Brevet FR2410529A1 — publié le 19790629

La présente invention concerne un procédé de soudage à électrode fusible et arc submergé, du genre comportant au moins trois électrodes à fil fusible, dont les parties terminales sont alignées selon le plan de joint à souder. Grâce à la pluralité d'électrodes, on assure ainsi de grandes vitesses de soudage et ceci est aussi bien connu en soudage TIG qu'en soudage MIG, ainsi qu'en soudage avec arc submergé 3 les arcs formés par les différentes élec- trodes sont généralement des arcs à caractéristiques très voisines en ce qui concerne leur tension et leur courant. L'accroissement de la vitesse de soudage résulte uniquement de la multiplication des électrodes. Un obier de la présente invention est d'accroitre encore la vitesse en sondage de soudag#sous flux solide ou arc submergé. Un autre objet de l'invention est de réduire l'énergie linéaire de soudage sans nuire à la pénétration de l'arc et au bon aspect des cordons réalisés. Encore un autre objet de l'invention est d'améliorer les caractéristiques mécaniques du joint. Un autre objet de l'invention est également un procédé simple à mettre en oeuvre et facile à adapter sur les installations existantes à plusieurs électrodes. Le procédé selon l'invention est caractérisé par la combinaison des mesures suivantes : a) on dimensionne l'électrode de tète de façon à être le siège d'un courant de de soudage ayant une densité comprise entre 70 et 300 ampères par n2. b) les seconde et troisième électrodes sont agencées de façon & converger l'une vers l'antre et l'alimentation électrique des dites seconde et troisième électrodes est telle qu'un arc soit formé entre l'une des dites ~électrodes et la pièce d'une part et entre les dites seconde et troisième électrodes d'autre part. Les mesures proposées ci-dessus conduisent à spécialiser à un très les fonctions haut degré/des diverses électrodes, puisque la forte densité de courant de la première électrode permet d'assurer une excellente pénétration initiale de 1' arc dans le joint à souder, tandis que l'aménagement d'un couple de seconde et troisième électrodes à arc dérivé, ou arc shunt, permet un apport massif de métal dans le bain de soudure. Dans les cas critiques od la vitesse de soudage est particulièrement élevée, on prévoit une quatrième électrode en queue des trois autres, dont le rtle est de supprimer les défauts éventuels du cordon de soudure. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique d'une installation de soudage selon l'invention - La figure 2 est un diagramme de la forme des courants de soudage dans l'installation selon la figure1 - La figure 3 est une vue partielle d'une variante de réalisation de l'installation de soudage - La figure 4 est un diagramme de la forme des courants de soudage dans l'installation selon la figure 3, - Les figures 5 et 6 sont des vues analogues aux figures 3 et 4 d'une autre variante de réalisation. En se référant à la figure 1, l'installation de soudage comporte quatre électrodes à fils fusibles 1, 2, 3, et 4 dévidés de bobines respectivement 5, 6, 7 et 8 en passant par des tubes - contacts respectivement 9, 10, Il et 12. Les fils électrodes présentent des parties terminales 13, 14, 15 et 16 respectivement, qui ont des longueurs comprises entre 30 et 35 mm et qui sont toutes situées dans un plan normal à une face 23 de deux pièces métalli- ques à souder, ce plan étant d'ailleurs le plan de joint à souder 22. L1ensem- ble des dévidoirs 5-8, fils 1-4 et tubes contacts 9-12 est solidaire d'un support commun non représenté qui se déplace selon la flèche F par rapport aux pièces à souder supposés immobiles. La partie terminale 13 du fil électrode de tête 1 désigné éga liement par fil-électrode de pénétration se présente selon une direction perpendiculaire à la surface 23 de deux pièces métalliques à souder. Les deux parties terminales 14 et 15 du couple de fils-élec- trodes 2 et 3, désignés également par fil électrodes de charge, convergent l'une vers l'autre en un point qui se situe avantageusement à une distance H comprise avantageusement entre 0 et 5 millimètres en dessous du plan de la face des pièces 23, l'angle de convergence étant avantageusement de l'ordre de 300 et la partie terminale 14 du premier fil-électrode 2 du couple de filsélectrodes 2-3 se présente perpendiculairement à un plan de la pièce 23 des pièces à souder et cette partie terminale 14 est séparée de la partie terminale 13 du fil-électrode de tête d'une distance comprise avantageusenent entre 20 et 35 millimètres0 La partie terminale 16 du fil électrode de queue 4 est avan tageusement également inclinée comme la partie terminale 15 du fil-électrode 3, vers l'avant du joint en cours d'élaboration et d'un angle qui est avantageusement de l'ordre de 300, mais cette inclinaison n'est pas critique et cette partie terminale 16 pourrait également être normale au plan de la face 23. L'alimentation électrique est assurée par une ligne électrique triphasée R, S, T sur laquelle sont branchées les transformateurs 26, 27 et 28. Les transformateurs 26 et 27 sont branchés selon le montage dit de Scott c'est à dire qu'un primaire 30 du transformateur 26 est branché entre les phases T et R, tandis qu'un primaire du transformateur 27 est branché entre un point milieu 32 du primaire 30 et la phase S. Une borne 36 du secondaire 33 est branché au tube-contact 9, tandis qu'une autre borne 37 de ce secondaire 33 est branchée àla masse, c'est à dire aux pièces à souder. Des bornes 38 et 39 du secondaire 34, homologues des bornes 36 et 37 du secondaire 33, sont branchées respectivement à la masse et au tube-contact 10, tandis que le tube-contact 11 est branché à la masse.On sait qu'un tel branchement permet de délivrer aux secondaires 33 et 38 les courants Il et I2 (voir figure 2) dont les phases sont décalées de 900. Le transformateur 28 est branché par un primaire 40 aux phases R et T, et par une borne 41 d'un secondaire 42 au tube-contact 12 et par une borne 43 de ce secondaire 42 ê la masse > ensorte que le courant débité I4 est en opposition de phase avec le courant Il débité par le secondaire 33 du transformateur 26. Les trois transformateurs sont conçus pour débiter des courants de l'ordre de 1500 li alternatif avec une caractéristique tension-courant ayant une allure plongeante. En fonctionnement, il se forme, an niveau des parties terminales 13, 14, 15 et 16 des fils électrodes 1 2, 3 et 4, un bain de soudure allongé 50 se transformant en un cordon 51 recouvert par un laitier 52 résultant d'un flux solide déversé à l'avant par un dispositif non représenté. La partie terminale 13 formant électrode de tête est diiensionnée avec un diamètre relativement petit pour que la densité du courant dans cette partie 13 soit de l'ordre de 70 à 300 ampères/mm2 avec une tension de l'ordre de 30 à 35 volts (alors que les densités normales se situent entre 40 et 60 A/ mm2). L'arc est ainsi formé lui même à très haute densité et il possède un effet de pénétration accentué. Par contre l'apport de métal du à la partie temlix nale de tête 13 est relativement faible. Le couple des parties terminales d'électrodes 14 et 15 constitue au contraire un moyen d'amenée de métal particulièrement intense grwace à la fusion simultanée de deux fils 2 et 3, sans pour autant développer dans le bain de soudure - 50 une trop grande énergie thermique glace au fait que s'il s'établit un arc principal entre la partie 14 et le bain 50, une partie substancielle de courant 12 est dérivée de la partie de fil-électrode 14 vers la partie de fil-électrode 15 créant, dans cette partie de fil-électrode 15, un courant I3 vers la masse. La tension d'alimentation de la partie terminale 14 est de l'ordre de 40 à 50 volts. Le couple d'électrodes 14-14 améliore la pénétration, élargit le cordon et accroit considérablement le taux de dépit. La partie terminale d'électrode 16 n'est nécessaire que dans les cas od les vitesses de soudage sont supérieures à 1,Sm/mn et notamment lorsque les épaisseurs des pièces à souder sont inférieures à 20 mm. Cette électrode de queue 16 permet de parachever le mouillage et supprime les défauts tels que morsures, et les trop fortes convexités du cordon de soudure. On a appliqué avec succès le procédé de soudage décrit en soudage longitudinal de tubes dont le diamètre varie de 500 à 1500 mm, l'épaisseur des tubes variant de 6 à 30 mm. Les résultats démontrent un accroissement très appréciable de la vitesse de soudage d'au moins 30 % par rapport aux installations actuellement utilisées mettant en oeuvre trois ou quatre électrodes classiques. L'eergie de soudage est considérablement diminuée puisqu'elle est de 1,6 S 1,8 #j/cm de longueur/nia d'épaisseur, alors que dans un procédé à trois électrodes classiques, cette énergie est de 2,2 gj/cm de lcagueur/m d'épaisseur. Les cycles thermiques en zones fondues sont nettement plus rapides, puisque la durée entre 8000 C et 5000 C passe de 45 secondes pour le dispositif classique à trois électrodes à 20 secondes pour le procédé selon l'invention.On note que cette rapidité du cycle thermique favorise la réalisation des joints soudés ayant de meilleures caractéristiques mécaniques. Il en résulte que les carac téristiques mécaniques assurées par les dispositifs classiques peuvent être obtenues par le procédé selon l'invention avec des couples fils - flux moins performants, donc moins onéreux ; en outre le procédé selon l'invention peut s'adapter très aisément et sans modifications importantes aux installations actuellement en service à trois ou quatre fils - électrodes. Le branchement électrique des quatre électrodes évite toute influence d'origine électrique d'un arc sur l'autre, ou ne présente que des inluences favorables pour l'accroissement de la vitesse de soudage et i 'amélio- ration de la mouillabilité des cordons en cours de formation. Dans la forme de réalisation décrite à la figure 1, on constate que le courant de masse est relativement faible puisqu'il ne représente qu'environ la valeur du courant 12. En se référant aux figures 3 et 4 on voit qu'à la différence de la figure 1, l'alimentation électrique est modifiée en ce sens que le branchement du transformateur 28 destiné à l'alimentation d'électrode de queue est ici faite entre les phases R et T, en 5orte que le courant I4 est en phase avec le courant I1; Le courant de masse est ici important, mais par contre les influences magnétiques des arcs dues à 11 électrode de tête et à l'électrode de queue sur le coupie d'électrodes à arc dérivé s'annulent complètement. En se référant aux figures 5 et 6, on a remplacé ici le transformateur 26 d'alimentation de l'électrode de tête par un groupe-redresseur 60 à courant nominal de 1 500 ampères. Les transformateurs 61 et 62 alimentent respectivement d'une part le couple de fils-électrodes 2 et 3 d'autre part l'élec- trode de queue 4 et le branchement est réalisé selon le montage de Scott; l'on constate sur la figure 6, que le courant I1 est continu, tandis que les courants I2 et I4 sont déphasés de 900. L'invention s'applique au soudage à fils-fusibles notaient sous flux solide à grande vitesse de soudage. REVENDICATIONS 1. - Procédé de soudage a électrodes fusibles et à arc submergé, du genre comportant au moins trois électrodes dont les parties terminales sont alignées selon le plan de joint à souder, selon lequel l'électrode de tete est alimentée par une premiere source électrique et selon lequel les parties terminales des seconde et troisième électrodes convergent l'une vers l'autre, et où deux électrodes sont alimentées par une source électrique unique, caractérisé en ce que ladite source électrique (27) (61) est branchée électriquement entre les pièces à souder (22) et l'une (2) ou (3) des seconde et troisième électrodes (2) (3) et en ce que l'autre (3) ou (2) respectivement des dites électrodes (2) (3) est électriquement reliée aux pièces à souder (22), le tout de façon à faire dériver une partie du courant de ltelectrode (2) vers l'électrode (3) ou inversement. 2. - Procédé de soudage selon la revendication 1, selon lequel les seconde et troisième électrodes sont alimentées par une source électrique de courant alternatif, et où la première électrode (1) est également alimentée par une source de courant alternatif, caractérisé en ce que le courant de la première électrode est déphasé d'au moins 900 par rapport au courant des seconde et troisième électrodes. 3. - Procédé de soudage selon la revendication 1 selon lequel les dites seconde et troisième électrodes sont alimentées par une source électrique de courant alternatif, caractérisé en ce que I1 électrode de tète est alimentée en courant continu. 4. - Procédé de soudage selon la revendication 1 selon lequel on met en oeuvre une quatrième électrode de queue, carac térisé en ce que le courant de ladite électrode est décalé d'au moins 900 par rapport a l'électrode la plus proche alimentée en courant alternatif.