Brevet FR2236610A1 — publié le 19750207

-Un procédé classique de soudage par arc électrique sous atmosphère protectrice comporte l'utilisation d'une électrode non consommable et d'un fil d'apport qui est avancé mécaniquement en permanence dans un bain de soudure dans une piece d'ouvrage à une vitesse constante prédéterminée. La vitesse d'avancerent du fil doit pratiquement être adaptée à la vitesse de combustion du il pour un courant de soudage donné autrement la combustion devient erratique et se traduit par une soudure irrégulière aussi bien en profil qu'an pénétration. Le courant de soudage est réglé à un niveau pour délivrer une chaleur suffisante pour obtenir le degré correct de pénétration de la soudure et cette quantité de chaleur est fonction de l'absorption de chaleur effectuée par la vitesse de soudage, de l'épaisseur de joint et du matériau constituant la pièce d'ouvrage, de la masse des pièces fiaeslila dilution du fil d'apport dans le bain de soudure et des pertes dans l'atmosphère Ainsi la vitesse d'awancement du fil d'apport est limitée à une valeur qui est déterminée par le courant de soudage utilisé et ne peut pas être sensiblement modifiée, comme il serait avantageux pour obtenir des modifications dans la géométrie de la soudure, c'est-à-iire des modifications de la forme en coupe transversale de la perle de soudure, en une passe. La présente invention concerne un procédé de soudage à l'arélectrique sous atmosphère protectrice utilisant une électrode non consommeble et un fil dlapports selon lequel le fil d'apport est avancé mécaniquement dans un bain de soudure à une vitesse d'avancement non uniforme qui tarie de manière prédéSerminée. Dans une application, la vitesse d'avancement peut comporter des impulsions discret s de déplacement dans le bain de soudure et les facteurs d'absorption de chaleur qui sont présents dans le procédé classique cité-en.premier lieu sont maintenant modifiés selon le présent procédé en ce que pendant chaque période d'arrêt, ctest-à-dire la période de temps entre chaque impulsion, lorsque le fil d'apport n'est pas avancé vers le bain de soudure, il n'y a aucune absorption de chaleur par la dilution du fil d'apport et par suite qu'une plus grande proportion de la chaleur totale est disponible pour la pénétration de la soudure. Le terme soudage à l'arc électrique englobe le soudage à électrode de tungstène en atmosphère de gaz inerte (appelé t.i.g.) et le soudage par plasma. La présente invention est applicable également au soudage par faisceau électronique dans lequel un fil d'apport est mécaniquement avancé vers un bain de soudure en impulsions discrètes de déplacement. Conformément à la présente invention, on prévoit un procédé de soudage -applicable au soudage par arc électrique sous atmosphère protectrice et au soudage par faisceau électronique, lequel procédé comporte l'utilisation d'un fil d'apport qui est mécaniquement avancé dans un-bain de soudure à une vi- tesse d'avancement- non uniforme qui varie selon une manière prédéterminée. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le fil d'apport est mécaniquement avancé dans un bain de soudure en impulsions discrètes de déplacement dans le bain de soudure. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé est appliqué au soudage par électrode de tungstène en atm sphère de gaz inerte. Le procédé selon la présente invention, lorsqu'il est appliqué au procédé t.i.g. s'est avéré donner les avantages par rapport au procédé d'avancement continu classique précité, lorsque chaque procédé est appliqué à des travaux de soudage identiques. 1.- Une réduction de la taille de la perle de soudure. La perle supérieure de soudure, la perle inférieure et la surface en coupe transversale sont toutes plus petites. 2.- La réduction de la dimension de la perle de soudure signifie moins de fil d'apport nécessaire et moins d'apport de chaleur pour l'opération de soudage. 3.- La chaleur totale plus faible signifie moins de distorsion résultante dans la pièce d'ouvrage 4.- Une porosité moindre dans la soudure résultante. 5.- Un accroissement de la vitesse de soudage. 6.- Une réduction sensible du taux de soudures défectueuses. Le procédé selon la présente invention, lorsqu'il est appliqué au soudage par arc électrique avec électrode de tungstène en atmosphère de gaz inerte, s'est avéré produire des soudures pénétrant plus profondément dans des matériaux de dimensions plus épaisses, ce qui est particulièrement bénéfique pour la production de soudures par apport. Avec le procédé laqeique d'avancement continu du fil, la vitesse d'avancement du fil d'apport est limitée à une valeur déterminée par les facteurs constants de la nature et de l'épaisseur du matériau et de la masse des pièces fixes et les facteurs variables de vitesse de soudage, de dilution du fil d'apport et de courant de soudage.Ces trois facteurs variables sont inter-dépendants et la variation de l'un quelconque de ceux-ci implique des variations de l'un ou des deux autres, de sorte que la prédiction de la quantité de fil d'apport nécessaire pour une opération est extrêmenent difficile. Il a été constaté qu'en avançant le fil ver le bain ie soudure en impulsions discrètes l'équilibre des conditions est modifié et que la vitesse d'avancement du fil n'est plus dépendante du mourant de soudage et peut être réglée à la valeur précise qui donne l'addition volumétrique nécessaire à la soudure.Afin d'obtenir un contrôle précis de dépôt de fil le procédé par impulsions prévoit un minutage précis à la fois des périodes d'avancement et d'arrêts indépendamment La relation entre les facteurs constants et les facteurs variables est -illustrée aux Tableaux 5 et 2/qui representent respectivement la succession des facteurs de décision pour la sélection clanique des paramètres d'avancement continu du fil et pour la sélection des paramètres d'avancement du fil par impulsions. Un exemple de l'utilisation du procédé selon la présente invention sera à présent décrit, à titre d'exemple seulement en se référant au dessin annexé qui est une représentation schématique d'un appareil classique de soudage par arc électrique sous atmosphère protectrice, conjointement avec des moyens coopérant en vue de l'avancement du fil d'apport par impulsions discrètes. Selon le fonctionnement de l'appareil 11 de soudage par arc électrique représenté sur la figure, le fil d'apport 12 est tiré à partir d'une bobine tournante t3 au moyen de galets d'entraînement 14 et appliqué à un bain de soudure 15 dans les pièces d'ouvrage 16. La chaleur requise pour faire fondre le fil d'apport 12 et pour effectuer la soudure entre elles des pièces d'ouvrage 16 est fournie à partir d'une électrode 17 d'une torche de soudage t8 qui est-reliée à une source d'énergie de soudage 19.Un gaz inerte provenant d'une source 28 est délivré à travers la torche de soudage 18 et un écran de forme annulaire 27 entourant l'électrode 17, pour s'écouler audessus du bain de soudure t5 et de la partie terminale 29 du fil d'apport pour chasser irair. Ltécoulement du gaz inerte depuis l'écran 27 est indique en pointillés 30. Les galets d'entrainement 14 sont connectés à un moteur d'entraînement 28 par des arbres 21 et 22. Le moteur d'entrainement 20 possède une unité de commande 23 pour choisir la vitesse du moteur. Par suite, lavitesse de rotation des galets d'entraînement 14 et la vitesse d'avancement du fil d'apport sont déterminées par une vitesse préréglée sur l'unité de commande 23 du moteur. Les pièces d'ouvrage qui doivent entre soudes s ensemble sont positionnées sur une table tournante ou un chariot (non représenté) de- sorte que leur face de jonction passe sous l'arc électrique 24 de la torche de soudage à une vitesse contrôlée. Interposé dans l'arbre d'entrainement entre le moteur 20 et les galets d'entraînement 14 se trouve un embrayage électrique 25 qui est commandé pour des embrayages et de débrayages répétitifs par des impulsions électriques provenant de l'unité 26 de-livrantNesdites impulsions. Les embrayages et les débrayages de l'embrayage produisent respectîvem-ent les périodes d'avancenent et rl'arret udu fil d'apport. La durée des embrayages et la durée des débrayages de l'embrayage 25 sont choisies et préréglées sur l'unité 26 délivras des impulsions de sorte que le-fil d'apport est avancé par les galets d'entraînement dans le bain de soudure par impulsions discrètes de déplacement. L'unité 26 délivrant des impulsions peut être d'une conception arbitraire quelconque qui soit capable de commander les périodes d'avancement et d'arrêt du fil d'apport. Au lieu d'utiliser l'embrayage électrique 25, il-est possible d'obtenir l'effet d'avancement par impulsions sur le fil en utilisaht un moteur à vitesse variable en tant que moteur d'entraînement 20 et en programnant l'alimentation en tension à l'unité 23 de commande du moteur pour donner des périodes répétitives de marche/arrêt. Le tableau suivant 3 représente certains résultats d'un essai comparatif entre l'avancement continu classique du fil et l'avancement par impulsions du fil selon la présente invention. Dans chaque cas, une soudure satisfaisante est réalisée. Chacune des pièces d'essai était un alliage à base de nickel Ni75 ("Nimonic!' est une marque déposée) et d'une ép isseur de 1,625 mm. Le fil d'apport avait un diamètre de 0,914 mm (20 S.v.G). Tableau 3 Avancement classique continu du fil Vitesse de soudage : 100 mm/minute Courant de soudage : 56 Ampères Vitesse d'avancement du fil: 280 mm/minute Dépôt de fil : 2,5 mm/mm Dépôt total de fil : 658 mm Temps de soudage total : 141 secondes Apport de chaleur total : 7896 Ampères seconde Largeur de perle de soudure résultante : 5,13 mm Largeur de péntration résultante . 3,32 mn Profondeur de section de soudure résultante : 2,4 mm Avancement par impulsions du fil Vitesse de soudage : 168 mm/minute Courant de soudage : 56 Ampères Vitesse d'avancement du fil o 736 mm/minute Période d'avancement : 0,08 seconde Période d'arrêt : 0,76 seconde Dépôt de fil : Imm/ mm Avancement du fil par impulsion : 2,54 mm Espacement des impulsions : 10 impulsions / 25,4 mm Dépôt total de fil : 249 mm Temps de soudage total : 89 secondes Apport de chaleur total : 5162 Ampèroeseconde Largeur de perle résul tante : 4 mm Largeur de pénétration résultante : 2,2 mm Profondeur de section résultante : 2,18 mm Réductions comparatives en pourcentages obtenues avec l'application de l'avancement par impulsions du fil Apport total de chaleur : 34,6 % quantité de fil d'apport : 62 % Temps de soudage : 36,9 % Largeur de perle : 22 % Largeur de pénétration : 34 % Profondeur en section : 9 k Dépôt de fil : 60 % Les résultats démontrent la vitesse de soudage grandement accrue de l'avancement par impulsions du fil par rapport à l'avancement continu classique du fil pour le même courant de soudage, l'accroissement en pourcentage approximatif en vitesse de soudage étant de 65 %. La vitesse d'avancement du fil durant les périodes d'avancement de l'avancement par impulsions du fil est 160 0 plus rapide que la vitesse d'avancement du fil dans le cas de l'avancement continu du fil. REVS;DICATIONS 1.- Procédé de soudage applicable à un soudage par arc électrique sous atmosphère prctec rice utilisant une électrode non consommable et à un soudage par faisceau électronique, caractérisé en ce qu'un fil d'apport est avancé mécaniquement-dans un bain de soudure à une vitesse non uniforme d'avancement qui varie de manière prédétersinée. 2.- Procédé selon la revendication 1 caraotérisé en ce que le fil d'apport est mécaniquement avancé dans le bain de soudure par impulsions discrètes de déplacement. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérIsé en ce qu'il est appliqué au processus de soudage avec électrode de tungstène et atmosphère de gaz inerte. 4.- Mécaninme dtavancement de fil d'apport en vue de l'utilisation avec un appareil de soudage par arc électrique sous atmosphère protectrice ou un appareil de soudage par faisceau électronique, mécanisme caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour programmer l'avancement du fil d'apport dans un bain de soudure à une vitesse non uniforme qui varie d'une manière prédéterminée. 5.- Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdite moyens sont capables d'avander le fil d'apport dans un bain de soudure par impulsions discrètes de déplacement. 6.- mécanisme d'avancement de fil d'apport en vue de l'emploi avec un appareil de soudage par arc électrique ou un appareil de soudage par faisceau électronique, mécanisme caractérisé en ce qu'il comporte des galets d'entraînement pour venir en contact et avancer le fil d'apport dans un bain de soudure, un moteur pour entraîner lesdits galets, des moyens de commande pour séîectidnner la vitesse du moteur, un arbre d'entraînement reliant le moteur aux galets d'entraînement, un dispositif d'embrayage intercalé dans l'arbre d'entraînement, et des moyens pour, respectivement, embrayer et débrayer l'embrayage à intervalles de temps prédéterminés de sorte que le fil d'apport soit avancé-par les galets d'entraînement par impulsions discrètes de déplacement. 7.- Assemblage soudé, caractérisé en ce qu'il comporte une soudure réalisée par le procédé selon l'invention.