 10 sont peu fondues et les zones affectées par la chaleur 1ÔA et 18C des pièces métalliques de base sont limitées. Avec ces caractéristiques, la technique est avantageusement ment appliquée au soudage de métau x normalisés (c'est-à-dire des métaux de la norme HT) et de matières facilement durcis-25 sables. La goutte de soudure 15 n'a aucun effet défavorable sur la pièce soudée 10, meme si un fort courant est utilisé Pour une efficacité de soudage améliorée, car la chaleur de soudage est conduite aux pièces de métal à souder 10 par les gouttes de soudure I5A et 15C. De plus les gouttes de soudure 2015A, 15c et les zones 18a et 18C des pièces de métal à souder 72 06623 8 2126457 affectées par la chaleur de soudage pour constituer ces gouttes sont obtenues par soudage dans des conditions de travail préétablies, de façon, en fait, qu'un traitement thermique de recuit ou de revenu puisse être réalisé par chauffage à une 5 température appropriée. Un autre avantage du procédé de soudage suivant l5invention est qu'il rend possible le soudage de matériaux durcissables aussi bien sans préchauffage que sans postchauffage. Ceci à cause du fait que, lorsque les gouttes de soudure 15A, 10 15C sont constituées par soudage sans préchauffage, elles sont immédiatement suivies par la goutte 15B et par conséquent les effets d'affinage et de postchauffage seront réalisés, qui, à leur tour, empêchent les criques de durcissage. La goutte 15B est elle-même protégée, également, contre les criques de 15 durcissage par un effet de préchauffage des gouttes 15A, 15C. Ainsi, en ayant recours au procédé de soudage de l'invention, il est possible de réaliser la soudure de matériaux durcissables sans préchauffage ni postchauffage et cependant en obtenant Plus que les effets de ces traitements. Encore un autre avantage 80 de l'invention est que, puisque les plaques épaisses sont soudées en couches multiples en accord avec la présente invention, la structure du métal de base à souder peut être contrôlée de façon précise exactement comme dans le soudage multi-couche conventionnel, et par conséquent le traitement thermique subséquent, tel 25 que le recuit ou la stabilisation après soudage peut être évitée ou limitée. Les gouttes de soudure 15A, 15C, peuvent être simplement constituées par le soudage orthogonal. Tandis que le soudage de rainure étroite ordinaire peut apporter une fusion insuffisante entre gouttes, le présent procédé permet aux soudures ?0 d'être réalisées par un simple soudage orthogonal et à cause 72 06623 9 2126457 de cela, les arcs de soudage 12A, 12C sont maintenus hautement stables. En constituant la goutte de soudure 15B, l'espace défini entre les gouttes 15A, 15C, est rempli par le soudage à l'arc diffus. En d'autres mots, le procédé de soudage sur une surface 5 à plat est plus facile à souder que ne l'est un angle, et un préchauffage suffisant est effectué. A cause du fait que l'atmosphère de l'arc (tel qu'onisée) est meilleure que celle pour les gouttes précédentes 15A, 15C, un arc stable est obtenu et il en résulte un profil de pénétration idéal à cause du changement 10 de fond en cours de fusion.Ces passes sont répétées couche après couche de la même manière, et la torche de soudage 1 peut être Placée sur la base du centre de la rainure. En conséquence, l'opération automatique est rendue possible avec une efficacité améliorée. 15 Autant que le procédé de l'invention permet le soudage de bords parallèles (rainure en I), l'usinage n'est pas essentiel pour la préparation du bord j les bords peuvent simplement être coupés au chalumeau. Les gouttes de soudure 15A, 15B, 15C, sont formées, respectivement, de flaques fondues 20 1?A# 13B, 15C, qui sont indépendantes les une des autres et, suivant les points où le métal fondu doit être déposé, possèdent de larges tolérances. Pour cette raison, une soudure saine est obtenue sur la surface de rainure qui peut être quelque pieu rugueuse à cause du coupage au chalumeau. La contrainte 25 de soudage est réduite car la rainure en U est soudée de façon continue par des trios de gouttes constituées chacune presque simultanément à la façon de trois passes-une couche. 72 06623 10 2126457 1 REVENDICATIONS 1°) Procédé de soudage MIG à triple électrode Pour le soudage en bout de rainure en I à plat c a r a c t é r i s é par le fait que l'on dispose trois électrodes au sommet d'un triangle, deux 5 des électrodes agissant en avant avec une caractéristique d'arc court et une électrode suivant les deux premières avec une caracté ristique d'arc diffus, et en s'arrangeant pour que les deux électrodes travaillant en avant soudent les parois de la rainure en soudage orthogonal 10 tandis que l'on s'arrange pour que l'électrode suivante soude et remplisse l'espace entre les gouttes constitué par le soudage d'angle de façon qu'une couche de soudure soit constituée en trois passes* 2°) Procédé de soudage MIG à triple électrode, 15 tel que défini dans la revendication 1, carac téri s é par le fait que la direction avec laquelle le soudage est réalisé est choisie de telle façon qu'elle représente approximativement la perpendiculaire abaissée du sommet d'un triangle constitué par les trois électrodes dans lequel l'électrode qui 20 passe en deuxième position est placé sur la ligne reliant les deux autres sommets. 5°) Appareil de soudage MIG à triple électrode pour le soudage en bout de rainure en I à plat, c a r a c t é r i s é par le fait qu'il comprend trois électrodes, 25 deux d'entre elles se déplaçant en avant avec une caractéristique d'arc court pour réaliser le soudage orthogonal des parois de la rainure et la troisième électrode qui suit les deux premières avec Une caractéristique d'arc diffus pour réaliser un soudage de 72 06623 2126457 1 remplissage de l'espace entre les gouttes formé par le soudage orthogonal, lesdites trois électrodes étant disposées au sommet dudit triangle 4°) Appareil de soudage. MIG à triple électrode, 5 tel que défini dans la revendication 3, carac téri s é par le fait que les extrémités des deux électrodes sont courbées vers les parois de la rainure tandis que l'électrode restante est maintenue rectiligne. 5°) Appareil de soudage MIG à triple électrode, 10 tel que défini dans la revendication 3,caractéris é par le fait que les trois électrodes sont associés à des tubes de refroidissement en contact avec eux, à travers lesquels circule de l'eau de refroidissement.