Brevet FR2229494A1 — publié le 19741213

L'invention est relative à un procédé pour le soudage à 1' arc électrique, plus particulièrement le soudage sous poudre, au moyen d'un ou de plusieurs arcs électriques de soudage, les arcs électriques de soudage étant déplacés dans le sens du soudage le long d'une voie prédéterminée. Plus particulièrement lorsqu'il s'agit du soudage sous poudre, l'invention vise à atteindre des vitesses de soudage élevées et des pénétrations profondes afin d'obtenir ainsi un accroissement du rendement du travail lors du soudage de cordons en position et contre-position. Il est connu qu'actuellement on obtient des accroissements du rendement par rapport au soudage sous poudre normal à un fil du fait qu'à la place d'un arc électrique de soudage de travail, deux ou plus d'arcs électriques sont mis en oeuvre simultanément les uns à coté des autres ou en disposition tandem, c'est-à-dire en se suivant les uns les autres, dans le même joint de cordon. Généralement ceci permet d'accroître la vitesse du soudage jusqu' au triple de celle lors du soudage à un fil. Cependant, pour pouvoir souder entièrement les mêmes sections t#sversales, les intensités du courant de soudage doivent être accrues. Toutefois, lors de l'accroissement de l'intensité du courant lorsqu'il s' agit de cette disposition des arcs électriques, la profondeur de pénétration ne croît pas de la même manière que la fusion du fil. Cette dernière est toujours proportionnelle à l'intensité du courant de l'arc électrique. Lors de la pénétration, la proportionnalité par rapport à l'intensité du courant n'est donnée que pour le premier arc électrique qui précède dans le sens du soudage; celle du deuxième arc électrique qui suit est déjà fortement affaiblie, généralement elle n'est plus que de 15 % et lorsqu'il s'agit du troisième arc électrique, le substrat, provenant du premier et du deuxième arc électrique, réduit le rayon d'action déjà d'une ne manière telle que son action de pénétration dans le cordon/se manifeste plus qu'en largeur, mais non en profondeur.Il en découle qu'en accroissant le nombre des arcs électriques qui se suivent les uns derrière les autres et qu'en accroissant l'intensité de courant totale de cette disposition, il est possible d'accroître la vitesse de soudage, cependant par l'accroissement du courant, la perte de pénétration qui apparaît en raison de l'accroissement de la vitesse est de moins en moins compensée. Il en coule d' abord la nécessité de courants de soudage encore plus élevés, ce qui, enfin, accroit la quantité de fil qui fond de manière qu' il se forme des surélévations inadmissibles du cordon. Pour cette raison, pour le soudage sous poudre en tandem à plusieurs fils, il y a une limite de crête de la vitesse du sou dage pour chaque épaisseur de paroi lorsque, ce qui est fréquem ment le cas, la surélévation ma mum du cordon est prescrite. Jusqu'à présent on a essayé d'élargir cette limite, entre autres, à l'aide de poudres de soudage spéciales, de dispositions de commutation spéciales avec une mise en place spéciale du fil, ainsi que d'écartements déterminés entre les électrodes. Cepen dant, ces mesures qui compliquent le processus de soudage ne per mettent d'atteindre que de faibles améliorations. Par exemple, jusqu a présent, une limite du rendement du soudage lors de 1' exécution de tubes fendus à paroi d'une épaisseur de 16 mm, se situe. à une vitesse de soudage d'environ- 160 cm/min. La totalité du courant est alors d'aviron 2700 ampères. L'invention vise à procurer un procédé qui permet, par des mesures simples, d'atteindre un accroissement des vitesses de soudage en obtenant en même temps une pénétration suffisamment profonde. L'invention réside dans le fait que, vu dans le sens du soudage, devant les arcs électriques de soudage, au moins une source d'énergie, prévue à écartement devant les arcs électriques de soudage, soit déplacée le long de la voie prédétartnée, l'énergie de cette source préchauffant une zone étroitement limitée de la zone à souder. En raison de la source d'énergie qui précède les arcs élec triques de soudage, on obtient avantageusement un accroissement de la vitesse de soudage ainsi qu'un accroissement de la pénétra tion. L'invention permet de réaliser une pénétration plus profon de sans accroître additionnellement la fusion. Ceci découle plus particulièrement du fait que l'énergie de chaleur, amenée à une zone étroitement limitée de la zone à souder (zone étroitement limitée qui se situe, de préférence, exactement. dans la zone du centre du cordon, alors que la largeur de cette zone est inférieu re à celle du cordon à souder), est guidée dans la profondeur de la pièce à traiter et n'engendre pas seulement un chauffage de la surface dans la zone des bords du cordon.Conformément à l'inven tion, par la source d'énergie, la zone souder est chauffée, de préférence, à une température élevée (par exemple d'environ 10000C) et, de préférence, à une température supérieure à la température de fusion de la pièce à traiter. L'invention propose que, de préférence, comme source d'énergie on utilise un chalumeau au plasma. Il en découle les avantages suivants : La disposition est appropriée à un service permanent et elle résiste d'une manière sûre aux perturbations extérieures. L'écartement entre le chalumeau au plasma et la surface de la pièce à traiter peut être relativement élevé et l'énergie de l'arc électrique et du plasma peut être concentrée sur une surface très limitée. En outre, lors de vitesses de soudage élevées, il est-ainsi possible non seulement de chauffer le joint de soudage, mais également de le fondre sur une piste étroite. Par cette étroite piste de fusion, la décharge subséquente de 1' arc électrique sous poudre n'est pas diffusée, mais avantageusement rassemblée, à savoir concentrée. Les deux effets, à savoir la préfusion et la concentration de la face de décharge du premier arc électrique sous poudre et qui fournit le travail de pénétration principal, accroissent la profondeur de la pénétration totale d'une manière sensible. Par exemple à l'endroit du polissage en section d'un cordon, soudé par une installation à trois fils en tandem, sans le préchauffage conforme à l'invention et-lors d'une intensité de courant totale de 2800 ampères et à une vitesse de soudage de 1,8 m/min., on a obtenu une profondeur de pénétration de 8,0 mm.En utilisant auxiliairement un arc électrique au plasma d'une intensité de courant de 450ampères et qui précède la disposition en tandem à un écartement sûr de la couche de poudre, cette profondeur de pénétration a pu être accrue de 10 mm. En même temps on a obtenu un accroissement de la vitesse de soudage qui est de 25 % plus élevée que la vitesse qui peut être obtenue avec les installations à trois fils sans le préchauffage conforme à l'invention. Un développement avantageux de l'invention propose que 1' écartement entre le chalumeau au plasma et les arcs électriques de soudage soit environ de 30 mm à 300 mm, de préférence de 100 mm. De préférence, le chalumeau au plasma est mis en oeuvre avec une intensité de courant comprise entre 70 ampères et 800 ampères. Suivant une autre proposition de l'invention, l'accroissement de la pénétration est obtenu par le préchauffage de la piste de soudure au moyen d'un arc électrique qui précède et avec une électrode non fusible (arc électrique sous gaz inerte). Un dispositif préféré pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention pour le soudage sous poudre se caractérise du fait que, vu dans le sens du soudage, un chalumeau au plasma est disposé devant la tête de soudage sous poudre. A cette fin, un développement avantageux propose que la tête de soudage sous poudre et le chalumeau au plasma soient fixés dans un ensemble constitutif mobile et, en outre, que l'écartement entre la tête de soudage sous poudre et le chalumeau au plasma soit réglable. De ce fait on obtient une réalisation particulièrement simple et avantageuse du dispositif. Ci-après l'invention sera expliquée en détail à l'appui d' un exemple d'exécution en se repérant au dessin annexé. Au dessin, un dispositif de soudage sous poudre, représenté schématiquement, est repéré par 10. Les arcs électriques de soudage 11 sont maintenus sous une couche de poudre, entre un fil d'apport 12 amené en continu et la pièce à traiter 13. L'énergie nécessaire pour le maintien des arcs électriques est amené a la pièce 13 par le raccordement de courant 14 et le fil d'apport, par l'intermédiaire' du raccordement de courant 15, les deux raccordements 14 et 15 étant reliés à une source de courant 16. Pour plus de simplicité, on ne représente au dem n qu'un seul fil d'apport 12. Lorsqu'il s'agit d'installations à plusieurs fils, plusieurs fils d'apport sont disposés les uns dans les autres, les uns derrière les autres et/ou les uns à côté des autres. Conformément à l'invention, vu dans le sens de soudage 17, on prévoit, devant l'arc électrique de soudage 11, une source d' énergie 19, dans la forme d'exécution représentée, un chalumeau au plasma dispose à un écartement 18 devant l'arc électrique de soudage 11. Ce chalumeau au plasma 19 est déplacé le long d'un trajet déterminé 20 (centre du joint de soudure) et, de ce fait, l'arc électrique au plasma 21 préchauffe et, éventuellement amorce la fusion, d'une# zone étroitement limitée 22 de la zone à souder 22'. Le chalumeau au plasma 19 est construit d'une manière connue en soi et il est relié à une source de courant 23 représentée schématiquement. De préférence, la tête de soudage sous poudre 10 et le chalumeau au plasma 19 sont reliés mécaniquement l'un à l'autre et forment un ensemble constitutif mobile.Le chalumeau au plasma 19 peut être déplacé le long du guidage 24, de manière que l'écartement 18 puisse être réglé. L'invention permet d'obtenir un accroissement du rendement. En même temps, l'arc électrique au plasma qui, en raison de la rigidité qui lui est conférée par la concentration du plasma, n'a que peu de tendance au vacillement même à vitesses élevées, garantit le résultat du soudagede l'arc électrique sous poudre qui lui fait suite. Le critère le plus important de l'invention est la zone étroitement limitée de l'amorce de la fusion ou du chauffage au centre du cordon. Bien que pour engendrer cette zone, 1' arc électrique au plasma soit le mieux approprié et que l'arc électrique au plasma travaille peut-être également de la manière la plus simple et la plus économique, il est également possible d'obtenir d'une autre façon la profusion étroitement limitée. Par exemple, on peut obtenir la fusion par des rayons élecroniques ou d'un rayon laser, en outre, lorsqu'il s'agit de tubes fendus, on peut prévoir un chauffage inductif au moyen d'un courant alternatif à fréquence élevée. Par ailleurs, il est avantageusement possible que plusieurs sources d'énergie soient mises en oeuvre pour le préchauffage. En outre, l'invention peut être utilisée avantageusement non seulement pour le soudage sous poudre à plusieurs fils en tandem, mais également lors du soudage sous poudre à deux fils ou un fil pour le soudage rapide, ainsi que pour d'autres procédés de soudage à l'arc électrique (par exemple métal/gaz inerte, métal/gaz actif). REVENDICATIONS 1.- Procédé pour le soudage à l'arc électrique, plus parti culièrement le soudage sous poudre au moyen d'un ou de plusieurs arcs électriques de soudage, les arcs électriques de soudage étant déplacés, dans le sens du soudage, le long d'une voie prédéterminée, caractérisé en ce que, vu dans le sens du soudage, devant les arcs électriques de soudage, au moins une source d' énergie, prévue à écartement devant les arcs électriques de soudage, soit déplacée le long de la voie prédéterminée, l'énergie de cette source permettant de préchauffer une zone étroitement limitée de la zone à souder. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'en tant que source d'énergie on utilise un chalumeau au plasma. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ecartement entre le chalumeau au plasma et les arcs électriques de soudage est environ de 30 mm à 300 mm, de préfé#mce de 100 mm. 4.- Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le chalumeau au plasma est mis en oeuvre avec une intensite de courant comprise entre 70 ampères et 800 ampères. 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que comme source d'énergie on utilise un chalumeau sous gaz inerte. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications l 5, caractérisé en ce que comme installation de soudage sous poudre on utilise une installation à un fil ou à plusieurs fils, de préférence une installation de soudage à plusieurs fils en tandem 7.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour le soudage sous poudre, caractérisé en ce que, vu dans le sens du soudage, un chalumeau au plasma est disposé devant la tête de soudage sous poudre. 8.- Dispositif suivant la revendication- 7, caractérisé en ce que la tête de soudage sous poudre et le chalumeau au plasma sont fixés dans un ensemble constitutif mobile. 9.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'écartement entre la tête de soudage sous poudre et le chalumeau au plasma peut être réglé.