Brevet FR2138479A1 — publié le 19730105

La présente invention est relative à des perfectionnements apportés au procédé de soudage vertical avec guide-fil fusible qu'on utilise pour réaliser des joints soudes entre des pièces métalliques, On sait que pour la ise se en oeuvre du procédé connu, on place verticalement les tôles N souder, en les espaçant de 25 N 3C m,i selon leur épaisseur. Sur les deux faces et sur la hauteur de l'assemblage, on bride deux lattes de maintien du bain (cuivre refroidi par circulation d'eau). Un bloc soudé à la partie inférieure forme le fond du dispositif et une goulotte fixée à la partie supérieure maintient le laitier et le bain de soudure en fin d'opération. On place ensuite un tube guide-fil au centre de l'assembla ge, avec une certaine quantité de flux. Un fil électrode passe à l'intérieur du tube guide. L'arc électrique est amorcé entre le fil électrode et le fond de l'assemblage et pendant le souda ge l'apport principal de métal se fait par le fil, le guide-fil fournissant un apport complémentaire en fondant de proche en proche au niveau du laitier Comme le procdd de soudage vertical sous laitier dont il découles le procédé de soudage vertical par guide-fil fusible pressente l'inconvénient de ne pas garantir un niveau de résilience toujours suffisant dans la zone fondue. Ce niveau de résilience, mesuré le plus généralement par pliage par choc de barreaux entaillés prélevés dans le joint soudé peut être amélioré par traitement thermique des pièces soudées. Les traitements thermiques susceptibles d'améliorer les niveaux de rcsilience de ces joints impliquent obligatoirement le passage du point AC1 (cas des traiteneiïts entre ACl et AC3) ou le passage du point AC3 (cas des normalisations\. Indépendamment des moyens techniques que ces traitements thermiques nécessitent, ces derniers ne sont généralement pas applicables sur des ensembles mécano-soudés en raison des défor- mations plastiques qu'ils engendrent. Sur le plan économique, ces traitements majorent sensiblement le coût des constructions soudées. Pour ces raisons, le soudage vertical par guide fil fusible est limité dans ses applications alors que les vitesses de dépôt qu'il permet le rangent parti les procédés de soudage à très grande productivité. L'amélioration des niveaux de résilience de la zone fondue brute de soudage peut entre obtenue par l'utilisation de fils dlapport de composition particulière. Ces fils contiennent très généralement des additions de Nickel et de molybdène. Ces additions de Nickel et de wlol~bdène (par exemple % Ni = 0,75 et % Mo = 060)majorent très sensiblement le prix du fil puisque le prix du fil avec ces additions peut atteindre 4 fois le prix du fil sans addition De plus, pour un fil de composition donnée, la coinpositions donc les caractéristiques mécaniques de la zone fondue sont fonction du taux de dilution0 Or ce taux de dilution est lié aux conditions opératoires et & type de jointe I1 en résulte que la composition chimique de la zone fondue obtenue avec un fil défini ne peut être garantie que pour un type de joint et des conditions opératoIres bien définis. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients en réalisant un guide-fil dtun type nouveau permettant d'obtenir à la demande une composition précise de la zone fondue en utili- sant, par ailleurs, un fil d'apport courant largement commercial lisé et donc d'un prix très étudié. Le but ainsi recherché est double d'une part, améliorer les propriétés mécaniques du joint soudé en matière de pliage par choc sur barreaux entaillés (résilience) autre part, obtenir dans la zone fondue une composition chimique définie pour conférer à cette zone des propriétés particulières (caractéristiques mécaniques, aptitude aux trai teints thermiques, comportement à la corrosion). Le guide-fil selon ltinvention est, au départ, un guide-fil du commerce donc, là encore, très économique lequel sert de support à des éléments d'addition. Ces éléments d'addition sont portés à la température de fusion en meme temps que le guidefil et participent à la constitution de la zone fondue. Par suite du brassage constant du bain ..létallique liquide au cours du soudage, par l'effet bien connu du "pinch effect" dû aux champs électromagnétiques, la composition chimique de la zone fondue présente une très bonne homogénéité. Il en est de flemme des caractéristiques ,necWniques en dépendance de la composition chimique. L'association guide-fil/éléments d'addition peut être réalisée de diverses manières. a - Il est possible de disposer contre le guide-fil dori- gine des fils, des plaques ou des fcuillards de l'addition recherchée; Les modes de fixation de ces fils, plaques ou feuillards sur le guide-fil d'origine sont nombreux : soudure, ruban adhésif, ligature, collage, sertissage, rivetage; Il est également possible, pour assurer cette fixation, de se servir des dispositifs de centrage du guide-fil Uns le joint. b - Il est possible de réaliser sur le guide-fil d'origine un dépôt de l'addition recherchée. Ce dépôt peut être réalisé par métallisation, par soudage, par projection à chauds par voie électrolytique ou chimique, par vaporisation sous vide. c - Il est possible d'associer plusieurs des diodes d'apport ciwdessus. La nature de ces additions est fonction des ameliora- tions recherchées pour la zone fondue, 1 - La recherche d'un plus haut niveau de @ésilionce conduit: a - à abaisser la température dite de tr@nsition de la zone fondue, b - a assurer une désoxydation optimale du bain métallique liquide, c - à fixer les impuretés telles que Soufre ou Azote sous une forme moins nuisible au biveau de résilience, d - à rechercher un grain le plus fin possible. Des additions tell s nue celtes de Kickel, d'Aluminium, de Titane, de Molybdèhe, de Zirconium, de Manganèse permettent isolent, ou associes entre elles, de réaliser une ou 4u- sieurs de ces fonctions. 2 - La recherche de caractéristiques mécaniques autres que la rnsilience ou la recherche d'une composition chimique définie de la zone fondue peut conduire à utiliser le guide-fil comme support pour l'apport de to us les Sléments métalliques présents dans les aciers ou alliages soudables par le procédé guide-fil fusible. Pratiquement, il est possible de réaliser un joint soudé dont la zone fondue aura la composition désirée sans outil soit nécessaire de disposer d'un fil d'apport o@ d'un guide-fil de nuance spéciale, ce dernier pouvant être d'ailleurs impossible à réaliser par étirage ou laminage, étant donné la composition chimique qu'il devrait avoir. Pour un joint de section constante, la section droite de chaque addition sera constante de bas en haut du guide-fil0 Pour un joint de section variable (cas du soudage bout à bout des aubes de turbines FRANCIS) ; la section droite de chaque addition pourra entre adaptée à la section droite de la zone fondue de telle façon que la composition chimique du joint soit constante de bas en haut. Les additions associées au guide-fil ne modifiant que dans de très faibles proportions l'encombrement extérieur du guideZ fil, le procédé conserve toutes ses possibilités d'application dans le soudage des faibles épaisseurs. Le procédé de soudage vertical avec guide-fil fusible, selon l'invention, conserve également ses possibilités de soudas ge de joints non linéaires, d'épaisseur constante ou d'épaisseur variable. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'inven- tion. Fig. 1 représente de façon schématique le fonctionnement du procédé classique de soudage vertical avec guide-fil fusible selon l'invention. Figo 2 à 7 sont des coupes transversales de guide-fils selon l'invention0 Fig. 8 et 9 montrent l'utilisation des séparateurs isolants pour la mise en oeuvre de l'invention0 Fig. 10 illustre un exemple d'application de ltinvention dans le cas de joint à section variable. On a représenté sur la fige 1 le procédé classique de soudage vertical avec guide-fil fusible selon l'invention, dans le cas du soudage avec un seul guide-fil fusible, applicable pour des épaisseurs comprises en 20 et 80 mm environ. Pour des joints d'épaisseur plus importante, le nombre de guide-fils est augmenté sur la base d'environ un guide-fil par tranche de 100 mm, Les tales à assembler par soudage 1 et 2 sont disposées verticalement avec un jeu constant compris entre 20 et 30 mm selon l'encombrement du guide-fil. Deux lattes 3 et 4, généralement en cuivre refroidies par une circulation d'eau 5, maintiennent le bain de fusion et assurent le refroidissement des bords des tales. Dans l'espace ménagé entre les 2 tales on a disposé un guide-fil 6. Ce guide-fil est fixe par rapport aux pièces à souder ; dans certains cas il peut Entre animé d'un mouvement de balayage ou d'oscillation dans le plan de symétrie du Joint à souder. Comme son nom l'indique, le guide-fil assure le guidage d'un fil électrode 7, poussé par un dévidoir à vitesse réglable 8. La source de courant 9 est connectée entre le guide-fil 6 et les pinces à souder 1 et 2. Lorsque le fil électrode 7rentre en contact avec le départ de soudure 10, solidaire des pièces à souder, il se produit un régime d'arc instable. Des copeaux métalliques et une petite quantité de flux de soudage placé préalablement dans le fond de l'assemblage donc sur le départ 10, permettant d'établir au bout de quelques secondes le régime de soudage recherché. La fig. 1 représente ce régime de soudage soit : la couche de métal liquide 11 en cours de solidification, la couche de laitier liquide 12 dans laquelle le fil 7 fond par effet Joule. Les guide-fils selon l'invention sont des guide-fils clash siques, préalablement associés aux produits d'addition que la fusion introduita dans la zone fondue selon des règles précises. Un certain nombre de mode de réalisation de guide-fils selon l'invention sont décri ci-après. La fig. 2 représente la coupe transversale d'un guide-fil selon l'invention, constitué d'un guide-fil tubulaire 22 autour duquel sont fixés par ligature ou par ruban adhésif 23 les produits d'apport sous forme de fils 210 La fig. 3 est une variante de la fig. 2, dans laquelle les produits d'addition, sous forme de fils 31 et/ou de feuillard 32 sont maintenus par serrage entre le guide-fil tubulaire 33 et sa gaine isolante élastique et amovible 34. La fig. 4 est une autre variante de la fig. 2 dans laquelle les produits dtaddition 41 ont été déposés sur lipériphérie du guide-fil tubulaire 42 par l'une des techniques connues telles que la métallisation, la projection à chaud à la flamme (poudre) ou à l'arc (fil), le dépit sous vide, le dépôt par voie électro lytique ou chimique. La fige 5 est encore une variante de la fig. 2 dans laquelle le guide-fil tubulaire 51 qui comporte un enrobage 52, est entouré d'un feuillard de l'addition recherchée 53. La fig. 6 représente la coupe transversale d'un guide-fil selon l'invention, consistant en un guide-fil tubulaire du comw merce 62, sur lequel on a combiné plusieurs additions : un dépSt superficiel 61 par métallisation, des fils 63, et un feuillard 64 maintenus par des ligatures 65. La fig. 7 représente un guide-fil selon ltinvention, en coupe transversale, comportant un guide-fil à ailettes longitu- dinales du commerce 71, sur lequel sont rapportées diverses additions recherchées sous forme : de fils 72 et/ou de bandes 73 fixés par collage ou par points de soudure, de cordons de soudure 74, de feuillards tenus par collage ou par points de soudure 75 ou de feuillards sertis 73. La fig. 8 montre une variante de réalisation de guide-fils selon l'invention, dans laquelle les produits d'addition 84 et 85 sont liés indirectement aux deux guide-fils classiques 82. En effet, ceuxuci sont isolés, positionnés et maintenus dans le joint 83 par ltintermédiaire d'entretoises minces 81, espacées de 100 mm environ suivant la hauteur du joint. Ces entretoises, en matière isolante et fusible telles que l'amiante et la fibre de verre, comportent des ouvertures dans lesquelles sont glissés et maintenus par coincement les produits des additions recherchées sous forme de fils 85 et de bandes 84. La fig. 9 est une variante de la fig. 8 dans laquelle le guide-fil 92, du type å ailettes, est maintenu par des plaquettes 91 et 91e qui prennent appui sur les lattes 96 et 96a, entre les tôles à souder 98 et 99. Ces plaquettes sont maintenues espacées, dans le sens de la hauteur du joint par des échancrures 93 et 93a dans les ailes du guide-fil. Des produits dtaddiZ tion 94, sous forme de fils, sont maintenus coincés dans des trous poinçonnés dans les plaquettes 91o D'autres produits d'apport 95, sous forme de fils également, sont disposés le long de l'une des ailes du guide-fil par collage ou par points de soudure. La fig. 10 montre une variante du guide-fil de la fig. 9, en élévation avec son axe horizontal et en coupe. Les ailettes 102 du. guide-fil ont une largeur variable et portent les pro- duits d'addition sous forme de bandes 101 de largeur également variable. Cette disposition permet de garantir une composition constante le long d'un joint soudé de section variable. Le choix de la nature et de la section des produits d1addi- tion s'effectue suivant des règles connues en fonction : de la géométrie du joint à réaliser, de la composition chimique des tales à souder, du guide-fil et du fil d'électrode, des caractéristiques recherchées pour le joint. RENI)I CATIONS 1- Dispositif à guide-fil fusible pour souder des pièces métalliques en soudage vertical comprenant au -:Iolns un guide-fil métallique de composition chimique connue, caractérisé e ce qu'il sert de support à un r.letal d'addition dont la nature et la section droite sont de terminées en fonction de la composition chimique à obtenir dans la zone fondue. 2- Dispositif à guide-fil fusible selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il sert de support à un alliage d'addition dont la nature et la section droite sont déterminées en fonction de la composition à obtenir dans la zone fondue. 3- Dispositif à guide-fil fusible selon la revendication caractérisé en ce qu'il sert de support à plusieurs métaux ou alliages d'addition dont la nature et la section droite de chacun d'eux sont déteriainées en fonction de la composition chimique à obtenir dans la zone fondue0 k Dispositif à guide-fil fusible selon > 'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les produits d'addition se présentent sous la forme de fils, de plaques ou de feuillards fixés sur le guide-fil par tout procédé de liaison connu tels que soudure, ruban adilésif, collage, enroulement, ligature, sertissage ou rivetage. 5- Dispositif à guide-fil fusible selon la revendication 4 utilisant les dispositifs de centrage et de maintien du guidefil dans le joint à souder pour immobiliser les produits d'addition. 6- Dispositif à guide-fil fusible selon la revendication 4 utilisant la gaine isolante du-guide-fil ou l'enrobage du guide-fil pour maintenir les produits d'addition. 7- Dispositif à guide-fil fusible selon l'une quelconque des revendications précédentes caracterisé en ce que les produits d'addition se présentent sous la forme de dépôts métalliques obtenus par métallisation, par soudure, projection à chaud, dé pot électrolytique, dépit chimique ou vaporisation sous vide. 8- Procédé pour le soudage verticale de tôles avec au oins un guide-fil fusible suivant l'une quelconque des revenez dications précédentes, caractérisé en ce quton utilise au moins un guidewfil standard en acier doux sur lequel on met en place un revtement extérieur d'épaisseur et de composition chimique appropriées, le guide-fil étant ensuite associé à un fil électrode intérieur puis placé sensiblement à la verticale entre les deux tales à assembler, le soudage vertical s'effectuant ensuite å la manière habituelle, par fusion progressive du fil et du guide-fil au fur et a mesure ue s'élève le @iveau du bain tnetallique. 9- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'on utilise un guide-fil le long duquel la compos-ttion et la section de l'addition varient d'un joint à un autre, notamment pour garantir une composition constante dans toute la zone joint soudé à épaisseur variable.