Brevet FR2388627A1 — publié le 19781124

La# présente invention concerne le soudage à l'arc et a plus précisément pour objet un procédé de soudage à l'arc en passes multiples à l'aide d'une électrode consommable. L'invention peut autre utilisée pour l'exécution de charpentes soudées en tôles d'acierortes et en métaux non ferreux. L'un des problèmes importants qu'on doit résoudre lors de la fabrication des charpentes soudées en tales d'acier fortes -et en métaux non ferreux consiste à diminuer la section des joints soudés et à réduire en mtme temps la quantité de métal enlevé au cours de la préparatio#n des bords pour le soudage et de métal déposé dans l'espace entre les bords au cours du soudage. On connatt un procédé de soudage des tôles fortes avec chanfrein en V. Selon ce procédé, les bords des plaques (esses, lames) à joindre par soudage sont usinés, par exemple, sur des machines d'usinage des métaux par enlèvement de copeaux suivant toute leur épaisseur et sous un anglet (jusqu'à 300) par rapport à la verticale abaissée sur la surface de la plaque. Ensuite on met bout à bout les plaques préparées de cette façon, sur un support approprié ou sur un casier, en orientant leurs bords chanfreinés l'un en face de l'autre de manière à ce qu'ils forment un chanfrein en V pour le soudage, avec un angle total qui est égal à i +ce = 2 . Dans l'espace formé de la manière dé- crite on introduit une électrode, en qualité de laquelle on utilise par exemple un fil metallique fusible. La tension fournie par une source d'alimentation est appliquée aux plaques à souder par l'intermédiaire du casier, et à ltélectrode consommable, par l'intermédiaire d'un dispositif d'amenée de courant à travers lequel passe l'électrode. On amorce l'arc de soudage, par exemple, en mettant en contact l'électrode avec les plaques à assembler, et on conduit le processus de soudage en déplaçant l'électrode le long du chanfrein formé de la manière décrite ci-dessus, en faisant fondre les bords des plaques à joindre et en déposant une couche de métal d'une hauteur pouvant aller jusqu'à 4 à 5 mm Dans le cas de plaques de forte épaisseur, le soudage se fait en plusieurs passes, en remplissant de plusieurs couches l'espace entre les bords suivant toute l'épaisseur des plaques. Après chaque passe on interrompt le processus de soudage, on soulève le dispositif d'amenée de courant jusqu'à une hauteur égale à la hauteur de la couche déposée afin que lors de l'application de la couche suivante la distance entre d'une part, 11 extrémité de l'électrode près de laquelle jaillit l'arc, et d'autre part l'endroit d'amenée du courant à l'électrode (cette distance est appelée "longueur libre de- l'électrode") reste constante lors de l'application de chaque couche. Le procédé qui vient d'entre décrit est commode pour l# En effet, la quantité de métal enlevé au cours de la préparation des bords pour le soudage, et de métal (Q) introduit dans l'espace entre les bords au cours du soudage, est proportionnelle au carré de l'épaisseur gaz du matériau à souder, étant déterminée par la relation Q 8 2 tgi dans laquelle S, désignant 11 épaisseur du métal, est élevée à la seconde puissance. On connait aussi un procédé de soudage de tales fortes dont les bords sont coupés en X. D'après ce procédé, les bords des plaques à souder sont usinés de chaque cOté, sur la moitié de leur épaisseur, sous un angle d allant jusqu'à 300 par rapport à la verticale abaissée sur la surface de la plaque. Ensuite les plaques ainsi préparées sont mises bout à bout sur un support approprié ou sur un casier, en étant orientées de manière que leurs bords usinés soient placés l'un en face de l'autre en formant un chanfrein en X pour le soudage, avec un angle total, de chaque coté de +oC = 2 . Le soudage s'accomplit alternativement de chaque cOté. Le processus de soudage de chaque cOté est absolument analogue à celui décrit pour le chanfrein en V.Mais dans ce cas, le volume de métal enlevé pendant la préparation des bords pour le soudage, et de métal déposé dans l'espace entre les bords au cours du soudage, est deux fois plus petit que dans le cas du chanfrein en V. Cependant, ltemploi de ce procédé de soudage n'est possible que dans le cas où les deux cOtés de la pièce à souder sont accessibles pour le soudage. On connait en outre un procédé de soudage de tôles fortes à bords coupés en V sous un angle allant jusqu'à 10-15 . Suivant ce procédé, les bords des plaques à assembler par soudage sont usinés suivant toute l'épaisseur des plaques sous un anglecA(jusqu'd 150) par rapport à la verticale abusée sur la surface de la plaque, et un arrondi de rayon allant jusqu'à 5 mm est d'ordinaire ménagé près de la racine du chanfrein. Ensuite, on met bout à bout les deux plaques ainsi préparées sur un support approprié ou sur un casier, en les orientant de manière que leurs bords chanfreinés soient placés l'un en face de l'autre en formant un chanfrein en tf avec un angle total cL+#= ck = 2 t allant jusqu'à 300 et avec un rayon de 5 mm près de la racine du chanfrein.Le processus de soudage des plaques préparées de cette façon est absolument identique à celui du soudage avec chanfrein en V. Dans ce cas, la quantité de métal enlevé au cours de la préparation des bords pour le soudage, et de métal introduit dans l'espace entre les bords au cours du soudage, est plus petite que dans les cas de soudage avec chanfrein en V et en X. Cependant, dans ce cas, le processus de préparation des bords pour le soudage est compliqué, étant donné leur forme plus compliquée, et le remplissage de l'espace entre les bords est plus difficile au cours du soudage, car l'accès de l'électrode à l'espace formé par le chanfrein est plus difficile. On connaît aussi un procédé de soudage réalisé dans un espace appelé "chanfrein droit", et dans lequel l'angle = 00. Dans ce procédé les bords des plaques à souder suivant toute épaisseur des plaques sous un angle de 900 par rapport à la surface de la plaque. Ensuite les plaques préparées'de cette façon sont disposées bout à bout sur un support approprié ou sur un casier, en étant orientées de manière que leurs bords soient disposés l'un en face de l'autre avec un certain jeu "b" dont la valeur dépend de l'épaisseur des plaques à souder; par exemple, pour une épaisseur de plaques de 100 mm, ce jeu peut être égal sensiblement à 13 mm. Le processus de soudage avec un tel chanfrein est tout à fait analogue à celui de l'assemblage de plaques avec chanfrein en Y. Dans ce procédé de soudage, la quantité de métal enlevé au cours de la préparation des bords pour le soudage, et de métal déposé dans llespace entre les bords au cours du soudage, est la plus petite en comparaison de celle obtenue dans les procédés de soudage (examinés plus haut) des bords avec chanfreins en V, en X et en U, et cette quantité ne s'accroît pas aussi rapidement avec l'augmentation de l'é- paisseur du matériau à souder, puisque elle est déterminée par la relation Q dans laquelle, & désignant l'épaisseur du métal, est à la première puissance (et non pas à la deuxième, comme dans les trois cas envisagés plus haut); & 7 qui désigne la lar- geur du jeu, étant constante et variant très peu avec l'augmentation de 11 épaisseur. L'inconvénient de ce dernier procédé consiste en ce qulfl est très difficile à réaliser, car, à la différence des trois procédés envisagés précédemment, la formation des couches, dans ce procédé, s'effectue dans un espace délimité par trois surfaces, e il est nécessaire d'assurer le soudage, àtoutes ces surfaces, de chaque couche du cordon déposé en plusieurs passes. De ce fait, en comparaison des procédés de soudage examinés plus haut, les exigences de précision des parm,etres du régime de soudage (intensité du courant de soudage, tension d'arc, vitesse de soudage et vitesse d'avance du fil électrode) sont plus sévère.En plus, la longueur libre du fil ec- trode doit être maintenue plus rigoureusement constante que dans les procédés de soudage avec chanfreins en V, en X et en U décrits plus haut, dans lesquels la formation des couches est libre. Il faut prendre en considération que la tension de soudage (9 ) est la somme de deux composantes : de la chute de tension (Ue) dans la longueur libre de l'électrode (dans la partie de l'électrode comprise entre le dispositif d'amenée de auront et l'arc) et de la chute de tension dans l'arc (Ua), ce qui signifie que U1 = e + a dépend de la longueur libre de l'électrode et qu'afin que Ua soit conservée, U1 étant constante, la longueur libre de 1' électrode doit être maintenue constante. L'inconvénient de ce procédé réside aussi dans le temps improductif dépensé pour lever le dispositif d'amenée de courant après chaque passe, et dans la nécessité d'équiper le dispositif de soudage d'un mécanisme de déplacement vertical, ce qui le complique, sur tout en cas de nécessité d'automatiser ce processus. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients indiqués ci-dessus. On s'est proposé pour cela de mettre au point un procédé de soudage à l'arc de tOles fortes, avec chanfrein coupé droit, en passes multiples, à l'aide d'une-électrode consommable et sous gaz protecteurs, permettant de réaliser le soudage avec une productivité élevée et sans outil soit nécessaire de corriger la position du dispositif d'amenée de courant lors du passage d'une couche à l'autre au cours de la réalisation dtune soudure à couches multiples. Ce problème est résolu du fait que le procédé de souda- ge à l'arc de tales fortes, avec chanfreins coupés droit, en passes multiples, à l'aide d'une électrode consommable, sous gaz protecteurs, du type dans lequel la longueur libre initiale donnée à l'électrode consommable dépasse quelque peu la profondeur des chanfreins du joint soudé à réaliser, et dans lequel le dispositif d'amenée de courant, à travers lequel passe l'électrode consommable, est disposé au-dessus du joint à réaliser, est caractérisé suivant l'invention en ce que, pendant le soudage, la longueur libre de l'électrode consommable diminue à chaque passe tandis que la position en hauteur du dispositif d'amenée de cou# rant reste invariable et qu'au fur et à mesure que la longueur libre de l'électrode consommable diminue, on baisse la tension appliquée au dispositif d'amenée de courant, la vitesse d'avance de l'électrode consommable et la vitesse de soudage. Le procédé de soudage proposé permet de simplifier le processus de soudage et les dispositifs de soudage utilisés à cet effet, car il permet d'effectuer le réglage et l'ajustage du processus seulement d'après des paramètres électriques qui sont faciles à contrôler et à automatiser à laide de systèmes électroniques non compliqués, et d'exclure complètement la nécessité de régler le processus suivant la longueur libre de 11 électrode, dont le contrôle et le maintien automatique à une valeur constante au cours du soudage en passes multiples sont relativement difficiles. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par le dessin unique annexé dans lequel - la figure 1 montre la position initiale du dispositif d'amenée de courant, de l'électrode et des bords à souder au cours de l'application de la première couche (inférieure); - la figure 2 montre les positions relatives du dispositif d'amenée de courant, de l'électrode et des bords de la pièce à souder, au moment où la moitié de la soudure est déjà réalisée; - la figure 3 montre les positions relatives du dispositif d'amenée de courant et des bords de la pièce à souder lors de Ia réalisation de la dernière passe (supérieure). Le procédé de soudage à l'arc en passes multiples consiste à usiner les bords des plaques à souder 1 (figure 1) suivan#t toute leur épaisseur sous un angle de 900 par rapport à la surface de la plaque 1. Ensuite les plaques 1 préparées de cette façon sont mises bout à bout sur un support approprié ou sur un casier de manière que leurs bords ainsi préparés soient disposés l'un en face de l'autre avec entre eux un certain jeu 11b" dont la valeur dépend de l'épaisseur des plaques 1 à assembler; par exemple, lorsque l'épaisseur des plaques est de 100 mm, ce jeu peut être égal sensiblement à 13 mm. Pour rendre plus commodes le dépot de la première couche et l'amorçace de l'arc, on utilise par exemple une plaque d'appui 2 refroidie, en acier ou en cuivre.Au-dessus des plaques à souder 1 on installe un dispositif d'amenée de courant 3 à travers lequel passe une électrode consommable 4. Dans ltespace formé de cette façon on introduit lté- lectrode consommable 4, en qualité de laquelle on utilise par exemple un fil métallique fusible, la longueur libre initiale li #celi-ci étant de préférence d'au moins 10 mu supérieure à la profondeur du chanfrein coupé droit. Le soudage sweffectue sous gaz protecteurs. Aux plaques à souder 1, à travers le casier, et à lrélec- trode consommable 4, à travers le dispositif d'amenée de courant 3 par lequel passe 11 électrode 4, on applique la tension fournie par une source d'alimentation (non représentée sur le dessin). On amorce l'arc, par exemple en mettant en contact l'électrode consommable 4 avec la plaque d'appui 2, et on effectue le soudage en déplaçant l'électrode consommable 4 le long du chanfrein, en faisant fondre les bords des plaques 1 à joindre et en déposant une couche de métal d'une hauteur allant sensiblement jusqu'à 4 à 5 mm. En cas dé forte épaisseur des plaques I le soudage se fait en plusieurs passes, en remplissant de couches successives l'espace entre les bords des plaques 1 suivant toute 11 épaisseur de celles-ci. Le soudage en passes multiples avec chanfrein coupé droit selon le procédé proposé steffectue en continu jusqu'a' remplissage complet de toute la section de la soudure. Si la soudure doit se faire suivant un contour fermé (par exemple circulaire) le soudage se fait en continu dans un#sens. Si le contour de la soudure n'est pas fermé (par exemple s'il est rectiligne), on inverse après chaque passe le sens du soudage sans interrompre le processus. Ce mode d'exécution du soudage n'exclut pas la possibilité de l'effectuer avec interruptions après chaque réalisation d'un nombre quelconque de couches, si le mode décrit de remplissage continu de l'espace entre les bords est indésirable ou impossible pour des raisons quelconques (par exemple pour des raisons technologiques). Mais dans ce dernier cas également, le réajustage de la position selon la longueur libre de 11 électrode n'est pas nécessaire. A mesure du remplissage par couches du jeu entre les bords espar conséquent de la diminution spontanée de la longueur libre (12, 13) de l'électrode consommable 4 (figures 2, 3) la tension d'arc est maintenue constante en diminuant la tension appliquée au dispositif d'amenée de courant 3, après chaque passe ou après deux à six passes, en fonction de la précision requise de conduite du soudage. On doit respecter cette condition pour les raisons suivantes. La tension de soudage (U1) est la somme de deux composantes : de la chute de tension (Ue) dans la longueur libre de ltélectrode consommable 4 et de la chute de tension dans l'arc (Ua), c'est-à-dire U1 Ue + Lors du soudage avec une électrode de longueur libre constante, la valeur U1 est constante. Pendant le soudage conformément au procédé proposé, la longueur libre de l'électrode consommable 4 diminue après chaque passe, ce qui, lorsque U1 est constante, conduit à une augmentation spontanée de la composante Ua. Comme on le sait, 1saug- mentation de la tension d'arc Ua a pour effet d'accrottre sa Saion- gueur. Ce phénomène modifie la forme des couches, provoque une fusion excessive des bords latéraux du chanfrein coupé droit des plaques 1 et entrain des rebuts de pièces. On ne peut msinte nir la composante Ua constante, lors de la diminution de Ues qu'en diminuant la tension de soudage totale. Cette diminution de la tension est obtenue sans interruption du processus de soudage. On procède de la même façon pour la vitesse d'avance de l'électrode consommable 4 (on la diminue), car la diminution de la longueur libre de l'électrode consommable 4 à mesurer de ltaug- mentation du nombre de couches s'accompagne d'une dimÙ#ution de son chauffage par la chaleur de Lenz-Joule, ce qui, l'inten- site I1 du courant de soudage restant constante, entrain une diminution de sa vitesse de fusion. La diminution de la vitesse d'avance de l'électrode consommable 4 est réalisée sans arrêter le processus de soudage. Ci-après sont décrits quelques exemples concrets mais non limitatifs de soudage par le procédé de l'invention. Exemple 1. Soudage de plaques 1 en tôle d'acier forte d'une épaisseur de 50 mm, avec bords coupés droit. Electrode consommable : fil d'acier de 3 mm de diamètre; gaz : mélange Ar+C02 dans le rapport de 1:1 La longueur libre initiale L1 de l'électrode 4 est de 70 mm. Compte tenu des conditions susceptibles d'assurer la stabilité de l'arc et la formation de la soudure dans le chanfrein coupé droit, l'intensité du courant de soudage I1 est de 556 à 600 A, la tension de soudage U1 est de 38 à 40 V, la vites se V d'avance dé l'électrode est de 300 à 360 m/h, la vitesse de soudage V1 est de 35 à 45 m/h, le nombre de passes est de 10 à 12. Le débit de mélange de gaz est de 1200 à 1400 l/h. Tension U1 initiale = 40 V, réduite à 39 V après la quatrième passe, à 38 V après la huitième passe. Après chaque passe on diminue la vitesse d'avance de l'électrode consommable 4 (fil d'acier) de sorte que le courant reste dans les limites prévues par le régime préétabli de soudage. Léétude des sections macrographiques des joints soudés a fait apparattre une bonne formation et une bonne qualité des soudures-, sans fissures, ni pores, ni inclusions de laitier. Exemple 2 Soudage de plaq#ues 1 en t81e d'acier forte d'une épaisseur de 100 mm, avec chanfrein coupé droit. L'électrode consommable 4 est un fil d'acier d'un diamètre de 4 mm, -le gaz protecteur est un mélange Ar+C02 dans le rapport de 1:1. La longueur libre initiale de 11 électrode 4 est de 130 mm. Compte tenu des conditions susceptibles d'assurer la stabilité de l'arc et la formation de la soudure dans le chanfrein coupé droit, l'intensité I1 du courant de soudage est de 650 A, la tension de soudage U1 est de 35 à 38 V, la vitesse Vn d'avance de l'électrode 4 (fil d'acier) est de 100 à 120 m/h, la vitesse de soudage V1 est de 30 à 35 m/h, le nombre de passes est de 20 à 23. Le débit de mélange de gaz est de 14001800 I/h. Tension U1 initiale = 38 V, réduite à 37 V après la sixième passe, à 36 V après la douzième passe, à 35 V après la dix-huitième passe. Après chaque passe on diminue la vitesse d'avance de l'électrode consommable 4 de sorte que le courant de soudage reste dans les limites prévues par le régime préétabli de soudage. On diminue en conséquence la vitesse de soudage. L'étude des sections macrogràphiques des joints soudés a montré une bonne formation et une bonne qualité des soudures, sans fissures, ni pores, ni inclusions de laitier. Exemple 3. Soudage de plaques 1 en ttle d'acier forte d'une épaisseur de 30 mm, avec chanfrein coupé droit. L'électrode consommable 4 est un fil d'acier de 2 mm de -diamètre, le gaz protecteur est un mélange Ar+C02 dans le rapport de f:1. La longueur libre initiale 11 de ltélectrode consommable 4 est de 40 mm. Compte tenu des conditions susceptibles d'assurer la stabilité de l'arc et la formation de la soudure dans le chanfrein coupé droit, l'intensité I1 du courant de soudage est de 360 - 380 A, la tension de soudage U1 est de 30 à 27 V, la vitesse V d'avance de ltélectrode consommable 4 est de 360 à 450 m/h, la vitesse de soudage V1 est de 30 à 40 m/h, le nombre de passes est de 10 ou 11. Le débit de mélange protecteur est de 900 à 1200 l/ho Tension U1 initiale = 30 V, réduite à 28 V après la quatrième passe, à 27 V après la huitième passe. Après chaque passe on a diminué la vitesse d'avance de l'électrode consommable 4 de sorte que le courant de soudage reste dans les limites prévues par le régime préétabli de soudage. On diminue en conséquence la vitesse de soudage. L'étude des sections macrographiques des joints soudés a montré une bonne formation et une bonne qualité des soudures, sans fissures, ni pores, ni inclusions de laitier. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de-soudage à l'arc en passes multiples, à l'aide d'une électrode consommable et sous gaz protecteur, de tales acier fortes à bords coupés droit, du type dans le-quel la longueur libre initiale de l'électrode consommable est supérieure à la profondeur du chanfrein ménagé pour la soudure à réaliser, et dans lequel le dispositif d'amenée de courant, à travers lequel passe une électrode consommable, est disposé au-dessus du joint soudé à réaliser, caractérisé en ce que, lors du soudage, la longueur libre de l'électrode consommable va en diminuant à chaque passe tandis que la position en hauteur du dispositif d'amenée de courant reste invariable, et qu'au fur et à mesure que la longueur libre de l'électrode consommable diminue, on baisse la tension appliquée au dispositif d'amenée de courant, la vitesse d'avance de l'électrode consommable et la vitesse-de soudage 2. Pièces, produits ou structures soudés, caractérisés en ce qu'ils sont soudés conformément au procédé faisant l'objet de la revendication 1.