Brevet FR2363399A1 — publié le 19780331

L'invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces métalliques de grande dimension suivant deux faces planes verticales disposées l'une en face de l'autre et séparées par un interstice. Dans le cas de l'assemblage de pièces de grande dimension, la refusion sous laitier électroconducteur, à itintérieur d'une cavité ménagée entre les pièces å joindre et remplie de laitier, d'électrodes en forme de plaques pénétrant dans cette cavité est une technique préférable aux procédés de soudage classique. Dans le cas de pièces de très grande dimension c'est m#me la seule technique utilisable pour l'obtention d'un joint d'assemblage résistant et homogène. Iwans les procédés connus, la ou les plaques constituant une des électrodes sont réunies à l'une des bornes d'un générateur de courant alternatif, par exemple le secondaire d'un transformateur, l'autre borne de cette source de courant alternatif étant reliée aux pinces à assembler en contact électrique avec le métal refondu qui se dépose entre ces deux pièces à joindre. Te passage du courant se fait donc à travers le laitier dans lequel plongent la ou les plaques constituant l'électrode et le létal refondu. Le passage de courant dans le laitier dlectrocon- ducteur produit par effet Joule un échauffement de ce laitier provoquant la fusion de la partie en contact avec le laitier des pièces à joindre et de #'extrémité de l'électrode plongeant dans le laitier et le dépôt par gravité de gouttelettes de métal après traversée de la couche de liquide. Dans ce type de montage, lors de l'assemblage de pièces de grande largeur nécessitant des électrodes elles-m#mes de grande largeur, l'inductance du circuit d'alimentation de l'électrode est très importante, ce qui entraine une conduite de 1' opération plus délicate des pertes elles-9ldmes importantes et un abaissement du rendement de l'opération. Pour pallier cet inconvénient, on a déjà proposé un type de montage électrique différent otz les électrodes disposées suivant la largeur des pièces à joindre sont séparées en deux groupes, les électrodes du premier groupe étant réunies à l'une des bornes du générateur de courant alternatif, antre groupe étant réuni à l'autre borne et le métal déposé constituant le fond de la cavité dans laquelle se trouve le laitier étant porté à un pbtentiel intermédiaire entre celui des deux bornes du générateur.Dans ce type de montage, on utilise à la fois des électrodes massives fixes et des électrodes de plus faibles section mobiles verticalement afin d'assurer la montée du laitier sous l'effet du dépôt de métal au fond de la cavité à une vitesse correspondant à la vitesse de fu- sion des électrodes massives. Dans ce type de montage cependant, le fait d'avoir des électrodes fixes et des électrodes mobiles conduit à une opération où le réglage du mouvement d'avance des électrodes mobiles dans le bain de laitier est délicat. On connaît également un procédé où une ou plusieurs électrodes massives occupant la largeur de l'interstice entre les pib- Ces à joindre sont reliées à l'une des bornes d'un générateur de courant alternatif dont l'autre borne est reliée aux pièces à Joindre et où l'ensemble des électrodes ou l'électrode unique massive sont rendues mobiles par rapport aux pièces à Joindre, ce qui rend plus facile le réglage du mouvement de ces électrodes. Cependant, dans un tel procédé, d'une part les pertes lec- trique s sont importantes et d'autre part la pénétration de la refu- sion dans la pièce à joindre est irrégulière. Cette irrégularité est d'autant plus accusée que la largeur des pièces à joindre est plus grande. On a proposé dans ce cas d'améliorer la régularité de la pénétration de la refusion dans les pièces à joindre en découpant la ou les plaques électrodes par des saignées sur toute leur épais- seur et en accroissant l'épaisseur des éléments limités par ces saignées se trouvant au milieu des pièces à Joindre par rapport aux autres éléments situés latéralement. Cette structure des électrodes permet une meilleure ré#- larité de la pénétration de la refusion à l'intérieur des pièces b assembler mais rependant le rendement de l'opération reste faible, l'inductance du circuit d'alimentation de l'électrode étant forte. Lorsqu'on parle de zone de pénétration de la refusion dans les pièces à Joindre, il s'agit de la zone de ces pièces ayant parti- cipé à la fusion sous l'effet de la chaleur dégagée dans le laitier, la composition du matériau constituant ces zones fondues puis soli bifides étant altérée par effet d'alliage avec le métal constituant l'électrode dans le cas od cette électrode n'a pas la m4me composi- tion que les pièces à joindre. le but de l'invention est donc de proposer un procédé d'assemblage de deux pièces métalliques de grande dimension suivant deux faces planes verticales disposées l'une en face de l'autre et ssépa- rées par un interstice, par refusion sous laitier électroconducteur, à l'intérieur d'une cavité limitée par les faces à joindre, deux plaques verticales de fermeture et un fond horizontal sur lequel se dépose le métal refondu, de deux électrodes en forme de plaques disposées l'une à la suite de 11 autre dans le sens de la largeur des pièces, pénétrast par le haut dans le laitier remplissant la cavité et se déplaçant verticalement et vers le bas à mesure que la refusion se déroule sous 11 effet d'un courant électrique passant entre les électrodes ~t le métal refondu à travers le laitier, ce procédé d'assemblage ayant un très bon rendement en ce qui concerne l'éner- gie électrique consommée par élimination d'une grande partie des pertes dans le circuit des électrodes et produisant une zone de soudage où la pénétration de la refusion dans le métal de base est ré gulière, cette pénétration étant pratiquement identique sur toute la largeur des pièces à joindre, ce qui évite la formation de trous au niveau de la zone de jonction des deux pièces. Dans ce but, on relie chacune des électrodes à une borne d'une source de courant alternatif, on porte les pièces à joindre et le métal déposé à un potentiel intermédiaire entre ceux des deux électrodes et on utilise des électrodes présentant des saignées sur toute leur épaisseur dans la direction perpendiculaire aux faces à joindre, l'un au moins des éléments limités sur chacune des électrodes par ces saignées disposé dans la partie centrale de l'interstice dans le sens de la largeur des pièces, ayant une épaisseur supérieure à celle des autres éléments. On va maintenant décrire en se référant aux figures Moins tes en annexe un mode de réalisation du procédé suivant 1'invention, à titre nullement limitatif. la figure 1 représente en coupe verticale au niveau de l'interstice entre les pièces, une installation pour l'assemblage de pièces massives. La figure 2 est une coupe suivant Â-Â de la figure 1 montrant la disposition horizontale des pièces. la figure 3 est une vue en coupe de la zone de soudage obtenue à la jonction de deux pièces de grande dimension assemblées à l'aide d'un procédé à électrode massive exempte de saignées et de renfort en section. La figure 4 représente la zone de soudage de deux pièces de grande dimension assemblées par le procédé suivant l'invention. En se reportant aux figures 1 et 2, on voit les deux pièces à assembler I et 2 dont les faces à assembler 19 et 20 verticales sont disposées l'une en face de l'autre en ménageant entre elles un interstice. les faces verticales de cet interstice le long des faces latérales des pièces à assembler sont fermées par des plaques de fermeture 5 et 6 portant de façon étanche sur les faces latérales des pièces à assembler. les deux pièces 1 et 2 reposent dlautre part sur une plaque de base commune fermant vers le bas l'interstice entre ces deux pièces, cette plaque de base étant en matériau con docteur. les plaques de fermeture de l'interstice sont refroidies et constituent avec les pièces à joindre les parois limitant une cavité à l'intérieur de laquelle on verse le laitier en début d'oopération. On plonge alors dans le laitier deux électrodes 3 et 4 mobiles verticalement et réunies aux bornes d'une source de courant alternatif 15, par exemple le secondaire d'un transformateur. Le point milieu de ce transformateur est réuni à la plaque de base sur laquelle viendra se déposer le métal refondu en début d'opération. les pièces peuvent également etre disposées de façon jointive pour éviter le passage du laitier sur une plaque non conductrice, le point milieu de l'enroulement secondaire du transformateur d alimentation 15 étant réuni aux pièces à joindre. De cette manière, lorsqu'on alimente la source de courant alternatif 15 après avoir plongé les électrodes 3 et 4 dans le laitier, un courant de grande intensité traverse le laitier électrocon ducteur entre ces électrodes 3 et 4 et la plaque de base,puis en cours d'opération le métal déposé sur cette plaque,ou entre ces électrodes et les pièces à joindre. l'échauffement du laitier sous l'effet du passage du courant produit la fusion des extrémités des électrodes 3 et 4 et des pièces à joindre au voisinage des faces verti- cales 19 et 20 suivant lesquelles se fait l'assemblage de ces pièces. le métal refondu provenant des électrodes se dépose sur la plaque puis sur la couche de métal déji déposé et refroidi au fur et à mesure que progresse la refusion. La section horizontale des électrodes étant inférieure à la section horizontale de la cavité à l'intérieur de laquelle on dépose le métal refondu, il est nécessaire de descendre les électrodes à une vitesse régulière et qu'on peut déterminer à l'avance, à l'intérieur de la cavité au cours de la refusion, le niveau du laitier montant moins vite dans la cavité que ne progresse l'usure des électrodes 3 et 4 par fusion. On voit que les électrodes 3 et 4 comportent deux saignées sur toute leur épaisseur dans le sens perpendiculaire aux faces 19 et 20 des pièces 1 et 2 et que les éléments 10 et 11 d'une part et 7 et 8 d'autre part ont une épaisseur dans le sens perpendiculaire aux faces à joindre inférieure à l'épaisseur des éléments 9 et 12 dispos#s à la partie cehtrale dans le sens de la largeur des pièces à Joindre. Cette disposition dans le cas de pièces de grande largeur permet de compenser l'effet néfaste de l'irrégularité de la progression de la refusion au voisinage des faces verticales des pièces à joindre ce qui permet d'éviter les défauts inhérents au type de zone de soudage représentée à la figure 3 qui représente deux pib- ces assemblées par un procédé avec électrode massive, la pénétration dans le métal de base étant presque nulle au milieu du joint soudé et au contraire très importante aux extrémités. Dans ce cas on peut avoir la formation de trous au niveau du joint soudé ce qui est tout-à-fait désastreux pour la tenue mécanique de ce joint. Au contraire, le procédé suivant l'invention permet d'ob- tenir une pénétration régulière sur toute la largeur du joint soudé comme il est représenté à la figure 4 avec pour conséquence une très bonne tenue mécanique du joint et une très grande homogénéité du métal au niveau du joint soudé. De plus, le dispositif suivant l'invention permet d'effectuer des assemblages par refusion sous laitier d'électrodes sous forme de plaques pour les pièces de grande largeur sans pour autant avoir des pertes électriques impdrtantes dans le circuit d'alimentation de ces électrodes. Enfin, le dispositif suivant I1 invention permet une régu- lation de la vitesse de montée du bain liquide, le montage des deux électrodes étant entièrement symétrique et l'ensemble des électro- des étant mobile. Mais l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui rient d'être décrit, elle en comprend au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'au lieu d'électrodes comportant deux saignées limitant sur chacune des électrodes trois éléments d'épaisseur variable, un de ces éléments ayant une épaisseur supérieure à l'épaisseur des deux autres éléments, on peut imaginer suivant la largeur des pièces à assembler et les irrégularités du profil de pénétration à corriger des formes d'électrodes possédant un plus grand nombre de saignées et des éléments d'épaisseur variable sui vant la largeur des pièces i-assembler différents te ceux qui viennent d'strie décrits. L'invention 8 'applique particulièrement bien à l'assemblage de très grosses pièces, en particulier les ébauches pour la fabrication d'arbres-et de rotors de turbine. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'assemblage de deux pièces métalliques de grande dimension suivant deux faces planes verticales disposées l'u- ne en face de l'autre et séparées par un interstice, par refusion sous laitier électroconducteur, à l'intérieur d'une cavité limitée par les faces à joindre, deux plaques verticales de fermeture et un fond horizontal sur lequel se dépose le métal refondu en début d'opération, de deux électrodes en forme de plaques disposées latéralement l'une à la suite de l'autre suivant la largeur des pièces à assembler, pénétrant dans le laitier remplissant la cavité et se dépla çant verticalement et vers le bas en restant parallèle aux faces à joindre, à mesure que la refusion se déroule sous l'effet d'un courant électrique passant entre les électrodes et le métal refondu, à travers le laitier, caractérisé par le fait qu'on relie chacune des électrodes à une borne d'une source de courant alternatif, qu'on porte les pièces à joindre et le métal déposé à un potentiel inter médiaire entre ceux des deux électrodes et qu'on utilise des électrodes présentant des saignées sur toute leur épaisseur dans la direction perpendiculaire aux faces à joindre, l'un au moins des élé mentis limités sur chacune des électrodes par ces saignées#disposé dans la partie centrale de l'interstice dans le sens de la largeur des pièces ayant 1me épaisseur supérieure à celle des autres élé ments. 2.- Procédé d'assemblage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des deux électrodes présente deux saignées limitant trois éléments et que l'élément disposé en cours de refusion le plus proche de la partie centrale des pièces à assembler dans le sens de la largeur, sur chacune des électrodes, est d'épaisseur supérieure à l'épaisseur des deux autres éléments dans la direction perpendiculaire aux faces à joindre.