Brevet FR2264624A1 — publié le 19751017

La présente invention concerne essentiellement un procédé pour souder bord à bord deux pièces métalliques, par exemple deux tôles en acier, au moyen de deux organes de soudage jumelés, alignes selon une direction perpendiculairesaux deux bords à souder et disposés chacun au voisinage de ltun des dits bords. On connalt des procédés du type sus-mentionné, en particulier des procédés de soudage à l'arc électrique au moyen d'électrodes fusibles et connus sous les marques déposées "TWINÂRC" et AUTOPLURIAL, Ces procédés sont appliqués au soudage de tôles de faible épaisseur, c'està-dire inférieure à 5mm, dont les bords peuvent être jointifs ou séparés par un faible interstice. Les électrodes sont constituées par deux fils placés côte à c8te, perpendiculairement à la direction de soudage, et sont alimentées par une unique source de courant continu ou alternatf, de façon à créer un arc électrique entre chaque fil et la pièce qui lui est associée.On obtient ainsi la formation, entre les deux tales, d'un bain de- fusion unique qui, en se solidifiant, donne un cordon de soudure assurant la liaison des dites tales. Ces procédés connus présentent des inconvénients qui rendent leur application très délicate et limitent considérablement leur domaine d'emploi: il est très difficile en effet d'obtenir que les deux bains de fusion soient suffisamment proches pour pouvoir se lier l'un à l'autre et d'empêcher en même temps une pénétration trop importante dans l'interstice séparant les deux tales. Une telle pénétration, due à la température trop élevée du bain de fusion, conduit irrémédiablement à l'effondrement dudit bain. Cet inconvénient rend pratiquement impossible le soudage de tales dont les bords présentent, comme il arrive fréquemment, des irrégularités qui entrassent des variations importantes de l'interstice qui les sépare.L'utilisation, pour empêcher 11 effondrement du bain, d'un support ou d'une cale que l'on applique sur la face des tôles qui est opposée à celle sur laquelle se fait le soudage, constitue une complication qui diminue considérablement le rendement et est d'ailleurs inapplicable dans les cas où il n'y a pas d'accès possible à ladite face opposée, par exemple pour le soudage du dernier élément d'un réservoir fermé. La présente invention a essentiellement pour but d'éviter les inconvénients sus-mentionnés des procédés actuellement connus Ce résultat est obtenu, avec le procédé selon 11 invention, par le fait qu'il consiste à former, sur les deux bords des pièces à souder, deux bains de fusion séparés, à réunir ces deux bains en un bain unique par un moyen mécanique et à refroidir ledit bain unique, simultanément à sa formation, de sorte que la solidification ait lieu pendant sa pénétration dans l'interstice entre les bords précités. Le fait de réunir les bains par un moyen mécanique permet d'assurer la formation du bain unique même lorsque l'interstice entre les deux pièces est trop important pour que cette réunion s1 effectue par la seule influence de la gravité. Le fait d'autre part de diminuer simultanément la température du bain de fusion permet d'éviter son effondrement. Selon une autre caractéristique de l'invention on réunit les deux bains précités au moyen d'une languette métallique ayant un point de fusion voisin de celui du métal constituant les dits bains, ladite languette ayant son extrémité immergée dans les bains au voisinage des organes de soudage en pontant ledit interstice entre les pièces. La languette qui est mouillée par les deux bains assure leur liaison et absorbe, pour sa propre fusion, une partie de la chaleur des bains ce qui abaisse leur température. Selon une autre caractéristique de l'invention la languette précitée est placée perpendiculairement à l'interstice entre les pièces, symétriquement par rapport aux organes de soudage et sensiblement tangentiellement aux pièces à souder. Le fait que la languette soit placée perpendiculairement à la jonction et soit centrée par rapport aux organes de soudage permet d'obtenir une fusion symétrique de cette languette dans les deux bains et par conséquent une soudure régulière et homogène. Selon un mode de réalisation de l'invention on forme les deux bains de fusion précités par soudage à l'arc électrique au moyen de deux électrodes fusibles et d'un apport de flux en poudre, délivré entre les deux électrodes. Ce procédé, permet un assemblage correct de tales ayant un écart d'accostage pouvant atteinre la moitié de leur épaisseur. L' invention vise également, à titre de produit industriel nouveau, une installation de soudage du type comportant deux organes de soudage juxtaposés supportés par un bâti. L'installation selon l'invention est caractérisée par le fait qu'elle comporte un dispositif monté sur ledit bati pour délivrer, de façon continue, une bande de feuillard au voisinage immédiat des organes de soudage précités, selon une direction perpendiculaire à la direction d'alignement des dits organes de soudage. D'autres- caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Dans les dessins annexés donnés uniquement a titre d'exemple non limitatif - la figure 1 illustre, de façon schématique, la formation, par les organes de soudage, de deux bains de fusion le long des deux bords de deux pièces à souder, - la figure 2 montre la formation d'un bain unique par réunion des deux bains séparés précités au moyen d'une languette, - la figure 3 représente le cordon de soudure obtenu après solidification du bain de fusion unique précité, - la figure 4 est une représentation partielle et schématique d'une installation de soudage â l'arc électrique submergé selon l'invention, - la figure 5 représente ladite installation vue selon la flèche A de la figure 4. L'exemple de mise en oeuvre de l'invention représenté aux figures 1 à 3 est relatif â l'assemblage bord à bord de deux tales I et 2 en acier, ayant une même épaisseur e et séparées l'une de l'autre par un interstice 3 ayant une largeur 1. Les organes de soudage 4 et 5 sont disposés selon une direction perpendiculaire aux bords 1a et 2# des tales 1 et 2 et par conséquent transversalement à l'interstice 3. L'arc ou la flamme, selon le type de soudage utilisé, entre chaque organe de soudage et #la tale qui lui fait face entrarae la fusion des bords en regard des tôles et éventuellement la fusion des électrodes lorsqutelles sont fusibles ainsi que la fusion du flux d'apport lorsque l'on utilise le soudage sous flux.On forme tout d'abord, dans#les parties des bords la et 2a des dites tales qui reJoignent leurs faces supérieures lb et 2b se trouvant en regard des organes de soudage 4 et 5, deux bains de fusion B1 et B2 qui restent séparés l'un de l'autre comme représenté à la figure 1. On réalise ensuite la réunion des deux bains de fusion séparés B1 et B2 en un bain de fusion unique B3 en amenant, dans les dits bains, une languette métallique 6 qui est à la température ordinaire (de l'ordre de 200C) et est faite en un métal qui fond à la température des bains de fusion . On dispose la languette 6 au voisinage des organes de soudage 4 et 5, symétriquement par rapport à ces derniers -et perpendiculairement aux deux bords la et 2a, son extrémité, de forme rectangulaire, plongeant simultanément dans les deux bains B1 et B2, de façon à former entre eux un pont métallique. Le métal liquide des deux bains mouille le métal solide de la languette et le fond de sorte que les deux bains B1 et B2 sont réunis en un bain unique B3 comme représenté à la figure 2. On laisse ensuite refroidir le bain 33 pour obtenir un cordon de soudure assemblant les deux tales comme représenté à la figure 3. On a réalisé en particulier l'assemblage bord à bord de tales d'acier planes ou en forme de viroles de section circulaire, destinées à la fabrication de réservoirs de stockage d'hydrocarbures liquides d'une capacité de 1m3 environ, les jonctions entre les tales devant présenter une étancheité parfaite et résister aux contraintes doles à la pression hydrostatique. Ces tôles, d'une épaisseur de 3 à 4mm, étaient accostées bord à bord en laissant subsister entre elles un interstice ayant une valeur variable, la valeur maximale de cet interstice étant de 1,5 à 2mm pour des épaisseurs de tôle de 3 à 4mm. Les organes de soudage 4 et 5 étaient constitués par des électrodes fusibles, filiformes ayant un diamètre compris entre 1,2 et 2mm et alimentées par une même source de courant continu ou alternatif.L'écartement axial L entre ces électrodes étaient fonction essentiellement de la valeur maximale de l'interstice séparant les tales et choisi de façon que les deux bains de fusion se formant le long des bords en regard des tales restent séparés l'un de l'autre tout en pouvant fusionner-ultérieurement en un seul et même bain# de façon qu'il n'y ait pas de métal qui s'échappe, c'est-à-dire qu'il n'y ait pas pénétration excessive de la soudure entre les tôles susceptible dlentratner un effondrement local du bain. Avec les épaisseurs de tales et les valeurs d'interstices données ci-dessus cet écartement était de tordre de 7 à 9mm.L'expérience a montré également que la polarité des électrodes avait un ralle important sur la pénétration de la soudure et qu'on obtenait une moindre pénétration, donc un moindre risque d'effondrement du bain, en donnant aux électrodes une polarité négative par rapport aux tales. La languette 6 était constituée par une bande de feuillard d'acier d'une épaisseur de 0,1 à 0,5mm et d'une largeur au moins égale à l'écartement entre les électrodes. Cette bande de feuillard était délivrée de façon continue, à vitesse constante ou modulée, au fur et à mesure de sa fusion dans les bains. Le flux de soudage, constitué par une poudre fusible de type classique, par exemple un flux silico-manganésé, était également délivré de façon continue entre les électrodes, au-dessus du feuillard, de façon à s'écouler le long de ce dernier, pour venir finalement protéger le métal en fusion. Le feuillard a un triple rôle - il assure un pont métallique entre les deux bains liquides en réalisant leur liaison, - en empruntant# au bain la chaleur nécessaire à sa propre fusion, il abaisse la température des dits bains, donc augmente leur viscosité, empêchant ainsi leur effondrement, - il constitue un écran qui retient le flux en poudre et empêche sa chute dans l'interstice entre les tales. La vitesse de soudage était choisie de façon à entratner une pénétration optimale tout en assurant la formation de bains de fusion continus mouillant suffisamment les tales. On a atteint une vitesse de soudage de 1-,20m à la minute, donnant des résultats parfaitement satisfaisants et correspondant à des conditions de productivité tout à fait favorables. On donnera ci-après, à titre d'exemple non limitatif, les différents paramètres relatifs à l'assemblage de deux tôles en acier par soudage à l'arc submergé : épaisseur des tôles : e= 3mm largeur de l'interstice : 1 = 1,5mm nature des électrodes : fils en acier de section circulaire diamètre 1,6mm écartement axial des électrodes : 7mm nature du feuillard : acier doux épaisseur du feuillard : 0,4mm largeur du feuillard : 10mm vitesse d'avance du feuillard : 42cm par minute alimentation des électrodes : courant continu, polarité négative tension de l'arc : 19 V intensité du courant de soudage : 400 A flux : formé essentiellement d'un mélange d'oxyde de silicium, d'oxyde de manganèse, d'oxyde #de titane et d'oxyde de zirconium vitesse de soudage : 1,20m à la minute. On a constate par ailleurs, dans les conditions sus-mentionnées, les consommations suivantes pour le flux, le feuillard et les électrodes flux : 0,116 kg par mètre de soudure feuillard : 07013 kg par mètre de soudure électrodes : 0,089 kg par mètre de soudure. L'assemblage selon l'invention pourrait être réalisé également en faisant appel au soudage à l'arc électrique au moyen d'électrodes fusibles type fil-fourré avec ou sans gaz, ou fil plein sous flux gazeux, ou au soudage à l'arc électrique au moyen d'électrodes réfractaires, type T.I.s. ou plasma ou encore en utilisant, au lieu d'un arc électrique, une source de chaleur chimique, c'est-à-dire une flamme, les organes de soudage étant, dans ce cas, constitués par des chalumeaux, par exemple des chalumeaux oxyacétyléniques. On a représenté aux figures 4 et 5 une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, cette installation étant destinée à l'assemblage de tôles par soudage à l'arc au moyen d'électrodes fusibles avec apport de flux. Cette installation comprend essentiellement un dispositif de soudage, désigné d'une façon générale par 10, un dispositif d'amenée et de guidage du feuillard désigné par 20, et un dispositif d'apport de flux désigné par 30. Le dispositif de soudage 10 comporte un porte-électrodes Il fixé à l'extrémité d'une tige creuse 12 fixée elle-même, par un étrier 13, à une plaque-support 14. Dans le porte-électrodes Il sont montées deux électrodes 15 et 16 filiformes qui traversent la tige creuse 12 et sont délivrées, à partir de deux bobines 17 et i8, par des moyens d'entraînement constitués par exemple par un moto-réducteur ou analogue 19 muni de deux paires de galets 19~ et 19b qui font ainsi avancer les électrodes filiformes au fur et à mesure de leur fusion. Les deux électrodes sont alimentées en parallèle par une source de courant électrique continu 50 reliée également aux tales à souder 40 et 41. Le dispositif d'amenée et de guidage du feuillard comporte essentiellement un corps creux 21 fixé, par un étrier 22, à la plaquesupport 14 précitée et prolongé par deux profilés ou analogues 23a et 23b présentant entre eux une rainure de guidage 24 dans laquelle passe la bande de feuillard 25 délivrée, à partir d'une bobine 26, par un motoréducteur 27 ou analogue muni d'une paire de galets d'entratnement 27a en prise avec ladite bande de feuillard. Les profilés ou analogues 23a et 23k présentent une forme incurvée en arc de cercle de façon que le feuillard se présente sensiblement tangentiellement à la surface des tôles à assembler 40 et 41. Le dispositif d'amenée de flux 30 comporte un récipient 31 qui contient ledit flux en poudre et un tuyau de descente 32 fixé, par une bride 331 au dispositif 20 d'amenée du feuillard, ce tuyau débouchant au-dessus du profilé 23b au voisinage de son extrémité de sorte que le flux qui s'en échappe s'écoule le long du feuillard pour venir dans le bain de soudure sans pouvoir s'échapper dans l'interstice entre les tales. Les tales peuvent entre entrarnées de manie à se déplacer de façon continue dans le sens de la flèche F soit en translation dans le cas de plaques planes, soit en rotation dans le cas de viroles cylindriques. On pourrait apporter au procédé et au dispositif décrits de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que les électrodes, au lieu d'avoir un écartement fixe, pourraient avoir un écartement variable ce qui permettrait d'adapter leur distance mutuelle à la valeur de l'interstice entre les pièces à souder. Les dispositifs de soudure, d'amenée du feuillard et d'amenée du flux pourraient être montés sur un support mobile, les pièces à souder étant fixes. Le feuillard pourrait entre refroidi an moyen d'azote liquide par exemple. Bien entendu lwinvention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui ont été donnés à titre d'exemple non limitatif. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour souder bord à bord deux pièces métalliques, par exemple deux t8les en acier, au moyen de deux organes de soudage jumelés, alignés selon une direction perpendiculaire aux deux bords à souder et disposés chacun au voisinage de l'un des dits bords, caractérisé en ce qu'il consiste à former, sur les deux bords, deux bains de fusion séparés, à réunir ces deux bains en un bain unique et à refroidir ledit bain unique simultanément à sa formation de façon que la solidification ait lieu pendant sa pénétration dans l'interstice entre les bords précités. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce quton réunit les deux bains précités au moyen d'une languette métallique ayant un point de fusion voisin de celui du métal constituant les bains, ladite languette ayant son extrémité immergée dans les bains au voisinage des organes de soudage en pontant ledit interstice. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la languette précitée est disposée perpendiculairement à l'interstice, sensiblement symétriquement par rapport aux organes de soudage et sensiblement tangentiellement aux pièces à souder. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la languette précitée est réalisée sous forme d'une bande de feuillard délivrée de façon continue au fur et à mesure de sa fusion dans les bains précités. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on forme les deux bains de fusion précités par soudage à l'arc électrique au moyen de deux électrodes fusibles. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on forme les deux bains de fusion précités par soudage à l'arc électrique submergé au moyen de deux électrodes fusibles et d'un apport de flux en poudre délivré entre les dites électrodes. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on déverse le flux en poudre de façon continue sur la bande de feuillard et qu'on le fait s'écouler le long de cette dernière jusque dans les bains de soudure. 8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on forme les deux bains de fusion précités par soudage au moyen de deux électrodes réfractaires. 9. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on forme les deux bains de fusion précités par soudage à la flamme au moyen de deux chalumeaux. 10. Installation de soudage pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications 1 à 9 du type comportant une paire d'organes de soudage juxtaposés supportés par un bâti, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif monté sur ledit b ti pour délivrer, de façon continue, une bande de feuillard au voisinage immédiat desdits organes de soudage et selon une direction perpendiculaire à la direction d'alignement des dits organes de soudage. 11. Installation selon la revendication 10 caractérisée en ce que le dispositif comporte un dévidoir supportant une bobine dudit feuillard, des moyens dlentratnement en translation continue dudit feuillard un organe de guidage dans lequel passe le feuillard, délivré à partir de ladite bobine, par les dits moyens 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un tuyau d'amenée de flux en poudre fixé sur ledit organe de guidage du feuillard.