Brevet FR2229493A1 — publié le 19741213

L'invention concerne le soudage au plasma et peut être utilisée en métallurgie. ar exemple, dans la production des tôles minces en acier inoxydable il est nécessaire, afin d'assurer la continuité du décalaminage chimique des tôles,de souder les différents rouleaux directement à leur sortie du laminoir . Les tôles après le laminage sont couvertes de calamine, ce qui ne permet pas d'assurer la quotité requise du soudage par fusion. L'application des procédés ordinaires pour le décalaminage dans la zone des bords à souder est rendue impossible par suite du grand encombrement des rouleaux, d'autantplus que dans la plupart des cas il est indispensable de souder les rouleaux dont la température après le laminage est relativement élevée, de sorte qu'après le décalaminage la calamine se rétablit assez rapidement. C'est pourquoi la méthode optimale consisterait à décalaminer les tôles directement avant le soudage, de façon que l'intervalle de temps entre le décalaminage et le soudage proprement dit soit réduit au minimum. On connaît bien un procédé de soudage au plasma de tôles laminées, avec élimination simultanée de leurs pellicules d'oxydation , et avec utilisation de plasmatrons à deux buses alimentées en gaz séparément l'une de l'autre , et d'électrodes isolées électriquement et disposées coaxialement en regard de chaque ouverture de buse. tans ce procédé, on applique alternativement à chaque électrode des impulsions d'une seule polarité, de façon que chaque impulsion consécutive soit délivrée après l'achévement de l'impulsion précédente. Cependant, par suite des faibles puissances totales et des faibles densités, le procédé mentionné ne permet pas de procéder au soudage des matériaux de moyenne et de forte épaisseur à conductivité thermique élevée, par exemple de l'aluminium, du magnésium et de leurs alliages. te but de la présente invention est de remédier aux inconveients mentionnés ci-dessus. A cette fin, l'invention vise un procédé de soudage au plasma de tôles laminées , qui permettrait de décalaminer les tôles directement avant le soudage, de façon que l'intervalle de temps entre le décalaminage et l'opération de soudage soit réduit au minimum. Ce problème est résolu grâce à un procédé de soudage au plasma de tôles laminées, avec élimination simultanée de leurs pellicules d'oxydation et avec utilisation d'un plasmatron à deux buses alimentées en gaz séparément l'une à l'autre, et d'électrodes isolées électriquement et disposées coaxialement en regard de chaque buse, procédé dans lequel chaque électrode reçois alternativement des impulsions électriques d'um seule polarité , de façon que chaque impulsion consécutive commence après la disparition de la précédente, ledit procédé étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que la densité du courant dans la buse disposée en regard de 'électrode recevant l'impulsion de polarité directe, est au moins de 30 % supérieure à la densité du courant dans la buse disposée au droit de l'électrode recevant les impulsions de polarité inverse. Un tel procédé permet d'obtenir une stabilité maximale des électrodes en présence d'un décalaminage intensif des tôles et d'une profondeur de fusion maximale, Lors du soudage de tôles laminées minces, sur lesqueRs -l'épaisseur de la pellicule d'oxydation est de 100 à 300; la durée des impulsions de polarité inverse est, suivant l'invention, au moins de 30 % supérieure à la durée des impulsions de polarité directe. Cela assure l'intensité la plus élevée du décalaminage des tôles Au cours du soudage de tôles laminées de forte épaisseur et dont la pellicule d'oxidation atteint 100 ~ > L , suivant l'invention, la durée des impulsions de polarité directe est au moins 30 % supérieure à celle des impulsions de polarité inverse. En outre, pour obtenir en meme temps un décalaminage plus intensif de la surface des tôles et une profondeur maximale de fusion, suivant l'invention la buse disposée en face de l'électrode de polarité directe reçoit un mélange argonhélium, tandis que la buse disposée en regard de l'électrode de polaritéinverse est alimentée en argon. Ci-dessous est décrit un exemple concret mais non limitatif de mise en oeuvre du procédé proposé, illustré par le dessin unique annexé représentant un plasmatron à deux buses pour la mise en oeuvre dudit procédé. Aux électrodes 1 et 2 du plasmatron à deux buses 3, isolées du corps par les douilles 4 et 5, sont délivrées des impulsions de polarités opposées, fournies par des sources d'alimentation indépendantes 6 et 7, de façon qu'à l'électrode 2 soient délivrées seulement des impulsions de polarité inverse, et à l'électrode 1, seulement des impulsions de polarité directe. Les impulsions sont délivrées alternativement aux deux électrodes 1 et 2 de façon que chaque impulsion consé cutives'amorce que quand le courant de l'impulsion précédente tombe à zéro. Grâce aux impulsions de polarité inverse, il se. produit une élimination intensive des pellicules d'oxydation des tôles métalliques, et grace aux impulsions de polarité directe, le métal 8 déjà décalaminé (l'anode est disposée à cet effet à l'avant dans le sens du mouvement du plasmatron) est soudé avec la profondeur de fusion nécessaire. Etant donné que la fonction de la partie anodique du plasmatron consiste essentiellement à procéder au décalaminage, le diamètre de l'ouverture de la buse anodique 9 est choisi avec une valeur suffisamment importante (6 à 8 mm), ce qui permet de réduire la densité du courant anodique jusqu'à 20-40 Aimm2, en assurant une stabilité élevée de l'anode. Inversement, étant donné que le rôle essentiel de la partie cathodique du plasmatron est d'assurer la profondeur de fusion nécessaire, le diamètre de la buse 10 est réduit jusqu'à 4-5 mm de façon quten présence des conditions optimales de formation du joint, soit assurée unensité maximale du courant (100 A/mm environ). Du fait que les impulsions de polarité directe et inverse ne coïncident pas dans le temps, l'interaction magnétique entre les deux arcs est entièrement supprimée, ce qui permet d'opérer avec des intensités quelconques et, surtout, avec une distance aussi faible que voulue entre les ouvertures des deux buses. Les expériences réalisées par l'auteur de l'invention ont démontré que les dimensions de la zone de décalaminage cathodique sont de 4 à 5 fois supérieure au diamètre de l'ouverture de la buse 10. De-cette façon, si la distance entre le centre des deux ouvertures du plasmatron à deux buses n'est pas supérieure au triple du diamètre de l'ouverture située en regard de l'électrode de polarité inverse, les impulsions de polarité directe sont appliquées à ceux des secteurs des tôles à souder qui sont complètement nettoyées par décalaminage cathodique. Il en résulte que le temps entre la fin du décalaminage et le début de la fusion est pratiquement nul, étant donné que ce temps constitue l'intervalle entre la fin de l'impulsion de polarité inverse et l'amorçage de l'impulsion de polarité directe. De cette façon, on obtient en même temps un degré de décalaminage cathodique de haute qualité et une grande profondeur de fusion. Selon les conditions de soudage et le degré d'oxydation des surfaces avant le soudage, le rapport entre la durée et l'amplitude des impulsions de- polarités directe et inverse peut varier. Si les tôles ne sont pas trop épaisses et leur surface est fortement oxydée (couche de calamine de 100 à 300fit), la durée ou l'amplitude (ou bien les deux ) des impulsions de polarité inverse est au moins de 30% supérieure à celle des impulsions de polarité directe. Par contre, si l'épaisseur des tôles est importante et la couche de calamine est relativement-faible (jusqu'à 100 ) la durée ou l'amplitude (dans certains-cas, les deux ) des impulsions de polarité directe est au moins 50 % supérieure à celle des impulsions de polarité inverse. Or on sait que le décalaminage est réalisé d'une façon plus intensive dans une atmosphère d'argon, tandis que la profondeur de fusion sera meilleure dans une atmosphère formée par un mélange d'argon et d'hélium. C'est pourquoi il est préférable que pendant l'opération la buse 9 située en regard de l'électrode de polarité inverse reçoive de l'argon, et que la buse 10 en regard de 1' électrode de polarité directe reçoive un mélange d'argon et d'hélium. De cette façon, le procédé proposé permet de procéder au soudage des tôles lamines, avec élimination simultanée de leurs pellicules d'oxycation, en assurant un rendement élevé de l'opération en présence d'un decalaminage inten- sif et de haute qualité des tôles 1^ profondeur de fusion tant maximale. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a t donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I O N S. 1. Procédé de soudage au plasma de tôles laminées avec élimination simultanée de leur pellicule d'oxyde, procédé dans lequel on -utilise un plasmatron à deux buses alimentées en gaz indépendammentttune de l'autre,et des électrodes isolées électriquement et disposées chacune au droit d'une buse coaxialement à celui-ci, chacune desdites électrodes recevant alternativement des impulsions électriques d'une seule polarité, de façon que chaque impulsion consécutive s'amorce après la disparition de la précédente, caractérisé en ce que la densité du courant dans la buse disposée en regard de ltélec- trode recevant les impulsions de polarité directe est au moins de 30 % supérieure à celle de la buse disposée en regard de l'électrode recevant les impulsions de polarité inverse. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas de soudage de tôles minces avec une épaisseur de pellicule d'oxyde de 100 à 300 S , la durée des impulsions de polarité inverse est EU moins de 30 % supérieure à celle des impulsions de polarité directe. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce go dans le cas de soudage de tôles de forte épaisseur dont la pellicule d'oxyde est inférieure à 100 S , la durée des impulsions de polarité inverse est au moins de 30 %: inférieure à celle des impulsions de polarité directe. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, ca caractérisé en ce que la buse disposée en regard de l'électrode de polarité directe reçoit un mélange d'argon et d'hélium, tandis que la buse située en regard de l'électrode de polarité inverse reçoit de l'argon. 5. Les tôles caractérisées en ce qu'elles sonttraitées par le procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 4.