Brevet FR2336209A1 — publié le 19770722

La présente invention concerne un dispositif de soudage sous flux pulvé- rulent de pièces à l'aide de plusieurs électrodes disposées les unes derrière les autres, avançant de façon continue et fondant en formant des arcs elec- triques, de préférence dans un bain de soudure commun, un dispositif d'en tratnement étant utilisé pour produire un mouvement relatif entre la pièce et les électrodes dans la direction d'avance ou direction de soudage et des organes de commande assurant la liaison de la pièce avec les électrodes dans des phases séparées d'une source de courant alternatif polyphasé. Par exemple, d'après le document suivant "Linde-Berichte aus Technik und uissenschaftu, 10/1960, Page 38, on connait des dispositifs de soudage en tandem dans lesquels deux électrodes de soudage sont alimentées par l'inter médiaire de deux transformateurs branchés dans un circuit de Scott. Avec de tels dispositifs, on peut réaliser des soudures avec réduction sensible de la formation de creux dans le joint. Pour obtenir de plus grandes vitesses de soudage, il est connu d'utiliser des dispositifs de soudage à trois fils tels que ceux décrits dans le brevet allemand No. 1 615 466, le brevet des Etats-Unis No. 2 436 387 et la demande de brevet allemand No. 2 244 982, dans lesquels trois électrodes fusibles sont alimentées par des sources de courant sélectionnées entre lesquelles il existe une relation déterminée. Dans ce cas, en utilisant différents types de sources de courant et d'agencement desdites sources, on peut obtenir que les arcs électriques n'aient les uns sur les autres pratiquement aucune influence ou bien seulement une influence favorable en vue d'augmenter les vitesses de soudage par rapport à celles obtenues avec les dispositifs de soudage en tandem. Cependant, il s'est avéré en pratique que, meme avec des dispositifs de soudage à trois fils, la vitesse de soudage ne peut pas être augmentée à volonté mais que, notamment en fonction de la nature de la matière, de l'épaisseur des pièces, du diametre des électrodes de soudure, du flux de soudage, on ne peut dépasser certaines vitesses maximales déterminées de soudage. Ainsi, lors de la fabrication de gros tubes ou il est avantageux d'utiliser un procédé de soudage avec électrodes multiples, on est en mesure de fabriquer avec des installations appropriées et avec des combinaisons fil-poudre tenant compte de la nature du matériau du tube, des tubes présentant des épaisseurs de paroi de 8; 15; 17,5; 20 ou 25 mm, en opérant dans la séquence indiquée ci-dessus, respectivement à des vitesses de 2,0; 1,6; 1,5; ou 1,2 m/mn, tout en obtenant de bonnes propriétés mécaniques et technologiques pour les joints soudés. En fonction de cet état actuel de la technique, il est prévu selon l'invention un dispositif du type précité qui doit permettre de réaliser, avec un rendement plus élevé, notamment lors du soudage de gros tubes, des joints exempts de défauts et présentant un profil intérieur et extérieur optimal et des propriétés mécaniques satisfaisantes. Selon l'invention, il est prévu quatre électrodes parmi lesquelles, en référence à la direction d'avance de soudage, la première et la seconde électrode, d'une part, et la troisième et la quatrième électrode, d'autre part, sont reliées respectivement aux enroulements secondaires respectifs de deux paires de transformateurs branchés dans un circuit de Scott, et en ce que l'une des bornes du premier enroulement et l'une des bornes du quatrième enroulement secondaire sont reliées à la première électrode et à la quatrisme électrode respectivement, tandis que l'autre borne du second enroulement et l'autre borne du troisième enroulement secondaire sont reliées à la seconde électrode et à la troisième électrode respectivement, cependant que les bornes restantes respectives de chaque enroulement secondaire sont reliées à la pièce à souder. Suivant un autre aspect de l'invention, il est également prévu quatre électrodes parmi lesquelles, en référence à la direction de soudage, la première et la seconde électrode, d'une part, et la troisième et la quatrième électrode, d'autre part, sont respectivement reliées à un des enroulements secondaires respectifs de deux paires de transformateurs branchés suivant un circuit de Scott et dans lesquels l'une des bornes du premier enroulement secondaire est reliée à la première électrode, tandis que les autres bornes respectives des autres enroulements secondaires sont reliées aux électrodes correspondantes et que les bornes restantes respectives des enroulements secondaires sont reliées à la pièce à souder. Le dispositif de soudage selon l'invention permet d'atteindre des vitesses de soudage bien supérieures à celles des dispositifs connus, pour les epaisseurs de paroi précitées, et d'obtenir un processus de soudage absolument uniforme. Cela est notamment favorable dans le cas d'un joint soudé de grande profondeur (environ 16 mm). Par l'expression "processus de soudage uniforme", on entend un processus dans lequel il ne se produit pratiquement aucune modification des conditions de stabilité de l'arc électrique et dans lequel, en outre, il ne se produit pas de pontets électriquement conducteurs sous l'effet d'une accumulation de scorie entre les différentes électrodes. En outre, il s'est avéré que la pénétration du joint soudé est amélioré (augmentation de profondeur). Le joint présente une forme à peu près demicirculaire et n'a pas de section droite en forme de champignon. De plus , avec le dispositif selon l'invention, on peut avantageusement souder de plus grandes épaisseurs de paroi (jusqu'à 40 mm) en une seule passe, et l'on peut obtenir des vitesses de soudage qui sont de l'ordre d'environ 1,3 m/mm. De telles épaisseurs de paroi ne peuvent pas étre soudées avec les installations actuelles de soudage à plusieurs fils en une seule passe aux vitesses précitées. Lorsque le dispositif de soudage selon l'invention est utilisé pour le soudage en plusieurs passes, il faut, pour une action de joint soudée prédéterminée, exécuter moins de passes qu'avec les systèmes connus et/ou on peut atteindre des vitesses plus élevées. Les résultats surprenants de soudage qui sont obtenus grâce à l'invention sont imputables, entre autres, au fait que, gracie au circuit selon l'invention dans lequel les enroulements secondaires sont branches de façon particulière par rapport aux électrodes et à la pièce, on peut bien mieux exploiter 1 'éner- gie électrique fournie. Des mesures ont montré que le courant de masse est faible et qu'il est à peu prés de l'ordre de grandeur du courant de soudage le plus bas qui est appliqué aux différentes électrodes. Avec ce courant de masse, on obtient les meilleurs résultats de soudage, également, en ce qui concerne les qualités mécaniques du joint soude. En outre, grâce à l'invention, on évite en majeure partie l'influence exercée par des arcs électriques adjacents, qui serait susceptible de perturber l'opération de soudage.Ceci peut s expliquer par le fait que par suite du phasage des différents courants de soudage, on est assuré que, lors du passage par zéro du courant de soudage appliqué a une électrode, la ou les électrodes adjacentes sont sollicitées par le courant maximal. En outre, grâce à l'invention, on obtient une sollicitation plus favorable d'une source de courant alternatif polyphasé - de préférence triphasé - et, par suite de l'utilisation de quatre électrodes, une plus forte capacité de charge de la poudre de soudage. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif, mais non limitatif. La Figure 1 représente un circuit du dispositif selon l'invention. La Figure 2 est une coupe prise suivant la ligne A-A de la Figure 1. La Figure 3 représente un autre mode de réalisation du circuit du dispositif selon l'invention. On a désigné sur la Figure 1 par la référence 10 le dispositif selon l'invention servant au soudage sous flux pulvérulent, et par 11 la pièce à souder. Le dispositif 10 comporte quatre électrodes fusibles 12, 13, 14 et 15 qui sont disposées l'une derrière l'autre dans la direction de soudage 16 et qui fondent en formant des arcs électriques en dessous d'une couche de flux pulverulent 17 dans un bain de soudure 18 commun. Par solidification du bain de soudure 18, il se forme un cordon 19 qui a été représenté schématiquement en section droite sur la Figure 2 Les électrodes fusibles 12 à 15 sont dévidées des bobines de fils 20, 21, 22, 23 et elles sont guidées au travers d'éléments de contact 24, 25, 26, 27. Les éléments de contact 24 à 27 servent à transmettre le courant de soudage aux électrodes. Des capots ou autres organes de protection, non représentés, servent à assurer une protection anti-contact des parties conductrices de courant du dispositif 10. Selon l'invention, en référence à la direction de soudage, la première et la seconde ou bien la troisième et la quatrième électrode (12, 13 ou 14, 15) sont respectivement reliées à un enroulement secondaire 28 à 31 de deux paires de transformateurs 32a, 32b, ou 37a, 37b branchés suivant un circuit de Scott. L'enroulement secondaire 28 associé à la première électrode 12 est relie par la borne 28a à l'élément de contact 24, c'est-à-dire à l'électrode 12, tandis que la borne 28b est reliée à la pièce 11, c'est-a-dire à la masse. De méme, la quatrième électrode 15 est également reliée a l'enroulement se condaire 31 par sa borne 31a, alors que son autre borne 31b est reliée a la pièce (11). La seconde et la troisième électrode 14, 15 sont branchées de manière que les bornes 29a, 30a, des enroulements secondaires 29, 30 soient reliées aux éléments de contact 25, 26, tandis que les autres bornes 29b, 30b desdits enroulements secondaires sont reliées à la pièce 11. Avec cette disposition, on obtient avantageusement que le dephasage des courants appliques respectivement aux quatre électrodes s'effectue dans le sens des aiguilles d'une montre, le dephasage entre deux électrodes adjacentes étant égal a 904. Dans l'exemple de réalisation de la Figure 3, en référence à la direction de soudage, la première et la seconde électrode, d'une part, et la troisième et la quatrième électrode, d'autre part (12, 13; et 14, 15), sont reliées respectivement à un des enroulements secondaires respectifs 28 à 31 de deux paires de transformateurs 32a, 32b ou 33a, 33b branches suivant un circuit de Scott. L'enroulement secondaire 28 associé à la première électrode 12 est relie par sa borne. 28a à l'élément de contact 24, c'est-à-dire à l'électrode 12, et par sa borne 28b, à la pièce a souder 11, c'est-à-dire à la masse. La seconde, la troisième et la quatrième électrode 13, 14, 15 sont branchées de manière que les bornes 29b, 30b, 31b des enroulements secondaires 29, 30, 31 soient reliées aux éléments de contact 25, 26, 27 et les bornes d'enroulements secondaires-29a, 30a, 31a à la pièce 11. Le reste de la structure du dispositif 10 correspond àla structure du dispositif représenté sur la Figure 1, et par conséquent, on ne la décrira pas à nouveau. Les dispositifs décrits ci-dessus sont particulièrement avantageux pour effectuer un soudage suivant un joint longitudinal ou suivant un joint spiral de tubes formés de tales et de. bandes classiques traitées thermomecaniquement ou recuites normalement, que l'on soude, à cause de leur épaisseur de paroi (10 à 40 min), à l'endroit et à l'envers d'après le procédé de soudage sous flux pulvérulent (se référer au brevet des Etats Unis No. 2 511 976). D'une manière classique, lors de la réalisation d'un joint soude longitudinal, les bords chanfreines d'un tube fendu sont d'abord soudes extérieurement d'après le procédé MIGSMAG. Ensuite, il est avantageux d'appliquer le procédé de soudage soux flux pour réaliser, en une passe, le joint intérieur et, ensuite, en une autre passe, le joint extérieur. Avec le dispositif selon l'invention, on a réalisé des soudures sur des pièces présentant différentes épaisseurs de paroi et on a obtenu dans tous les cas une augmentation de la vitesse de soudage d'environ 20% par rapport aux valeurs qu'il était possible d'obtenir auparavant avec des installations à trois fils, tout en améliorant simultanément la qualité du joint soudé. Les joints soudés sont exempts de porosité et de creux, et ils présentent, en outre, un profil exempt de brisures (se référer au repère 34 de la Fig. 2), comme cela est le cas pour un profil de joint en forme de champignon. Cette brisure est éliminée du fait qu'il est possible de faire varier la tension dans l'avant-derniere tette de soudage, à savoir la troisieme tetel4. La forme du joint soudé ainsi obtenu est particulièrement avantageuse en ce qu'elle permet d'obtenir une plus grande ténacité du joint soudé. L'élimination des creux est imputable notamment à l'effet de ladêviation du quatrième arc électrique par rapport à la direction de soudage. Une inversion de l'arc électrique en direction opposée à la direction de soudage n'est pas prévisible théoriquement, et n'a pas été observée en pratique pendant des opérations de soudage. Le tableau ci-dessous indique des exemples de soudage et les paramètres correspondants: Epaisseur de la pièce 17,5 15,4 40 Matière de la pièce X 60 Préparation du joint Joint a double chanfrein en Y Diamètre des électrodes (mm): Electrode 12 4 Electrode 13 4 Electrode 14 4 Electrode 15 3 Extrémités libres de fils 35 des électrodes 12 à 15 (mm) 40-50 Angles d'inclinaison des électrodes:: Electrode 12 - Angle 36 100 Electrode 13 - Angle 37 Electrode 14 - Angle 38 5 Electrode 15 - Angle 39 15 Ecartements 40-42 entre les pointes d'électrodes (mm) 12-18 Matière d'électrode EiZs faiblement a1iis, contenant du molybdène Poudre de soudage 13 ay 587 suivant Norme DIN 8557 Intensité de soudage/tension de soudage (A/V): Electrode 12 1000/34-36 1X00/34-36 1200/34-36 Electrode 13 800/34-36 900/34-36 1000/34-36 Electrode 14 600/34-36 700/34-36 800/34-36 Electrode 15 500/30-32 600/30-32 600/30-32 Courant de masse (A) 700 Vitesse de soudage (m/mn) 2 1,8 1,25 Largeur du joint soudé Joint intérieur/joint extérieur (mm) 19/30 21/20 24,5/23 Pénétration Joint intérieur/joint extérieur (mn) 10/10,5 14/15,5 21,5/22 Saillie du joint Joint intérieur/joint extérieur (mm) 3,8/3 3,2/3 3,5/3 L'invention est avantageusement applicable au soudage de tubes. Toutefois, il est évidemment possible d'utiliser le dispositif proposé pour effectuer l'assemblage par soudage de toles de navires, auquel cas les panneaux sont retournés en vue d'un soudage sur les deux cotés, ou bien, comme proposé dans le brevet allemand No. 1 665 459, ils sont soudés en position surélevée. A cet égard, il est avantageux, en ce qui concerne la zone d'influence de chaleur, que liacartement entre la seconde et la troisième électrode soit supérieur à 18 mm. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REYENDICATIONS 1.- Dispositif de soudage sous flux pulvérulent de pièces à l'aide de plusieurs électrodes disposées les unes derrière les autres, avançant de façon continue et fondant en formant des arcs électriques, de préférence dans un bain de soudure commun, un dispositif d'entratnement étant utilisé pour produire un mouvement relatif entre la pièce et les électrodes dans la direction de soudage et des organes de commande assurant la liaison de la pièce avec les électrodes dans des phases séparées d'une source de courant alternatif polyphase, caractérisé en ce qu'il est prévu quatre électrodes parmi lesquelles, en référence à la direction d'avance de soudage, la première et la seconde électrode2 d'une part, et la troisième et la quatrième électrode, d'autre part, sont reliées respectivement aux enroulements secondaires respectifs de deux paires de transformateurs branches dans un circuit de Scott, et en ce que l'une des bornes du premier enroulement et l'une des bornes du quatrième enroulement secondaire sont reliées à la première électrode et à la quatrième électrode respectivement, tandis que l'autre borne du second enroulement et l'autre borne du troisième enroulement secondaire sont reliées à la seconde électrode et a la troisième électrode respectivement, cependant que les bornes restantes respectives de chaque enroulement secondaire sont reliées à la pièce à souder. 2.- Dispositif de soudage soux flux pulvérulent de pièces comportant plusieurs électrodes disposées les unes derrière les autres, avançant de façon continue et fondant en formant des arcs électriques, de préférence dans un bain de soudure commun, un dispositif d'entratnement étant utilisé pour produire un mouvement relatif entre la pièce et les électrodes dans la direction de soudage et des organes de commande assurant la liaison de la pièce avec les électrodes dans des phases séparées d'une source de courant alternatif polyphasé, caractérisé en ce qu'il est prévuquatreélectrodes parmi lesquelles, en référence à la direction de soudage, la première et la seconde électrode, d'une part, et la troisième et la quatrième électrode, d'autre part, sont respectivement reliées à un des enroulements secondaires respectifs de deux paires de transformateurs branchés en circuit de Scott, et en ce que l'une des bornes du premier enroulement secondaire est reliée à la première electrode, tandis que les bornes respectives des autres enroulements secondaires sont reliées aux électrodes correspondantes, et que les bornes restantes desdits enroulements secondaires sont relies à la pièce à souder.