Brevet FR2236604A1 — publié le 19750207

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour soudage et rechargement, utilisant une électrode non consomma- ble, de préférence celle d'un chalumeau à plasma. Un matériau d'apport est amené sous forme d'un fil, au moyend'un système d'alimentation, par un moyen approprié, dans le plasma d'un arc, dans l'espace compris entre le chalumeau et la pièce en travail.Un arc est établi-entre l'électrode non consommable et la pièce en travail, ainsi qu'entre cette électrode et le fil d'apport, Dans les procédés de soudage pour l'assemblage de plusieurs pièces comme pour des rechargements, lorsqu'un matériau d'ap- port intervient dans le procédé, la profondeur de pénétration et la dilution de la soudure par le matériau de base ont une grande importance. De plus, le dépôt maximal en un temps donné avec maintien de conditions stables et permanentes dans la zone de soudurè fixe l'économie du procédé. lies possibilités de réglage de la pénétration et de la dilution du dép & - de soudure par le matériau de base sont très limi- tées dans les procédés de soudage actuellement pratiqués. Il existe d'autre part une limite à la vitesse du soudage, résultant du fait que, lorsque l'intensité du courant de soudage dépasse une certaine valeur, des phénomènes d'instabilité apparais- sent dans la zone de soudure. Cette instabilité peut provenir de L'action du Jet de plasma formant l'arc, de forces hydromagnti- saques dans la zone de soudure et/ou d'une vitesse excessive des gouttelettes amendes à la zone de soudure dans le plasma de l'arc. On a proposé, il y a plusieurs années, en particuliér pour le rechargement des surfaces, un procédé dans lequel un arc jaillit entre une électrode non sommable dans un chalumeau à plasma et un fil consommable formant électrode. Le fil estintro- duit dans le Jet de plasma non transporté entre la buse du chalumeau et la pièce en travail, là où le métal d'apport est fondu et joint à la pièce en travail. On a aussi proposé dans ce procédé, de former un second arc entre l'extrêmité du fil consommable formant électrode et la pièce en travail. Cependant, les problèmes d'instabilité dans la zone de soudure subsitent toujours, et la pénétration et la dilution sont difficilement réglables.A la connaissance de la demanderesse, ce procédé n'est d'ailleurs pas entré dans la pratique. Selon la présente invention, qui peut être appliquée à l'assemblage de deux pièces comme au rechargement de surfaces, d'une part la pénétration ou la dilution du dépôt de soudure par le matériau de base, et d'autre part la masse du dép8t, peuvent entre réglées indépendamment. L'invention permet de plus d'obtenir des dépôts plus importants qu'avec les procédés actuels de soudage à l'arc sans que des-phénomènes d'instabilité gênants ne se produisent dans la zone de fusion et dans l'arc. lie dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend à la fois un premier arc éclatant entre une électrode non consommable, de préférence celle d'un chalumeau à plasma, et la pièce en travail, et un second arc éclatant entre la même électrode non consommable et ltextrêmité d'un fil d'apport consommable introduit en continu dans le plasma de l'arc, entre l'électrode non consommable et la pièce en travail, les courants correspondant aux deux arcs pouvant être réglés indépendamment. lies arcs eux-mêmes dans la zone entre l'electrode non consommable et l'électrode consommable-, de même que les départs des arcs à l'électrode non consommable, sont communs.L'intensité du premier arc peut être réglée par une source de courant, de préférence à courbe voltage-intensité décroissante, montée--entre l'lectrode non consommable et la pièce en travail, de façon que le courant arrivant à la pièce en travail, et par suite la pénétration dans le matériau de base, soient réglables. L'intensité du second arc peut être réglée par une source de courant montée entre l'électrode non consommable et l'électrode de fil consommable, et par la vitesse d'amende du fil, le courant arrivant à l'électrode consommable, et donc la quantité du dépôt, étant donc ainsi réglée. La masse de dépôt et l'intensité du courant à la pince en travail peuvent ainsi être réglées indépen damment. L'invention va maintenant être décrite avec référence aux dessins annexés qui en illustrent le principe. Sur la Figure i, un chalumeau à plasma 1 comporte une électrode non consommable 2. lie chalumeau comporte également des canaux d'arrivée de gaz 3 et 4. Il est disposé, avec l'électrode non consommable, au dessus de la pièce en travail 14. Un arc 15 aiIlit entre l'électrode 2 et la pièce 14. L'are peut être, ou non, limité parune tuyère à l'interieur du chalumeau. Un fil d'ap- port 5 est introduit dans le plasma de l'arc, dans l'espace entre le chalumeau et la pièce. Ce fil 5 est amené à l'intérieur d'une gaine 6 de guidage avec laquelle il est en contact électrique, après être passé par un système d'alimentation 7 de type connu.Le fil est consommé en continu, et les gouttes de métal fondu sont amenées Jusqu'à la zone de soudage sur la pièce 14 par le Jet de plasma ou par gravité. Afin de permettre le réglage de la pénétration dans le métal de base et la vitesse de fusion des fils d'apport, on utilise des sources de courant de-caractéristiques définies. Une source de courant 13 est montée entre l'électrode 2 et la pièce 14. Cette source a une caractéristique voltage-inténsité décroissante, ou est à intensité réglée. Une seconde source 11 est montée entre l'élec- trode 2 et la gaine 6 en contact avec le fil. On peut, pour augmenter la masse déposée, utiliser deux fils d'apport, ou davantage, introduits simultanément dans l'arc à plasma t5, comme le montre la Figure 1, avec un second fil d'apport 8, une seconde tuyère 9 et un second système d'alimentation io; lies fils 5 et 8 peuvent être reliés par leurs gaes respecti ves 6 et 9 à la même source 11, suivant la Figure 1.Chaque gains d'un fil consommable pourrait être aussi reliée à une source par ticulière, la source unique il étant alors remplacée par autant de sources qu'il y a d'électrodes en fil d'apport. Ces sources peuvent être réglées, soit isolément, soit par un système unique. Le courant arrivant à la pièce en travail, et par suite la profondeur de pénétrationF sont réglées par la source 13. lia quantité du dépôt est réglée par la ou les sources Il et par la vitesse d'amenée du fil, indépendamment de l'intensité du courant arrivant à la pièce. En utilisant deux fils d'apport, ou davantage, transportant le courant et arrivant symétriquement dans le plasma de l'arc, il est possible d'éviter le soufflage magnétique de l'arc, même sous des intensités très élevées. Ce soufflage ne peut se produire que si l'on emploie un seul fil d'apport, ou si plusieurs fils sont utilisés de façon non symétrique. On peut accroftre encore davantage la vitesse de fusion de chaque électrode de fil consommable en augmentant le chauffage par résistance (effet joule) de la partie du fil comprise entre le plasma et la gaine de guidage (partie dépassante du fil). Un exemple de cette disposition est représenté sur la Figure 2. En augmentant la distance 16 entre l'arc 15 et la gaine 6, distance qui peut être variable, on augmente le préchauffage par résistance du fil avant son entrée dans l'arc. Une source de courant supplémentaire lia, continue ou alternative, peut être associée à chaque fil par l'intermédiaire dtune seconde gaine de contact 6a, à une distance 17 de la première gaine.Cette distance 17 peut aussi être variable, ce qui permet d'accroître encore le chauffage par résistance du fil, ce chauffage étant facilement réglable. Quand il y a deux gaines 6 et 6a sur chaque fil d'apport, la source de courant 11 peut être reliée à l'une ou à l'autre. L'invention permet donc de régler le courant arrivant à la pièce en travail, et par suite la pénétration du métal de base, et de régler indépendamment le courant au fil (ou aux fils) d'apport, et donc la vitesse de dépôt. li'invention permet egalement un dépôt plus important par unité de temps, tout en conservant dans la zone de soudage un courant moins intense et une densité de courant plus faible. lie transfert de chaleur à la pièce peut être rendu suffisamment important pour permettre une vitesse élevée de soudage et/ ou de rechargement. li'invention n'est pas limitée aux exemples fournis ni aux figures représentées. On peut par exemple utiliser une électrode non consommable 2 ne faisant pas partie d'un chalumeau à plasma. Deux des sources de courant (ou davantage) peuvent également être réunies en une seule. REVENDICATIONS I.- Procédé de soudage et/ou de rechargement à l'arc, utilisant une électrode non consommable (2), faisant de préférence partie d'un chalumeau à plasma, et un matériau d'apport sous forme d'un fil amené en continu dans le plasma (15) d'un arc, dans ltes- pace compris entre l'électrode (2) et la pièce en travail (14) au moyen d'un dispositif d'alimentation connu en lui-même, ce procé dé étant caractérisé en ce que des arcs sont établis simultanément, d'une part entre ltélectrode non consommable (2) et la pièce en travail (14), et d'autre part entre l'électrode non-consommable (2) et le fil d'apport (5), dans des conditions telles que, d'une part le courant arrivant par l'arc à la pièce en travail, et donc la pénétration dans le matériau de base, soit réglé par une première source de courant (13), tandis que d'autre part le courant passant par le fil d'apport (5), et donc la quantité apportée, soit réglé par une seconde source de courant (11), la quantité déposée et le courant arrivant à la pièce en travail étant ainsi réglés indépen damment l'un de l'autre. 2.- Procédé suivant la Revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins deux fils d'apport (5 et 8) sont amenés dans le plasma de l'arc, de préférence symétriquement par rapport à l'axe de l'é- lectrode consommable. 3.- Procédé suivant l'une des Revendications 1 et 2, ca ractérisé en ce que des sources de courant distinctes sont employé es pour régler le courant dans l'arc arrivant à chaque fil d'apport (5 et 8). 4.- Procédé suivant l'une des Revendications 1 et 2, caractérisé en ce que deux au moins des fils (5 et 8) formant des électrodes consommables sont reliés à la éme source de courant (11). 5.- Procédé suivant l'une des Revendications 1 à 4, car2ctérisé en ce que, en dehors de la chaleur de l'arc (15), un chauffage par résistance contribue à la fusion du fil d'apport (5) -ou des fils d'apport (5 et 8). 6.- Procédé suivant l'une des Revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le chauffage par résistance peutêtre réglé par modification de la distance entre le plasma (15) de l'arc et la gaine de contact (6 ou 6a) à laquelle la source de courant (11) de l'arc est reliée. 7.- Procédé suivant l'une des Revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un chauffage supplémentaire est appliqué au fil d'apport (5) ou aAx fils d'apport (5 et' 8) au moyen de deux gaines de contact (6 et 6a) pour chaque fil (5 et 8), gr ce à un courant continu ou alternatif allant de l'une à l'autre desdites gaines à travers le fil d'apport depuis une source de courant, (lia), ce chauffage étant réglé par l'intensité dudit courant et/ou par la distance (17) entre lesdites gaines. 8.- Dispositif pour soudage à l'arc et/ou pour rechargement suivant l'une des Revendications i à 7, comprenant une électrode non consommable (2) -faisant de préférence partie d'un chalumeau à plasma (1), un ou plusieurs fils d'apport (5 et 8) passant dans-des gaines de contact (6 et 9) et munis de systèmes d'alimentation (7 et 9), et une ou plusieurs sources de courant Cii et 13), le ou les fils d'apport arrivant dans la zone de l'arc (15) entre l'électrode non consommable (2) et la pièce en travail (14), ce dispositif étant caractérisé en ce que l'une des sources de courant (13) est montée entre l'électrode non consommable (2) et la pièce en travail (14), et en ce que la ou les sources de courant (11) sont montées entre l'électrode non consommable (2) et l'un des fils d'apport (5 et 8), au moins deux des fils d'apport pou pant être reliés en parallèle à une même source Cii).