Brevet FR2327022A1 — publié le 19770506

La présente invention concerne un procédé de soudage à l'arc sous l'eau. Etant donné la croissance de l'industrie d'exploitation des océans, la réalisation de soudures sous l'eau de façon régulière, correspondant à certains codes de soudage reconnus nationalement et internationalement, est devenue essentielle. On a déjà essayé de réaliser des soudures sous l'eau sans aucunçprotection de l'arc contre liteau. Ces essais n'ont pas donné satisfaction en partie parce que l'eau pénétrant dans l'arc se dissocie et lthydrogène ainsi formé se dissout dans la mare de métal fondu. L'effet rapide de trempe du métal chaud de la soudure par l'eau provoque la formation de structures martensitiques dures dans la zone affectée par la chaleur qui peut présenter un fissuration induite par lthydrogène, notamment dans le cas de soudures soumises à des contraintes. On a déjà proposé d'empecher rentrée d'eau dans l'arc par utilisation d'un chalumeau de soudage ayant une buse destinée à former un rideau annulaire protecteur d'eau qui est ainsi distante de l'arc. On a déjà proposé l'utilisation d'un soudage semi-automatique avec un tel appareillage, comprenant un fil consommable de soudage et un gaz protecteur contenant une proportion importante d'argon ou d'anhydride carbonique, ce procédé étant notamment décrit dans l'article de the Journal of the Japan Welding Society, 1974, p. 23 à 30, et p. 141 à 146. Cependant, lorsque l'angle du chalumeau de soudage doit être modifié par rapport à la pièce, par exemple lors du soudage manuel du type gaz-métal, le rideau de protection d'eau ne peut pas empêcher l'entrée dans l'arc de quantités relativement importantes d'eau. En outre, les fumées émises par le fil consommable de soudage ont tendance à entre confinées dans la région de l'arc par le rideau d'eau si bien que la visibilité de l'arc, pour le soudeur, est nettement réduite. On a aussi proposé l'utilisation dans l'eau" d'un fil à ame enrobée ou d'un fil plein avec un gaz protecteur sans aucun rideau. L'utilisation d'un fil plein et d'un gaz protecteur est un procédé classique de soudage gaz-métal. Les articles de M.L. Levin, Marine Technology, vol. 4, n03, juin 1973, p. 73 à 77, et de I.M. Savitch, the Proceedings, International Conference, Welding in Offshore Constructions, 26 au 28 février 1974, communication n0 20, p. 217 à 220 décrivent de tels procédés. Aucun chercheur des pays occidentaux nia pu répéter les résultats indiqués dans le dernier article cité. On peut obtenir des soudures satisfaisantes sous l'eau par un procédé de soudage à l'arc gaz-métal semi- automatique par formation sous l'eau d'une chambre fixe, de- placement de l'eau de la chambre par introduction d'un gaz, puis soudage par le procédé classique gaz-métal en courtcircuit, à l'aide d'un fil plein. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 876 852 décrit un tel procédé.L'article de M.L. Levin, "Welding in the Sea", Marine Technology, Vol. 4, n03, juin 1973, p. 73-77 décrit aussi l'utilisation d'un procédé semi-automatique de soudage à l'arc sous gaz inerte avec électrode consommable dans une chambre remplie de gaz, formée sous l'eau afin que les soudures aient une excellente qualité. Cet article indique notamment que l'électrode de soudage ne doit comprendre aucun flux décapant. L'article de P.L.J. Leder et F.W. Luran "High Duty-Welding", the Australian Welding Journal 18, n05, p. 149-159, septembre-octobre 1974 cite aussi le soudage gaz-métal sous l'eau, mais dans uze petite chambre tenue à la main et remplie de gaz, ayant parois transparentes. On constate de façon surprenante selon l'invention que, contrairement aux enseignements des articles précites, lors de l'utilisation d'un procédé de soudage semi-automatique à l'arc gaz-métal (avec un fil plein) dans une chambre cante- nant du gaz, on n'obtient pas souvent une soudure saine, et il apparatt souvent un manque de fusion entre le métal de la soudure et les métaux d'origine, c'est-à-dire que le métal se solidifie avant fusion convenable avec le métal de provenance. L'invention concerne un procédé de soudage à l'arc sousflteau qui est supérieur au procédé de soudage à l'arc gaz-métal (fil plein) lors de l1utilisaton dans une chambre de soudage contenant un gaz. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de soudage à l'arc sous liteau comprenant la transmission d'un gaz dans une chambre fixe de soudage placée sous l'eau afin qu'il se forme une atmosphère gazeuse autour de la région dans laquelle le métal de la soudure doit wetre déposé, et l'avance d'un fil continu et consommable de soudage à l'arc dans la région dans laquelle le métal de la soudure doit titre déposé, le fil comprenant une gaine tubulaire entourant une Clame qui contient un métal en poudre. Le procédé selon l'invention rend possible le soudage à l'arc sous l'eau dans des conditions de soudage autres que le soudage à plat et permet une bonne fusion. On pense que l'incorporation de poudre métallique dans lltme rend possible le soudage autrement qu'à plat. La production dtun laitier visqueux facilite aussi la mattrise de la mare du métal fondu. On attribue des bonnes propriétés de fusion à l'énergie relativement importante de l'arc (J/mm) obtenue à l'aide des électrodes à flux décapant enrobé. Le fil peut parvenir à la région choisie sous la commande d'un dispositif d'avance monté en circuit avec une alimentation convenant aux procédés semi-automatiques classiques de soudage à l'arc. L'alimentation peut avoir une caractéristique plate ou décroissante. D'autres caractéristiques et avantages de lrinven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - les figures 1A et 1B représentent les courbes caractéristiques tension-courant ; et - la figure 2 est un schéma illustrant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure lA représente une caractéristique à tension décroissante. On note que la pente (courbe tension-cou ranz) de la courbe caractéristique diminue (tombe QU chute) de façon continue lorsque l'intensité du courant augmente. Lorsqu'on doit utiliser le dispositif d'avance de fil avec ce type d'alimentation, on les monte en sé~ie. Une réduction de la tension provoquée par le déplacement de l'électrode qui se rapproche de la pièce provoque une réduction de la vitesse d'avance du fil dans le chalumeau utilisé par le soudeur. En conséquence, le débit de dépit de métal de la soudure est réduit. De manière analogue, lorsque le soudeur éloigne le bout de l'électrode de la pièce soudée, la tension augmente et le débit d'avance du fil au chalumeau de soudage augmente de façon correspondante. De cette manière, les variations de tension sont compensées en partie au moins par réglage automatique de la vitesse d'avance du fil dans la région de la soudure. On peut utiliser avantageusement un système classique, le fil avançant à vitesse constante à partir d'un dispositif d'avance de fil commandé indépendamment. Dans ce cas, une alimentation transmettant un courant continu et ayant une caractéristique courant-tension relativement plate peut entre utilisée comme indiqué sur la figure 1B. Ce système est bien connu pour le soudage semi-automatique métal-gaz inerte, et en conséquence, on nten décrit pas le principe. On utilise une chambre fixe pour la création de l'atmosphère gazeuse. La chambre peut entre formée totalement ou en partie d'une matière transparente et peut avoir une forme correspondant à celle de la structure soudée. La partie supérieure de. la chambre est fixée de façon étanche à la structure à souder. La base de la chambre de soudage reste de préférence ouverte afin que le soudeur puisse introduire le chalumeau à l'intérieur de la chambre par l'interfacegaz-eau en observant la soudure par des parois transparentes. La création d'une atmosphère gazeuse sèche dans la chambre est assurée par introduction d'un gaz inerte sous pression dans la chambre avec déplacement de liteau qui se trouve initialement dans celle-ci. De préférence, la chambre de soudage comporte un dispositif d'extraction des fumées dégagées au cours du soudage par le fil à flux enrobé. De cette manière, les fumées ne s'accumulent pas et ntempechent pas la visibilité du soudeur.Le dispositif d'extraction des fumées peut comprendre un conduit dont une extrémité communique avec l'intérieur de la chambre (lorsque celle-ci a une base ouverte) et dont l'autre extrémité se trouve à un niveau suffisamment au-dessus et à l'extérieur de la chambre pour que la différence entre la pression à l'extrémité haute et la pression à l'extrémité basse provoquent une aspiration suffisante pour que les fumées dégagées par le fil circulent dans le conduit et s'échappent de la chambre. Le dispositif d'extraction de fumées est décrit en détail dans la demande de brevet britannique n0 47 499/75 déposée par la Demanderesse. Le cas échéant, le tronçon de conduit placé dans la chambre peut entre de type souple et peut avoir une embouchure élargie qui peut être fixée à la structure à souder, par exemple par un aimant. De cette manière, l'embouchure peut entre placée près de l'endroit dont proviennent les fumées si bien que celles-ci sont aspirées avant d'avoir rempli la chambre. Ce dispositif est décrit en détail dans la demande de brever britannique n0 16 205/76 déposée par la Demanderesse. Dans une variante de dispositif d'extraction de fumées, un ventilateur retire le gaz chargé de fumées contenu dans la chambre, le fait circuler dans un filtre et le renvoie à la chambre. Ce dispositif d'extraction est décrit en détail dans la demande de brevet britannique n0 28 421/76 déposée par la Demanderesse. La chambre de soudage est de préférence suffisamment grande pour qu'un plongeur-soudeur puisse y travailler. Dans ce cas, il ntest pas nécessaire que les parois soient en matière transparente, bien qu'elles puissent être en partie transparentes. Une alimentation convenable, utilisée pour la mise en oeuvre du procédé selon 11 invention, est vendue par Boc Limited sous la référence MNR 400. Un dispositif convenable d'avance de fil est aussi vendu par la même société sous la marque "Lynx Universal". Un fil de soudage à ame enrobée particulièrement avantageux lors de la mise en oeuvre du procédé de l'i?1ven- tion est vendu sous la marque 'IInnershield". Cette électrode présente l'avantage de convenir aux soudage à l'arc en posi tion décalée (c'est-à-dire avec divesinclinaions). Les électrodes présentent aussi lravantage de dégager une quantité de chaleur inhabituellement élevée. Cette caractéristique permet lsélimination d'une partie au moins de l'effet de trempe sur le métal fondu de la soudure, aux faibles températures ambiantes associées au soudage sous l'eau, et des débits élevés de chaleur des tronçons métalliques relativement épais qui sont souvent utilisés dans les constructions réalisées en mer. On attribue les propriétés de dégagement de chaleur des électrodes "Innershield" au fait qu'elles comportent au moins un désoxydant fort. L'expression l'désodydant fort" désigne un métal dont la réaction avec l'oxygène est bien plus exothermique que celle du fer. Le manganèse et le silicium, bien qu'ils soient très utilisés dans les électrodes de soudage comme désoxydants, ne sont pas considérés comme désoxydants forts". Par contre, les métaux suivants le sont : magnésium, aluminium, zirconium, baryum et lithium. Les métaux tels que le calcium conviennent en théorie comme "désoxydants forts" mais ils ont tendance à réagir si facilement et si violemment avec ltoxy- gène de l'humidité que leur stockage, leur manipulation et la fabrication d'une électrode les comprenant sont difficiles et rendent l'utilisation de ces "désoxydants forts" dangereuse et/ou incommode. Dans le cas de certains métaux tels que le calcium, on a soutenu qu'une partie des inconvénients précités pouvait entre réduite par formation d'un alliage du métal avec le fer par exemple. Les désoxydants forts les plus avantageux sont l'aluminium et le magnésium. Les électrodes "Innershield1' contiennent aussi du fluorure de calcium, du fluorure de baryum (provoquant l'apparition d'un laitier visqueux), un composé du lithium et de ltoxyde de fer. On pense que d'autres électrodes à flux décapant enrobé, contenant des désoxydants métalliques forts conviennent particulièrement bien à la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Il est aussi souhaitable que l'électrode contienne des sels stabilisateurs de l'arc, par exemple des sels alcalins et des éléments des terres rares. Les électrodes utilisées au cours du procédé selon l'invention peuvent aussi contenir des composés minéraux décapants ou formateurs de laitier dans 14âme. En outre, elles peuvent contenir des métaux d'alliage en poudre tels que le nickel. La figure 2 représente schématiquement un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, comprenant une alimentation continue 2 montée en série avec le moteur 4 d'un ensemble submersible 6 d'avance de fil. Cet ensemble comprend aussi un élément 8 de traction et une bobine 10 de fil, ces éléments et le moteur étant logés dans un carter étanche 12. Le moteur 4 est relié à l'alimentation 2 par un fil 14 qui passe dans un tube ombilical 16. Celuici contient aussi un conduit 18 de gaz protecteur relié à une réserve 20 de ce gaz, et un conduit 22 relié à une source 23 d'un gaz qui est destiné à créer une atmosphère locale sèche sous l'eau. L'atmosphère n'est pas véritablement sèche car elle contient inévitablement une certaine quantité de vapeur d'eau.Un prolongement du tube ombilical 16, partant de l'ensemble 6, transmet le conduit 18 de gaz et le fil de soudage nécessaire au soudage en position décalée a un chalumeau 24 qui est placé dans une chambre 40 de soudage dont une paroi 42 est transparente. La paroi supérieure de la chambre comprend un joint profilé souple 30 fixé au bord et la partie inférieure de la chambre est ouverte vers la mer. Le conduit 22 est disposé entre le carter 12 et la paroi supérieure de la chambre 40. Lors du fonctionnement, la chambre 40 est maintenue contre une pièce 32 soit étant donné sa forme qui peut entre annulaire, soit par des dispositifs deemaintien tels que des aimants, et la pièce est directement reliée à ltalimentation-2. L'ensemble 6 d'avance du fil est placé sous l'eau aussi près que possible de la région dans laquelle le métal de soudage doit titre déposé. L'alimentation 2 elle-méme avec la source de gaz protecteur et un ensemble de commande non représenté destiné au réglage des paramètres de soudage et des débits de gaz, sont placés au-dessus de la surface de l'eau. L'alimentation 2 et l'ensemble 6 d'avance de fil sont alors alimentés et les gaz des réserves 20Cet 23 commencent à circuler lorsque le plongeur-soudeur est pretW Le gaz provenant de la réserve 23 et pénétrant dans la chambre 40 chasse l'eau de mer de l'intérieur de cette chambre par la partie inférieure. Le plongeur-soudeur introduit son chalumeau dans l'atmosphère gazeuse ou "sèche" locale ainsi délimitée. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage à l'arc sous l'eau, caractérisé en ce qu'il comprend la transmission--d'un gaz dans une chambre fixe de soudage, placée sous l'eau, afin qu'une atmosphère gazeuse soit formée autour de la région dans laquelle doit entre déposé le métal de la soudure, et l'avance d'un fil consommable continu de soudage à ltarc dans la région dans laquelle le métal de soudage doit entre déposé, le fil comprenant une gaine tubulaire qui contient une ame comprenant elle-mme une poudre métallique. 2. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la poudre métallique comprend au moins un élément choisi dans le groupe qui comporte le fer et au moins un désoxydant fort. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il contient, sous forme d'un désoxydant fort, un élément choisi-dans le groupe qui comprend l'aluminium et le magnésium. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'Ame contient au moins un fluorure choisi dans le groupe qui comprend les fluorures de calcium et de baryum. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'amie contient au moins un sel choisi dans le groupe qui comprend les sels alcalins et les sels des éléments des terres rares. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l' me contient un composé du li lithium. 7. Procédé selon lune quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'Ame contient de la poudre d'un élément d'alliage. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la poudre d'alliage est en nickel. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de soudage a une base ouverte. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre est suffisamment grande pour qu'un plongeur soudeur puisse travailler à l'intérieur. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fumées formées par le fil de soudage sont retirées de la chambre de soudage par extraction ou d'une autre manière. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil avance vers l'arc sous la commande d'un dispositif d'avance monté en série avec une alimentation ayant une caractéristique tension-courant qui décrit, 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le fil de soudage avance dans l'arc à vitesse constante sous la commande du dispositif d'avance, le courant de soudage étant transmis par une alimentation ayant une caractéristique tension-courant qui est plate.