Brevet FR2278446A1 — publié le 19760213

L'invention se rapporte au soudage et, plus précisément mais non exclusivement, au soudage automatique de pièces annulaires. La confection de soudures satisfaisantes pose, en particulier lorsque l'épaisseur de la section augmente, des problèmes non négligeables dans la technique de soudage, dont l'un des principaux est d'assurer un accès suffisant pour le soudage à la zone de dépôt de la soudure. En général, le problème de l'accès dans la confection de semblables soudures était jusqu ici résolu en donnant aux pièces une forme telle qu'au moment de leur rapprochement en vue du soudage, elles présentent une préparation ou gouttière en l'U" ou en "V" ayant un angle inclus et/ou une largeur notable pour le dépôt de la matière soudante. L'un des procédés de soudage qui est applicable à de semblables formations est le soudage à l'arc submergé qui nécessite plusieurs passes contiguës de métal soudant pour former chaque couche.Mais, lorsque les parties plus larges de 1'U ou du V sont atteintes, les grands volumes de métal soudant qui en résultent peuvent se révéler désavantageux, eu égard aux durées prolongées du soudage, aux frais excessifs et aux fortes déformations au refroidissement. Un autre problème majeur se pose lorsque le pistolet soudeur doit travailler dans une position autre que "vers le bas", c' est-à-dire differente de la position de soudage par gravité, comme tel est le cas dans le soudage automatique d'un raccord de tuyaux qui ne totrnent-#s. Le but principal de l'invention est de fournir un appareil portatif pour le soudage autcm tique de préparations de soudure à intervalle étroit entre des pièces annulaires. L'invention concerne un appareil à souder à l'arc protégé par un gaz inerte, comprenant un pistolet soudeur pour fixer et commander une électrode non consumable et contenant des moyens pour délivrer un gaz inerte à la zone de l'arc de soudage par l'intermédiaire d'un réservoir à gaz qui entoure à distance cette électrode lorsqu'elle est placée dans le pistolet, ce dernier étant muni en outre d'un système de parois prolongées formant écran pour le gaz, en saillie sur une distance notable au-delà du réservoir à gaz et capable, soit par lui-même, soit en coopération avec une préparation de soudure à intervalle étroit, d'entourer pratiquement une électrode placée dans le pistolet, à l'exception du bout de celle-ci, lorsque l'électrode fait saillie sur une distance comparable au-delà du réservoir à gaz. Avec un appareil selon l'invention, le soudage de pièces annulaires peut être exécuté alors que l'appareil est immobile et que les pièces tournent ou, au choix, alors que les pièces sont immobiles dans n'importe quelle orientation appropriée et que l'appareil à souder tourne automatiquement autour de ces pièces. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le système de parois-écrans se compose de deux écrans allongés, diamétralement opposés de part et d'autre de la position générale de l'axe de l'électrode, tout en laissant libres des zones intermédiaires opposées entre les bords longitudinaux des écrans au-delà du réservoir à gaz, en une disposition qui assure la formation d'une enveloppe efficace de gaz autour de l'électrode au point de contact de soudage lorsque l'électrode fait fortement saillie au-delà du réservoir à gaz. L'appareil peut donc être appliqué sur des préparations de soudure à intervalle étroit, le système d'écran étant disposé de sorte que les deux parois-écrans coopèrent avec les parois opposées de la préparation de sorte que l'électrode soit entourée pratiquement#,sur toute sa longueur entre le réservoir à gaz et son extrémité, ce qui donne lieu à une enveloppe efficace de gaz inerte pour le soudage. De préférence, la largeur de gorge W de la préparation de soudure est, avec le diamètre D de l'électrode, dans le rapport D = 1,5 D à 4 D. Les parois-écrans sont fabriquées de préférence en acier inoxydable. L'invention concerne en outre un procédé de confection de soudures utilisant un appareil à souder selon l'un quelconque des trois paragraphesprecedents et comprenant les opérations suivantes (i) Façonnage des parois d'extrémité des pièces à souder avant le soudage, de manière à former une préparation de soudure à intervalle étroit ayant une largeur plus petite que celle du réservoir à gaz du pistolet à souder. (ii) Mise en place de l'électrode de sorte qu'elle fasse saillie au-delà de l'extrémité du système de parois-écrans à l'opposé du réservoir à gaz. (iii) Introduction du système de parois-écrans prolongées et de l'électrode du pistolet à souder dans la préparation de soudure à intervalle étroit, de sorte que le bout de l'électrode puisse être placé à proximité immédiate du fond de la préparation de soudure à intervalle étroit, tandis que le réservoir à gaz du pistolet se trouve à l'extérieur de la préparation de soudure à intervalle étroit. (iv) Introduction par ailleurs d'un fil de charge de soudure dans la préparation de soudure à intervalle étroit de sorte que son extrémité puisse être avancée dans la zone de jaillissement de l'arc entre le bout de l'électode non consumable et la surface de la soudure. (v) Exécution du soudage en établissant un courant électrique entre l'électrode et le fond de la préparation de soudure à intervalle étroit et en produisant un mouvement relatif entre le bout de l'électrode et la préparation de soudure à intervalle étroit pour déposer du métal soudant provenant du fil de charge dans la préparation de soudure à intervalle étroit selon le mode traditionnel, mais en n'effectuant qu'une seule passe pour chaque aouche de soudure, à toutes les profondeurs de la soudure. L'invention concerne également un procédé selon le paragraphe précédent dans lequel la technique de soudage appliquée utilise une alimentation en courant par impulsions de l'arc électrique, de façon à assurer un contrôle complet de la flaque de soudure et de la fusion à tous moments et dans toutes les positions de soudage. L'invention sera décrite de façon plus détaillée en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une coupe à travers une préparation de soudure à intervalle étroit ainsi qu'un modèle de l'appareil à souder selon la présente invention, en position pour la confection d'une soudure selon un procédé qui est également conforme à l'invention. La figure 2 est une coupe de la préparation de soudure étroite et de l'appareil représentés sur la figure 1, dans le plan passant par la ligne désignée par les flèches "A". La figure 3 représente schématiquement une autre forme possible de l'appareil à souder selon l'invention. La figure 4 est une vue partielle prise perpendiculairement à celle de la figure 3. La figure 5 est une vue partielle en plan du dispositif de la figure 3. Les figures 6 et 7 représentent encore une autre forme possible de l'appareil à souder selon l'invention. Pour se référer aux dessins, les figures 1 et 2 représentent une préparation de soudure à intervalle étroit, constituée par une gorge de soudure 1 entre deux pièces 2 et 3 qui doivent être réunies par soudage. La largeur de la gorge, déterminée par des considérations pratiques de contrôle du métal soudant dans toutes les positions de soudage, est comprise entre 1,5 D et 4 D (D étant le diamètre de l'électrode qui est typiquement égal à 3 mm). Le pistolet à souder 4 pour la confection de la soudure est équipé d'une électrode non consumable 5 en saillie sur un réservoir à gaz 6 qui est alimenté en argon pour protéger la région de la soudure. L'élecrrode 5 fait saillie sur le réservoir à gaz 6 sur une distance qui dépasse les limites recommandées pour le soudage à enveloppe de gaz inerte du tungstène et, afin d'assurer une protection suffisante de la flaque de soudure 7, il est prévu un système de parois prolongées formant écran pour le gaz, se composant de deux écrans à gaz 8 et 9 adaptés au réservoir à gaz 6. Comme on peut le voir nettement sur les figures, les écrans 8 et 9 coopèrent avec les parois latérales, étroitement opposées de la préparation de soudure à intervalle étroit pour former une enveloppe de gaz pratiquement close autour de la partie de l'électrode 5 en saillie sur le réservoir à gaz 6 jusqu'à la région du bout, assurant ainsi une alimentation suffisante en gaz de protection pour la flaque de soudure. Avec le dispositif représenté, il est possible de confectionner une soudure satisfaisante entre les pièces 2 et 3 en produisant un mouvement relatif entre l'électrode 5 et le fond de la préparation de soudure, tout en fournissant du métal pour la soudure à partir d'un fil continu de charge 10 qui pénètre jusqu'à la flaque de soudure à travers un tube de guidage 11 disposé de manière à pénétrer dans la préparation sans souiller les bords latéraux de celle-ci. En appliquant une technique de soudage à arc#par impulsions, il est possible d'utiliser des fréquences d'impulsions et des courants qui assurent un contrôle complet de la flaque de soudure et de la fusion à tous moments et dans toutes les positions de soudage. L'appareil ici décrit permet d'effectuer un soudage satisfaisant sur des joints par des couches de soudure formées en une seule passe et déposées directement les uns sur les autres, à l'aide d'un pistolet à souder, puisqu'une préparation étroite de la soudure est simplement nécessaire , contrairement aux techniques antérieures qui exigeaient une large préparation en "V" (telle qu'indiquée par exemple par des lignes de points et de tirets sur la figure 1). Ainsi, l'appareil et le procédé de l'invention conviennent remarquablement pour des opérations de soudage automatique et, en particulier, pour le soudage automatique de pièces annulaires, avec possibilité de faire tourner, soit le pistolet, soit les pièces annulaires. Les figures 3 à 5 représentent une autre forme possible d'appareil à souder, dans laquelle l'extrémité supérieure d'un bouclier à'gaz télescopique 12 est fixée au réservoir à gaz 6 au moyen d'une bride de support 13 et l'extrémité inférieure du bouclier repose sur les pièces 2 et 3 qui doivent être réunies par soudage. Le bouclier 12 entoure l'électrode 5 et des écrans 8, 9 et il se présente sous la forme d'une série de bagues annulaires de diamètre décroissant, l'extrémité supérieure de chaque bague présentant un rebord extérieur et son extrémité inférieure comportant un rebord intérieur, de sorte que des rebords contigus~ s'appliquent l'un contre l'autre et que chaque bague soit supportée par la bague immédiatement supérieure. Pendant la première passe de soudure, c'est-à-dire lorsque le pistolet est dans sa position la plus basse, le bouclier est partiellement rétracté, mais il s'étend progressivement au fur et à mesure que chaque passe de soudure est effectue et que le pistolet est soulevé. Le bouclier est alimenté en gaz inerte et il contribue à diriger le gaz vers la région de l'intervalle de soudure. La figure 5 représente des écrans à gaz 8 et 9 profilés en U, leurs paires de branches étant dirigées l'une vers 11 au tre. Selon une autre forme possible de réalisation (non représentée), le bouclier peut prendre la forme d'une bande plate enroulée de manière à constituer un tube télescopique de diamètre décroissant. Les figures 6 et 7 représentent encore une autre forme de réalisation possible de l'appareil à souder, dans laquelle le pistolet est muni d'un collecteur 14 comportant des raccords d'admission de gaz 15, 16, 18, 19 qui communiquent avec des passages 15a, 16a, 18a, 19a formés dans les parois d'un écran à gaz 20. L'électrode 22 est entourée par une gaine centrale 21 et le collecteur 14 comporte un autre raccord d'admission de gaz 17 qui communique avec l'intervalle entre l'électrode 22 et la gaine 21. La gaine 21 et l'électrode 22 sont fixées au collecteur 14 de manière étanche aux gaz au moyen d'un écrou 23 et l'écran à gaz 20 est fixé par une bride 20a à la base du collec- teur 14 au moyen de vis 24. Avec ce dispositif, on dispose d'un plus grand degré de contrôle sur la distribution du gaz. Au fur et à mesure que la soudure progresse, les jets de gaz qui ne sont plus nécessaires peuvent être interrompus, c'est-à-dire que les raccords d'admission 15 et 19 peuvent être d'abord fermés, puis les raccords 16 et 18. REVENDICATIONS 1.- Appareil à souder pour le soudage à arc protégé par un gaz inerte, comprenant un pistolet soudeur pour fixer et commander une électrode non consumable et contenant des moyens pour délivrer un gaz inerte à la zone de l'arc par l'in termédiaire d'un réservoir à gaz qui entoure à distance cette électrode lorsqu'elle est placée dans le pistolet, caractérisé en ce que le pistolet soudeur est muni en outre d'un système de parois prolongées formant écran pour le gaz, en saillie sur une distance notable au-delà-du réservoir à gaz et capable, soit par lui-même, soit en coopération avec une préparation de soudure à fente étroite, d'entourer pratiquement une électrode placée dans le pistolet, à l'exception du bout de celle-ci, lorsque l'électrode fait saillie sur une distance comparable au-delà du réservoir à gaz. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système à parois-écrans se compose de deux écrans allongés, diamétralement opposés de part et d'autre de la position générale de l'axe de l'électrode, la disposition étant telle qu'en service, les deux écrans coopèrent avec lçs parois opposées d'une préparation de soudure pour que l'électrode soit entourée sur toute sa longueur entre le réservoir à gaz et la région de son bout, produisant une protection efficace par gaz inerte pour le soudage. 3.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de paroisécrans est formé en acier inoxydable. 4.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système de parois-écrans se compose de deux éléments allongés profilés en U, dont les paires de branches sont dirigées l'une vers l'autre. 5.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'électrode et le système de parois-écrans sont entourés par un bouclier télescopique dont une extrémité est fixée au pistolet à souder et l'autre extrémité est mise en contact avec les pièces à réunir par soudage. 6.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bouclier se compose d'une série d'éléments qui s'engagent les uns dans les autres. 7.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bouclier se compose d'une bande plate enroulée de manière à former un tube télescopique. 8.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système de parois-écrans comporte un collecteur qui est muni d'un certain nombre d'orifices d'admission différents en communication avec des passages formés dans les parois-écrans, aboutissant à des orifices de sortie situés en différents endroits de ces parois. 9.- Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'électrode est munie d'une gaine et l'un des orifices d'admission du collecteur communique avec l'intervalle entre électrode et gaine. 10.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour fermer sélectivement des orifices d'admission de gaz, afin de permettre une distribution sélective de gaz inerte. 11.- Procédé de confection de soudures à l'aide d'un appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes (i) Façonnage des parois d'extrémité-des pièces à souder avant le soudage, de minière à former une préparation de soudure à fente étroite ayant une largeur plus petite que celle du réservoir à gaz du pistolet à souder. (ii) Mise en place de l'électrode de sorte qu'elle fasse saillie au-delà de l'extrémité du système de parois-écrans à l'opposé du réservoir à gaz. (iii) Introduction du système de parois-écrans prolongées et de l'électrode du pistolet à souder dans la préparation de soudure à fente étroite, de sorte que le bout de l'électrode puisse être placé à proximité immédiate du fond de la préparation de soudure à fente étroite, tandis que le réservoir à gaz du pistolet se trouve à l'extérieur de la préparation de soudure à fente étroite. (iV) Introduction par ailleurs d'un fil de charge de soudu re dans la préparation de soudure à fente étroite, de sorte que son extrémité puisse être avancée dans la zone de jaillissement de l'arc entre le bout de l'électrode non consumable et la surface de la soudure. (v) Exécution du soudage en établissant un courant électrique entre l'électrode et le fond de la préparation de soudure à fente étroite et en produisant un mouvement relatif entre le bout de l'électrode et la préparation de soudure à fente étroite pour déposer du métal soudant provenant du fil de charge dans la préparation de soudure à fente étroite selon le mode traditionnel, mais en n'effectuant qu'une seule passe pour chaque couche de soudure, à toutes les profondeurs de la soudure. 12.- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'arc de soudage est alimenté avec un courant par impulsions. 13.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que la largeur de la fente de la preparation est comprise entre une fois et demie et quatre fois le diamètre de l'électrode.