Brevet FR2225248A1 — publié le 19741108

Lsinvention concerne un procédé économique de soudage de pièces laminées qui évite le traitement traditionnel consistant à protéger leurs extrémités biseautées ptéalablementO Les procédés classiques de traitement de pièces de ce type (c'est-à dire composées d'une série de couches superposées par enrulement)si l'on opère directment un soudage bout à bout suscite souvent l'apparition de défauts tels que le déboitement des différentes couches entre elles ou la formation de cavités semblables à des rainures, placées aussi entre ces couches et dues à la contraction du métal de la soudure Jusqutà présent, toute tentative d'éviter ces défauts par protection des extrémités biseautées préalablement s'est avérée irréalisable en raison de son coût. La présente invention a pour but de proposer un procédé de soudage de pièces laminées évitant l'apparition des défauts qui viennent d'être cités, La présente invention est donc caractérisée en ce que, au cours du soudage bout à bout d'une pièce laminée et d'une autre pièce, laminée ou non, chacune des couches distinctes est soudée par dépôt de métal le long de lignes faisant un angle jugé approprié avec les lignes du laminage (qui sont entre ces couches).La présente invention se révèle être économique parce que le soudage direct couche contre couche est possible sans qu'il soit nécessaire de protéger les extrémités biseautées pralablement, L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective de deux pièces laminées réunies bout à bout et soudées par le procédé courant sur toute la circonférence les figures 2a et 2b sont des coupes des extrémités biseautées pour le soudage des Pièces laminées de la figure 1 - Les figures 3a , 3b et 3c sont des coupes explicatives des couches situées d'un côté de la figure 2a et des cordons formés au cours du soudage - la figure 4 est une coupe des extrémités biseautées bourrées suivant la méthode traditionnelle - la figure 5 est une vue en perspective de structures laminées soudées bout à bout selon la présente invention - les figures 6a et 6b sont des coupes parallèles aux extrémités biseautées des structures laminées, respectivement dans le cas de la méthode traditionnelle et dans celui du procédé faisant l'objet de l'invention; elles montrent l'aspect laminé que prend le métal déposé et, d'autre part, comment apparaissent les défauts; enfin - la figure 7 est une coupe partielle d'une pièce laminée cylindrique soudée sur toute sa circonférence en utilisant la méthode conforme à l'invention. On décrira d'abord le procédé classique en se référant aux figures 1 à 4. Comme le montre la figure 1, les tubes laminés 1 et l' sont formés respectivement de cylindres 2 et 2' intérieurs et de plaques 3 et 3' enroulées en plusieurs couches superposées autour des cylindres intérieurs. Les extrémités des deux tubes laminés 1 et 1' que l'on veut souder bout à bout sont biseautées9 comme on peut le voir en 4. Les deux tubes tournent simultanément sous l'action d'un dispositif de commande qui n'est pas représenté, et sont soudés en un point 5 qui est indiqué par une flèche, en utilisant un matériel de soudage qui n'est pas représenté ici. Ce procédé présente des inconvénients que l'on va exposer maintenant : Sur les figures 2a et 2b, qui représentent des coupes des extrémités biseautées à souder, on peut voir un cylindre intérieur-6, plusieurs couches de plaques 7 enroulées sur le cylindre intérieur, un dépôt de métal 8 apparu au moment du soudage de la paroi interne du cylindre intérieur, et un dépôt de métal 9 qui se forme au cours du soudage réalisé selon la méthode décrite d'après la figure 1. Lorsqu'une nouvelle perle de soudure 10 s'est formée sur le dépôt de métal 9, comme le montre la figure 2a, les couches 7' et 7" qui, avant, n'étaient pas soudées entre elles, non plus que la couche supérieure 7"', mais qui viennent d'être soudées par le métal 9, supportent presque toutes les forces de contraction qu'exerce ce métal 9 au cours de son refroidissement, et sont donc sollicitées dans la direction indiquée par les flèches Il en résulte que la couche 7?? située juste au dessus de la couche 7', et â un moindre degré, les couches situées au dessus de cette couche 7"', sont aussi sollicitées dans cette même direction en raison de la résistance de frottement due à la forme exercée par les enroulements superposés, Jusqu'a ce que, comme le montre la vue agrandie de la figure 2b, la couche 7"' et les couches supérieures soient venues de leur position initiale indiquée en tireté, se mettre en porte à faux les unes par rapport aux autres, comme les marches d'un escalier Ce phénomène se répète bien sûr chaque fois qu'un nouveau cordon de soudure vient se superposer au métal 9 déjà déposé par soudage, Il en résulte que l'importance de la contraction des parties déja soudées et la diminution de l'intervalle biseauté entre les parties à souder sont très grandes en comparaison avec les mêmes grandeurs dans le cas du soudage de tubes a paroi unique Les figures 3a à 3c sont des coupes des extrémités biseautées des couches et des cordons forme par soudage a immédiatement après le dépôt d'un cordon b quand celui-ci s'est solidifié, peu de temps après son dépôt, et c lorsqu'un nouveau cordon déposé s'est à son tour solidifié. D'après la figure 3a, le métal fondu prend, immédiatement après le soudage, la forme 12 0 A ce moment, l'extrémito 13 do la couche 11 est soit simplement en contact avec, soit légèrement séparée de la couche ll' située juste au dessus, et constitue donc un piètre conducteur thermique, ce qui entraîne sa fusion sous l'effet de la chaleur.rayonnant à partir du métal 12 fondu. Le résultat est le suivant :lorsque le métal fondu 12 s'est solidifié pour devenir comme le montre la figure 3b le dépôt de métal 12', il se forme un vide 13' Si le cordon suivant 14 déposé pour agir sur la couche suivante ne réalise pas parfaitement sa pénétration jusqu'à la couche 11, une rainure creuse 15 apparaît derrière lui et cette rainure constitue un défaut qui se trouve tout le long de la ligne de soudage. Plus grande sera la quantité de chaleur retenue par le métal fondu (ou la chaleur de soudage initiale), ou plus faible sera l'épaisseur des plaques constituant les couches successives, ou plus grand sera l'intervalle entre ces couches, et plus le défaut qui vient d'être décrit apparaîtra souvent Cette tendance se manifeste cependant de façon différente selon l'endroit où est déposé le métal fondu. Par exemple, si la surface supérieure du métal fondu est située plus bas que le point central (å demiQépaisseur) de la couche ll de la figure 3a, l'extrémité 13 possède une capacité calorifique suffisante pour l'empêcher de fondre, et le métal déposé prend alors une forme semblable à celle du métal 14 sur la figure 3c, les cordons de soudure suivants ne faisant pas non plus apparaître des cavités nuisibles. Afin d'éliminer les inconvénients précédents lors de l'opération de soudage direct de deux tubes laminés bout à bout, la solution proposée et retenue consiste-à protéger les extrémités biseautées (voir en 16 et 1Ó' sur la figure 4) et à réaliser alors le soudage bout à bout des deux pièces laminées comme stil s'agissait des deux plaques à paroi simple.(Çn se reportera, par exemple, à la publication de la description du brevet Japonais n0 19430/1963) Cependant, cette nécessité de protéger les extrémités biseautées est, par son coût, un inconvénient important. L'invention propese un procédé de soudage qui permet un soudage efficace de tubes laminés sans qu'il faille préalablement protéger les extrémités biseautées et sans que se produise aucun des inconvénients décrits ci-dessus. Le procédé qui en fait l'objet va être décrit de façon détaillée et en se référant aux figures 5 à 7. Comme le montre. la figure 5 qui représente le soudage bout à bout de deux structures laminées, deux plaques laminées 17 et 17' composées l'une et l'autre de toute une série de couches sont soudées ensemble à l'aide d'une baguette de soudure 18 et en utilisant un matériel de soudage qui n'est pas représenté ; ce soudage est effectué de telle façon que la ligne de soudage ou la direction générale de chaque bande de métal déposé , fasse un angle t avec la ligne 32 de contact entre les différentes couches de la sturcture laminée. Ces bandes de métal déposé portent la référence 19 (voir figure 5).La référence 20 désigne une petite pièce de refroidiseement qui permet d'éviter l'écoulement de métal fondu hors de l'intervalle proche des extrémités des couches métalliques et qui permet aussi de corriger la forme du métal fondu le long des extrémités de couches. (Lorsqu'un gaz de protection est utilisé dans. la mise en oeuvre du procédé, on peut laisser passer ce gaz à travers cette petite pièce.) Le métal déposé qui sert de support et qui est soudé a la couche la plus interne de chaque structure laminée porte la référence 21. Au lieu de ce déport de métal servant de support, on peut utiliser une petite pièce de refroidissement semblable à la pièce 20. D'après la figure 5, la plus faible valeur possible pour l'angle qui ne conduise pas aux défauts observés en utilisant les procédés classiques est fonction du procédé et des conditions de soudage, de l'épaisseur des couches, et d'autres facteurs encore. Des expériences ont montré que la valeur minimale de l'angle 1 ) Le soudage bout à bout est réalisé par un procédé dans lequel deux structures laminées composées de 20 épaisseurs de plaque, d'une épaisseur de 4,3 millimètres) sont maintenues bout à bout avec un intervalle biseauté de 13 millimètres; et dont les parties soudées sont protégées par un mélange gazeux comprenant 50% d'Argon et 50% de gaz carbonique. Les conditions du soudage étaient les suivantes : diamètre de la baguette de soudure = 3,2 millimètres; courant de soudure = 500 ampères ; tension de soudure = 40 volts; vitesse du soudage = 40 centimètres par minute. Ces conditions étant fixées, le soudage de plusieurs couches a été entrepris de façon continue, avec un passage par couche. Dans ce cas, la valeur minimale de l'angle est200. 20) Le soudage a été réalisé avec les mêmes structures laminées et le même procédé de soudage en qe plaçant dans les mêmes conditions de souage que dans l'exemple précédent mais cette fois en n'opérant pas de façon continue. Les différentes couches n'ont pas été soudées de façon continue, mais en respectant des-interruptions d'une dizaine de secondes après le soudage de chaque couche. Dans ce cas, la valeur minimale de l'angle est de 150. 30) On utilise le même procédé et les mêmes structures laminées que dans l'exemple 1 et l'on soude différentes couches de façon absolument continue, avec un passage par couche, les conditions du soudage étant les suivantes intervalle biseauté = 10 millimètres ; diamètre de la baguette de soudure = 24 millimètres ; courant de soudure = 400 ampères; tension de soudure = 35 volts t vitesse du soudage = 35 centimètres par minute. La valeur minimale de I'angle / est alors 100. 40) On reprend dans les mêmes conditions le procédé appliqué dans exemple (3), si ce n'est que le soudage n'est pas réalisé de façon continue, mais en respectant des interruptiois d'environ 10 secondes d'après le soudage de chaque couche. La valeur minimale de l'angle X est dans ce cas 100. Comme on l'a vu ci-dessus, réaliser l'opération de soudage en respectant un certain angle ai élimine les difficultés que l'on rencontre habituellement, comme on l'a déjà fait remarquer, en utilisant les méthodes traditionnelles. Ce résultat peut être dû aux faits suivants 1 ) Réaliser le soudage selon des lignes obli ques d'angle G permet le soudage simultané des différentes couches composant la pièce à souder, et ceci à chaque passage, ce qui limite en conséquence la valeur de la contraction de la soudure. En outre, à l'opposé de ce qu'on pouvait voir sur la figure 2b, les couches ne viennent pas en saillie les unes par rapport aux extrémités biseautées qui ne sont pas encore soudées. Il ne peut apparaître un défaut tel que la rainure visible sur la figure 3. On va expliquer ce fait ci-dessous en se référant aux figures 6a et 6b, qui décrivent respectivement une méthode traditionnelle et celle faisant l'objet de la présente invention. Sur ces deux figures, la référence 22 désigne les couches qui composent la pièce, la référence 23, une couche de métal déjà déposé, et la référence 23' une couche de métal en cours de dépôt à l'aide de la baguette de soudure 24. Dans le procédé traditionnel illustré par la figure 6a, une partie 25 de la couche 22' est en contact avec la couche 22'! qui lui est superposée, mais sa conductibilité thermique est faible en raison de l'intervalle qui les sépare.Il en résulte que cette partie 25 peut fondre facilement sous l'effet de la chaleur au cours du soudage, de sorte qu'au niveau de la coupe X-X' visible sur cette figure il y a passage à l'état repré enté sur la figure 3b, et lorsque la couche suivante est soudée, il subsiste sous elle un défaut qui est par exemple une rainure. Dans le procédé faisant 1objet de l'invention qui est illustré par la figure 6b, l'extrémité de chaque couche 22 (par exemple la partie désignée per la référence 26) qui se trouve en contact sous un certain angle Si lton décrit maintenant le procédé faisant l:objet de ltinvention en ltappliquant au cas du soudage de tubes cylindriques laminés, (soudage sur toute leur conférence) et en se référant à la-figure 7 qui montre une partie d'un tel tube (une coupe parallèle-à la surface biseautée. On peut voir sur cette figure toute une série de couches 27, qui composent le tube, une baguette de soudure 28 provenant d'une machine à souder (qui n'est pas représentée), une petite pièce de refroidissement 29, une masse de métal 30 déjà déposée, et une masse de métal 31 en cours de dépôt (qui progresse en même temps que le soudage). Dans cet exemple, le soudage est réalisé dans une position telle que 1'angle entre la ligne de laminage 33 de la couche la plus interne et la masse de métal 31 en cours de dépôt soit égal à Dans l'exemple qui vient d'être décrit dans le cas du soudage de structures laminées plates (voir la figure 5), il est souhaitable,tout en restant dans les limites nécessaires pour éviter l'appparition d'un défaut, de rendre leangle Plus l'angle &alpha; est petit, plus la longueur de soudage possible par passage est grande (cette longueur est désignée par 1 sur la figure 7). Cette condition est favorable, pour l'efficacité d'un soudage à arc immergé, par exemple, car cela permet de réduire en conséquence la fréquence de lvenlèvement de la scorie. Dans le cas où la technique de soudage utilisée implique des gaz de protection et n'exige pas d'enlèvement de la scorie, un soudage continu, en passant alternativement dans un sens et dans autre, devient possible. Au contraire,si la longueur soudée par passage est courte, la soudure nVa pas le temps de se solidifier avant que le passage suivant se produise, et la chaleur de soudage do chaque passage est en quelque sorte augmentée de celle du passage suivant, ce qui fait que l'opération de soudage est finalement réalisée en mettant en jeu une quantité de chaleur très importante Cela fait augmenter les dimensions du cordon de soudure et affecte de façon défavorable la solidité de la structure soudée. Voilà donc pourquoi il est souhaitable de diminuer l'angle Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention REVENDICATIONS 1 ) Procédé de soudage d'une pièce laminée à une autre pièces laminée ou non, par soudure bout à bout, procédé caractérisé en ce que chacune des couches distinctes composant la ou les pièces laminées est soudée par dépôt de métal le long d'une ligne formant un angle approprié avec les lignes du laminage 2 ) Procédé de soudage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la première pièce, laminée, et la seconde pièce, laminée ou non, qui doivent être soudées bout à bout sont toutes deux de forme cylindrique. 3 ) Procédé de soudage suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'angle sur lequel se fait la soudure doit être le plus petit possible à l'intérieur dos limites dans lesquelles il n'apparaît pas de défaut de soudage.