Brevet FR2359676A1 — publié le 19780224

L'invention concerne un procédé de soudage à 11 arc sousmarin. Dans les procédés de soudage à l'arc en atmosphère inerte avec électrode fusible et en atmosphère active avec électrode fusible, utilisant généralement un fil plein comme électrode de soudage, et dans les procédés de soudage à l'arc avec électrode de soudage constituée d'un fil à ame de flux, un courant électrique est appliqué par une source d'alimentation à l'élec- trode continue et consommable. Ce fil-électrode est avancé à une vitesse constante vers une torche de soudage par un dispositif d'alimentation. Un arc est amorce entre l'extrémité de l'électrode et la pièce à souder. l'eztrémité de l'électrode entre en fusion et le métal liquide ainsi obtenu est appliqué sur la pièce où il se solidifie pour former une soudure.Normalement, dans le cas d'un fSl-électrode plein, lemétal en fusion est transféré sous la forme d'une pulvérisation ("fusion en plu > " nll "fusion divisée"), bien qu'il soit parfois possible d'immerger l'extrémité de l'électrode dans un bain de métal en fusion se formant sur la pièce de manière que le métal provenant de l'extrémité de l'électrode plonge directement dans le bain ("élec- tode trempée"). Dans le cas d'un fil-électrode à me de flux 9 le transfert de métal est qualifié de globulaire. le gaz inerte ou le gaz actif est refoulé vers la torche et sort de cette dernière en formant un rideau qui entoure le fil-électrode à sa eortie de la torche. Pour qu'un soudeur puisse effectuer un travail satisfaisant, il est souhaitable qu'il opère dans des conditions stables de soudage. La tension de l'arc dépendant de la longueur de ce dernier, l'extrémité de l'électrode de soudage doit etre maire tenue àune distance constante de la pièce pendant le soudage. Le soudeur souhaite pouvoir régler la tension de la source et la vitesse d'alimentation du fil afin d'obtenir les conditions souhaitées de soudage en ce qui concerne la tension de l'arc. La source d'alimentation en énergie électrique est conçue de manière qu'une petite diminution de la tension de l'arc entraîne un fort accroissement de courant de soudage, et qu'une petite augmentation de la tension d'arc provoque une forte diminution du courant de soudage.En général, une source d'alimentation en énergie électrique, dont la pente tension d'arc/courant qe soudage est dans la plage comprise entre - 0,25 et - 4 V pour 100 A, convient. Il est également parfois avantageux d'utiliser un courant pulsé plutot qu'un courant continu filtré. Ceci permet d'effectuer un transfert contrôlé du métal de l'électrode au bain de soudure. Un tel courant pulsé peut etre fourni par une source d'alimentation du type décrit ci-dessus. Lorsque le soudeur approche sa torche de la pièce, la longueur de l'arc diminue de même, par conséquent, que sa tension. La nouvelle valeur prise par le courant de soudage dépend de la caractéristique tension d'arc/courant de soudage de la source d'alimentation. lorsque cette dernière présente une caractéristique telle que celle indiquée ci-dessus, le courant de soudage subit une forte augmentation. Il en résulte un accroissement important de la chaleur dégagée à l'extrémité de l'électrode et , par conséquent, une augmentation importante de la vitesse de consommation du fil. Cette vitesse peut devenir supérieure à celle à laquelle le fil est avancé vers la torche de soudage. La longueur de l'arc augmente donc et le courant d'arc et la vitesse de consommation de l'électrode diminuent jusqu'à ce que la longueur de l'arc redevienne stable, auquel cas la vitesse de consommation du fil-électrode devient égale à la vitesse à laquelle ce fil est avancé vers la torche.De même, lorsque le soudeur éloigne la torche de la pièce, la longueur de l'arc et, par conséquent, sa tension augmentent. Il en résulte une forte diminution du courant de soudage et de la vitesse à laquelle l'électrode est consommée, de sorte que la longueur de l'arc reprend rapidement sa valeur stable pour laquelle la vitesse de consommation du fil-électrode est égale à la vitesse à laquelle ce fil est avancé vers la torche. Par conséquent, les procédés de soudage à l'arc en atmosphère inerte et en atmosphère active, avec électrode consommable, présentent une compensation automatique de la longueur de l'arc. Il est apparu que dans le cas du soudage à l'arc en atmosphère gazeuse (avantageusement obtenue par refoulement de l'eau d'une chambre avec un gaz), effectué par grande profondeur dans l'eau, la compensation automatique indiquée ci-dessus perd de son efficacité et lorsque la profondeur augmente, par exemple à 22 mètres, cette compensation disparait. L'instabilité des paramètres de soudage qui en résulte rend très difficile le soudage à l'arc en atmosphère inerte ou active, avec électrode consommable à âme de flux.On pense que la disparition de la caractéristique de compensation automatique résulte des effets combinés de la perte de tension se produisant dans les câbles d'alimentation reliant une source placée au-dessus du niveau de l'eau au lieu de soudage sous-marin, et de la nécessité d'utiliser des tensions d'arc relativement élevées lorsque le soudage s'effectue sous une pression supérieure à celle de l'atmosphère, comme c'est le cas sous- l'eau. L'élimination de la compensation automatique entraîne une augmentation de l'angle de la pente de la caractéristique tension d1arc/courant de soudage, c'est à dire que pour une petite diminution donnée de la tension d'arc, l'augmentation du courant de soudage est moins sensible qu'à l'air libre.Par conséquent, le temps de réponse du procédé à une variation de la longueur de l'arc augmente et, dans certains cas, il est possible que le procédé ne présente aucune réponse. L'invention concerne un procédé de soudage à l'arc sousmarin; en atmosphère inerte ou gazeuse, avec électrode consommable ou à ame de flux, consistant à alimenter la torche de soudage, placéesous l'eau, en courant et tension électriques, à à mesurer la tension à l'arc ou à proximité de l'arc, ou bien la différence entre ladite tension et une tension choisie de référence, et à réguler la tension de sortie de la source d'alimentation afin de maintenir la tension d'arc à sa valeur ou à une valeur proche d'une valeur choisie, ou bien de maintenir la tension d'arc à la valeur choisie au à une valeur proche de celle-ci. La tension à mesurer est avantageusement prise sur le dispositif d'alimentation en fil-électrode qui est généralement relié à la torche de soudage par seulement un tronçon relativement. court de cabales électroconducteurs. Cette tension est avantageusement transmise à un dispositif de régulation de tension connecté à la source d'alimentation ou faisant partie de celle-ci qui est normalement placée à l'air libre, par exemple sur un navire. La tension est avantageusement mesurée automatiquement par comparaison avec une tension choisie. Un circuit électrique effectuant une soustraction entre les deux tensions peut etre utilisé à cet effet. La tension différentielle ainsi obtenue peut constituer un signal de commande qui règle la tension de sortie de la source d'alimentation. le circuit électrique de comparaison de la tension de l'arc, ou d'une tension proche de l'arc, avec une tension de référence, et dramplification de la différence entre ces deux tensions doit avantageusement avoir une réponse moins rapide que celle du procédé de soudage aux variations de la longueur de l'arc. En général, un dispositif de régulation de tension ayant une constante de temps de l'ordre de 0,5 seconde convient. Pour le soudage s'effectuant à une profondeur de 75 à u- dessous du niveau de la mer 90 mètres, l'ensemble formé par la source d'alimentation en énergie et le régulateur de tension doit avoir une tension maximale de sortie de 50 V et un courant maximal de sortie de 400 A. Lorsqu'vil est souhaité dteffectuer des soudages au-dessous de 90 mètres, il peut être nécessaire d'augmenter la tension maximale et le courant maximal de sortie. Généralement, au cours des opérations de soudage à l'arc s'effectuant à des profondeurs atteignant 75 à 90 mètres, la tension de l'arc doit être comprise entre 15 et 40 V L'ensemble formé par la source d'alimentation et le régulateur de tension peut avantageusement présente au niveau de l'arc, une caractéristique tension/courant dont la pente est comprise entre - 0,5 V/100 A et - 2 V/100 A. La pente est de préfé- rence comprise entre -0,5 V/100 A et - 1 V/100 A. Il est souhaitable que la source d'alimentation en énergie soit stabilisée de manière à pouvoir être connectée à un générateur non stabilisé. L'invention repose sur la constatation qu til est nécessaire de régler la tension de sortie de la source d'alimentation pour compenser la chute de tension se produisant dans les câbles sotas- marins et la pression, supérieure à celle de l'atmosphère, régnant autour de l'arc, plutôt que dans le dispositif de compensation. l'invention s'applique à tous les métaux de soudure déposés par le procédé décrit. l'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limItatif sur lesquels - la figure 1 est un schéma d'un équipement convenant à la mise ers oeuvre du procédé selon l'invention ; et - la figure 2 est un schéma d'un circuit convenable de régulation de tension destiné à l'équipement représenté sur la figure 1. La figure 1 représente une source 1 d'alimentation en courant continu, associée à un régulateur de tension qui est placé au-dessus du niveau de la mer. Une gaine 2 destinée au passage des différents circuits d'alimentation et pouvant être appelée "tube ombilical", assure l'alimentation en énergie électrique et en gaz de protection un dispositif submersible 6 dtavarlce d'un fil-électrode, immergé à quelques mètres de la pièce à souder.Un autre tube ombilical 4 assure le passage du câble d'alimentation en énergie électrique, du fil-électrode et du gaz de protection vers une torche de soudage sous gaz inerte et avec électrode co- sommable. Un tube ombilical 10 assure le passage d'un câble de retour de courant reliant la pièce 12 à souder au dispositif d'avance du fil-électrode. le courant de retour passe ensuite de ce dispositif d'avance au régulateur de tension placé à l'air libre à l'aide d'un câble conducteur du-courant électrique et passant dans un tube ombilical 14. lorsqu'il est souhaité d'effectuer une soudure à, par exemple, environ trente mètres au-dessous de la surface de l'eau, les câbles reliant le dispositif d'avance du fil-électrode au régulateur de tension ont généralement une longueur d'au moins 60 mètres. le retour de la tension au régulateur s'effectue par prise de ladite tension sur le dispositif d'avance du fil-électrode et conduction de cette tension au régulateur par des câbles 16. La figure 2 représente un circuit de régulation de tension. La tension d'arc, renvoyée du dispositif d'avance du fil-électrode représenté en 22 sur cette figure, est appliquée à un comparateur 20 qui reçoit également, d'un élément 21, un signal de référence variable pouvant être préréglé à une valeur choisie à l'aide d'un potentiomètre. le comparateur soustrait la tension d'arc de la tension de référence et applique la différence, qui se présente sous la forme d'un signal de tension, à un amplificateur 25 qui l'amplifie. La différence de tension ainsi amplifiée est ensuite introduite dans le circuit de commande 28 à courant continu d'un amplificateur magnétique 24 qui, avec un redresseur 26 et une série de transistors 27 ou autres composants (par exemple des thyristors), forme une source d'alimentation en énergie.L'amplitude de la tension de sortie de la source d'alimentation dépend de la tension appliquée au circuit de commande à courant continu. En cours de fonctionnement, le signal de référence est réglé à la tension d'arc souhaitéeou à une tension légèrement supérieure. La source d'alimentation peut ensuite être réglée de manière à pro duire une tension de sortie qui convient au soudage sur terre. En rais on de la chute de tension se produisant dans les câbles qui relient le régulateur au dispositif sous-marin d'avance du fil-électrode, la tension réelle de l'arc est très inférieure à celle souhaitée. Ceci est détecté par le comparateur-qui transmet donc un signal relativement fort à l'amplificateur de différence et, par conséquent, la tension produite à l'air libre est considérablement augmentée. la source d'alimentation en énergie présente avantageusement une caractéristique comprise entre - 0,5 et - 2 V/100 A. lorsque l'appareil représenté sur la figure 1 fonctionne, le fil de soudage est rendu négatif et la pièce est rendue positive. le procédé selon l'invention est conçu pour compenser les variations de la résistance des câbles se produisant, par exemple, lorsqu'ils sont immergés dans l'eau, et il permet également de supprimer les conditions instables de soudage pouvant apparaître lorsqu'une source d'alimentation normalisée, du type à "acrois-' sement", est utilisée pour éliminer les effets auxquels la tension d'arc et d'autres paramètres du soudage sont soumis lors d'un travail sous-marin à grande profondeur. Il est évident que le procédé selon l'invention permet généralement, voire des paramètres stables de soudage. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de soudage sous-marin à l'arc sous atmosphère gazeuse et avec électrode consommable ou à âme de flux, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter la torche de soudage immergée en énergie électrique, à mesurer la tension à l'arc ou à proximité de l'arc, ou bien la différence entre cette tension et une tension choisie de référence, et à réguler la tension de sortie de la source d'alimentation afin de régler ou de maintenir la tension d'arc à une valeur choisie proche de cette valeur. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension d'arc à mesurer est prise sur un dispositif destiné à faire avancer le fil-électrode vers la torche de soudage. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce go'un régulateur de tension d'arc est relié à une source d'alimentation en énergie ou fait partie de cette source qui est utilisée pour assurer l'alimentation en énergie électrique. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tension d'arc est mesurée automatiquement par comparaison avec une tension choisie, la différence entre les deux tensions étant utilisée comme signal de commande pour réguler la tension de sortie de la source d'alimentation. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qutil consiste à mettre en oeuvre un circuit électrique qui compare la tension de l'arc ou une tension prise à proximité de cet arc, avec une tension de référence, et qui amplifie la différence entre ces deux tensions, ce circuit électrique ayant une réponse moins rapide que celle de l'opération de soudage aux variations de la longueur de l'arc. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le temps de réponse du circuit électrique est d'une demi-seconde. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le régulateur de tension et la source d'alimentation en énergie électrique produisent une tension maximale de 50 Vt 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source d'alimentation en énergie électrique et le régulateur de tension peuvent ensemble alimenter l'arc en énergie avec une caractéristique tension/cou- rant ayant une pente comprise entre - 0,5 V/100 À et - 2 V/100 A. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pente est comprise entre - 0,5 V/100 A et - 1 V/lwvO A.