Brevet FR2243768A1 — publié le 19750411

Lrinvention est relative à un procédé pour améliorer les valeurs qualitatives de la zone soumise à l'influence de la chaud leur lors de la réalisation de surfaces recouvertes de couches par un soudage à superposition par fusion, plus particulièrement lors du soudage à superposition sous poudre au moyen d'une élec- trode-bande en alliages Ni ou en acier Cr-Ni, et lors du soudage à superposition à fil chaud plasmatique sur des éléments de construction en acier. Actuellement une série de procédés de soudage sont mis en oeuvre à L'échelle technique pour appliquer des couches par fusion. Lorsqu'il s'agit de petites applications, on utilise, comme source de chaleur, une flamme au gaz pour fondre la matière de base et pour fondre la matibre d'apport à appliquer. Il est également possible que des soudages à superposition au moyen de baguettesélectrodes soient exécutés à la main.Parmi les procédés de soudage pouvant être exécutés mécaniquement, une importance particulière doit être attribuée, plus particulièrement, au soudage à superposition à l'arc électrique qui brûle sous un gaz de protec- tion et au moyen d'une électrode fusible, de même que d'un ou de plusieurs fils amenés additionnellement en tant que matière dl apport ( savoir le soudage à superposition métal - gaz inerte avec fil d'apport froid), ainsi qu'au soudage à superposition à l'arc électrique sous poudre de soudage et au moyen d'une électrode-bande, et, ces derniers temps, au soudage à superposition à fil chaud plasmatique.Lorsqu'il s'agit du procédé cité en dernier lieu, la source de chaleur est formée par un arc électrique au plasma qui sert à la fusion de la matière de base, alors quedeux fils amenés mécaniquement, reliés à une source de courant électrique et fondant dans la zone de l'arc électrique par un contact à court-circùit avec la pièce à traiter, fournissent la matière pour la couche appliquée. Le soudage à superposition sous poudre au moyen d'une électrode-bande est d'une importance particulière lors de la réalisation de récipients sous pression et des composantes du circuit primaire des réacteurs nucléaires, de récipients pour la chimie à grande échelle, ainsi que pour d'autres éléments de constructiai sollicités à la corrosion et à lapression. Cependant, l'echauf- fement de la matière de base, découlant du soudage à superposition, donne lieu à des changements désavantageux de ces aciers. Dans des conditions déterminées qui, actuellement, ne sont pas encore élucidées entièrement, ces processus dans l'acier peuvent donner lieu à la formation de fissures (dénommées "fissures sous le plaqué"), plus particulièrement dans laine soumise à 1' influen- ce de la chaleur de la matière de base. Toutefois, la formation de ces fissures doit être évitée à tout prix, étant donné que ces fissures microscopiques peuvent éventuellement provoquer une rupture de l'élément de construction lorsque ce dernier est-sollicité pendant le service. Il est connu que le risque de la formation des fissures sous le cordon peut être réduit du fait que l'on utilise un procédé dans lequel on applique, sur la première couche du soudage à superposition, une deuxième couche ayant environ la méme épaisseur. Dans ce cas, l'échauffement de la matière de base et découlant de l'application de la deuxième couche,sert à modifier la granulométrie dans la zone soumise à la chaleur de la tle à gros grains, formée par la première couche. Cependant, ce procédé, utilisé jusqu'à présent lors du soudage à superposition sous poudre au moyen d'une électrode-bande, présente le désavantage que dans le but de modifier la granulométrie dans la zone soumise à l'influence de la chaleur de la matière de base, l'épaisseur de la couche appliquée doit être accrue par une deuxième couche.Cet accroissement de l'épaisseur de la couche appliquée entraine des frais supplémentaires considérables, étant donné qu'il faut utiliser une quantité correspondante supplémentaire de matière d'apport dans 1' alliage envisagé, généralement hautement allié, résistant à la corrosion et qui constitue la couche appliquée. La présente invention vise donc à procurer un procédé pour améliorer les valeurs qualitatives de zones soumises à l'influence de la chaleur et qui ne présente pas les désavantages cités cidessus. L'invention réside dans le fait que sur la couche superficielle appliquée, un arc électrique à électrode non-fusible est guidé en oscillant de manière que l'énergie de l'arc électrique ne fonde qu'une partie de la couche superficielle, alors que la vitesse de l'avancement de l'arc électrique et divisée par la fréquence de l'oscillation, est inférieure au diamètre de l'arc électrique à l'endroit de son diamètre le plus grand. En refondant, conformément à 11 invention, la soudure à superposition à une seule couche au moyen d'un arc électrique et en utilisant les paramètres cités ci-dessus, la zone soumise à l'influence de la chaleur de la matière de base est améliorée -de manière qu'il ne-se forme pas de fissures sous le cordon.De même, le procédé conforme à l'invention ne donne lieu à aucune détério ration de la qualité superficielle de la surface du plaque, étant donné qu'en respectant les paramètres, on empêche avantageusement que le mouvement de l'arc électrique et la tension superficielle du métal en fusion ne provoquent des inégalités concaves ou convexes sur la surface. Avantageusement,il ne se produit donc pas de déformations qui peuvent donner lieu à un affaiblissement de la couche de plaquage, -ni de bosses qui peuvent rendre difficile la vérification par ultra-son du plaque. Ces exigences difficilement compatibles, à savoir une modi fication uniforme de cent pourcents de la granulométrie de la zone soumise à Irinfluence de la chaleur de la matière de base et, en même temps, une surface lisse du plaque refondu, sont satisfaites par le procédé conforme à l'invention, plus particulièrement du fait que l'arc électrique, malgré son mouvement oscillant, agit sur toute la surface de la couche appliquée.A ce sujet, un développement avantageux de l'invention propose que la fréquen ce de l'oscillation se situe environ dans l'intervalle de 0,5- à 4,0 Hz, de préférence 0,8 à 2,0 Hz, alors que la vitesse de 1' avancement se situe environ dans l'intervalle de O,l à-- 0-,6 m/min., de préférence de 0,1--à- 0,3 m/min Lorsque ces valeurs sont res pectées, on obtient une bonne modification de la granulométrie, de même qu'une surface lisse du plaqué, et ce, plus particulière- ment lors du soudage à superposition au fil chaud plasmatique et le soudage à superposition sous poudre avec une électrode-bande. Suivant uneautre proposition de l'invention, l'énergie de l'arc électrique-fait fondre la couche superficielle appliquée de manière qu'entre la surface de la matière de base et la limite inférieure de la zone refondue subsiste un écartement d'au moins 0,5 mm et de tout au plus 4,0 mn, de préférence un écartementcom- pris entre 1 et 3 mm. -De ce fait on obtient que lors de la refu sion, la couche appliqée fond à nouveau jusqu'd une profondeur suffisante, toutefois la matière de base n'est pas fondue. La profondeur de la fusion peut être modifiée en adaptant le courant de soudage et la tension de soudage aux valeurs caractéristiques -du mouvement de l'arc électrique. Les valeurs qui sont nécessaires suivant le type de la couche appliquée, peuvent êbe déterminées d'une manière empirique. Les valeurs sont réglées de manière qu'il subsiste avantageusement une nervure d'au moins 0,5 mm de la matière de base qui n'est pas fondue. Le procédé conforme à 1 'inven- tion peut être mis en oeuvre tant avec un chalumeau à arc électrique sous gaz inerte qu'avec un chalumeau à arc électrique au plasma. De préférence, cependant, on utilise un arc électrique au plasma étant 'donné qu'avantageusement la tension de l'arc électrique de ce chalumeau peut être exploitée en même temps comme grandeur de réglage pour une commande en hauteur du chalumeau à partir de la surface du plaqué.De ce-fait il est possible que le chalumeau au plasma soit guidé à un écartement constant au-dessus de la couche appliquée, ce qui, son tour, représente un avantage en ce qui concerne la qualité de la surface. En outre, au moyen d'un chalumeau au plasma on obtient une fusion uniforme. Afin d'améliorer la qualité de la surface, plus particulièrement pour lisser la surface du plaqué, l'invention propose qu'à l'arc électrique soit amenée une matière d'apport, et ce, en une quantité qui permet d'obtenir une couche d'une épaisseur qui n'est pas supérieure à la profondeur de la fusion. Une couche d'une épaisseur comprioeentre 0,5- et 2,5 mm, de préférence entre 0,5 et 1,5 mm, est particulierement avantageuse.La matière d'apport présente une composition similaire à celle de la matière constituant la couche et elle est insufflée, en tant que poudre métallique, t dans l'arc électrique en commun avec le courant de gaz de protection, ou bien elle est amenée en continu à -l'arcélectrique, sous la forme d'un ou de plusieurs fils, de côté de l'électrode permanente. Le dessin annexé représente à la fg.- 1, une coupe d'une soudure à superposition; à la fig. 2, une coupe suivant la ligne A-A de la fig. 1. Aux figs. 1 et 2, la matière de base est repérée par 10 et la seule couche appliquée est désignée par 11. Cette dernière est constituée généralement par un nombre de chenilles de soudure individuelles disposées les unes à coté des autres et se recouvrant partiellement. En vue de fondre la zone 13, le chalumeau à arc électrique 12, représenté schématiquement, est déplacé dans le sens du déplacement 14 et à un écartement constant 15 au-dessus de la couche appliquée 11 et il exécute, en même temps, un mouvement d' oscillation dans le sens de la double flèche 16. L'oscillation s' effectue donc transversalement au sens de l'application 17.Le diamètre le plus grand de l'arc électrique est repéré par la, la profondeur de la fusion est repérée par 19 et la nervure nonfondue qui subsiste de la matière de base 10 et désignée par 20. Une couche de matière d'apport 21, appliquée éventuellement pendant la refus ion et destinée à lisser la surface, est représentée par des traits interrompus. Ci-après sont indiqués deux exemples de paramètres préférés pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention EXEMPLE 1 ma tière de base 10 :matière pour réacteurs 22 Ni Mb Cr 37 procédé d'application de la couche 11 : plaquage à bande sous poudre matière de la bande = matière de la couche appliquée : X 2 Cr Ni Nb 2412 matière de la bande, dimensions : 60 mm x 0,5 ma épaisseur de la couche appliquée 11 :une couche, 4 mn largeur 23 de la couche appliquée :63 mn chalumeau à l'arc électrique 12 : chalumeau au plasma courant pour l'arc électrique : 350 aèpères tension pour l'arc électrique : 40 volts gaz pour l'arc électrique :Ar vitesse d'avancement 14 de l'arc électrique : 0,15 mgmin. fréquence d'oscillation 16 de l'arc électrique : 1,5 Hz profondeur de fusion 19 : 3,5 mm nervure 20 : 1,5 fissures sous le plaqué : aucune EXEMPLE 2 matière de base 10 : ST 42 procéda d'application de la couche 11 : soudage à superposition à fil chaud plasmatique matière de la couche appliquée : X 2 Cr Ni Nb 2210 dimension de la matière appliquée :électrodes à diamètre de 1,6 mn épaisseur de la couche 11 : une couche, 4 mn chalumeau à arc électrique 12 : chalumeau de soudage à superposition à fil chaud plasmatique courant pour l'arc électrique : 450 ampères tension pour l'arc électrique :42,5 volts gaz pour l'arc électrique :Ar vitesse d'avancement 14 de l'arc électrique : 0180,18 m/un. fréquence d'oscillation 16 de l'arc électrique : 0,8 Hz couche de matière d'apport 21 : 1 mn matière d'apport : X 2 Cr Ni Nb 2210 profondeur de fusion 19 : 2,3 mn nervure 20 : 1,7 mm épaisseur totale 22 de la soudure à superposition : 5 mn largeur 23 de la couche appliquée : 33 mn fissures sous le plaqué : aucune L'invention décrite plus haut est, de préférence, appropriée pour améliorer les valeurs qualitatives des plaqués de revêtement. Cependant, il est evidemment également possible qu'au moyen du procédé conforme à l'invention, les plaqués à plusieurs couches soient améliorés et, dans ce cas, on refond après le premier plaquage et/ou chacun des plaques individuels suivants. Par ailleurs, il est évidemment également possible d'améliorer par le procédé conforme à l'invention un plaque qui, à la place du plaquage à bande sous poudre ou du procédé de soudage à superposition à fil chaud plasmatique, est exécuté au moyen d'un autre procédé quelconque. En outre, à la place de l'arc électrique, il est également possible d'utiliser une autre source de chaleur quelconque, par exemple un rayon laser. R E V E N D I C A T I O N S 1.-- Procédé pour améliorer les valeurs qualitatives de zones soumises à l'influence de la chaleur lors de la réalisation de surfaces recouvertes de couches par un soudage à superposition par fusion, plus particulièrement lors du soudage à superposition sous poudre au moyen d'une électrode-bande -en alliages Ni et aciers Cr-Ni, et lors du soudage à superposition à fil chaud plasmatique sur des éléments de construction en acier, caractérisé en ce que sur la couche superficielle appliquée, un chalumeau à arc électrique. à électrode non-fusible est guidé en oscillant de manière que l'énergie de l'arc électrique ne fonde qu'une partie de la couche superficielle appliquée, alors que la vitesse de 1' avancement de l'arc électrique et divisée par la fréquence de 1' oscillation, est inférieure au diamètre de l'arc électrique à 1' endroit du diamètre le plus grand de ce dernier - 2.- Procédé suivant la revendication 1r caractérise en ce que la fréquence de ltoscillation se situe environ dans l'inter- valle de 0,5 à 4,0 Hz, de préférence de 0,8 à 2,0 Hz, alors que la vitesse de l'avancement se situe environ dans l'intervalle de 0,1 à 6,6 m/min., de préférence de 0,1-à 0,3 m/min. 3.- procédé suivant la revendication l ou 2, caractérisé en ce que l'énergie de l'arc électrique fait fondre la couche su- perficielle appliquée de manière qu'entre la surface de la matière de base et la limite inférieure de la zone refondue, il subsiste te un écartement d'au moins 0,5 mm-et de tout au plus 4 mm, de préférence un écartement compris entre l et 3 mm. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications: 1 à 3, caractérisé en ce que comme chalumeau à arc électrique on utilise un chalumeau au plasma. 5.- Procédé suivant ltune quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce qu'à l'arc électrique on amène une matière d'apport en une quantité qui procure une couche d'une aisseur qui n'est pas supérieure à la profondeur de la fusion. 6. - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche est de 0,5 à 2,5 mn, de préférence de 0,5 à 1,5 mn.