Brevet FR2464779A1 — publié le 19810320

-1 246477 La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le soudage à l'arc, notamment pour le soudage avec poudre, en utilisant des intensités de soudage importantes et en faisant fondre simultanément plu- sieurs électrodes sur une pièce. Ce préambule tient compte d'un état de la technique tel que celui décrit par exemple dans le document "LindeBerichte aus Technik und Wissenschaftt', 10/1960, page 380 connu sous le nom de dispositif de soudage tandem. Dans de tels dispositifs de soudage, on alimente deux électrodes de soudage par un transformateur branché suivant le montage de Scott. De tels dispositifs permettent de réaliser des soudures ayant des qualités de bralure considérablement réduites, et la puissance de fusion, ainsi que la vitesse de soudage, peuvent être doublées par rapport à ce qui est possible avec une seule électrode. Pour arriver à de telles vitesses de soudage élevées, on place les électrodes les unes derrière les autres, et on les fait fondre dans un bain de fusion commun0 Il est toutefois également possible de dispo- ser les électrodes cZte à côte, transversalement par rapport à la direction de la soudure. On arrive ainsi à des cordons de soudure, larges, avec des brflures réduites et un mélange réduit avec le métal qui se trouve en-dessous, si bien que ce procédé convient parfaitement pour charger par soudage. A ctté de l'état de la technique concer- née par le soudage à l'arc, notamment le soudage avec poudre, il est connu de réaliser des pièces de grandes dimensions, symétriques en rotation, telles que des arbres ou des réci- pients de grandes dimensions, par exemple en utilisant des pièces forgées. Les dimensions de telles pièces sont limitées par la capacité de forgeage. Lorsque les dimensions d'une pièce dépassent les possibilités ou capacités de forgeage, on peut réaliser une telle pièce, par exemple en chargeant par soudage pour arriver à la forme. Ainsi, on arrive à la forme définitive de la pièce en chargeant par soudage une pièce de base. On a constaté que les procédés et les installations connues pour le soudage à l'arc ne permettent de réaliser de telles charges par soudage ni de façon économique, ni avec une qualité suffisante. La présente invention a pour but de 2 2464779 remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus, et se propose notamment de créer un procédé et un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, permettant de réaliser les charges par soudage et de fabriquer des pièces de grandes dimensions dans des conditions économiques et en satisfaisant aux exigences de qualité. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour le soudage à l'arc, tel que celui décrit ci-dessus, selon lequel les électrodes sont consommées séparément ou par groupes dans des bains de fusion différents, et toutes les électrodes sont reliées électriquement de façon que le courant de masse qui sort de la pièce soit faible et de préfé- rence voisin de zéro. Grâce à ce procédé, il est possible de réaliser des pièces à symétrie de rotation telles que celles mentionnées ci-dessus, en réalisant la forme par soudage, l'expression "réaliser la forme par soudage" signifiant que l'on rapporte de la matière sur un corps de base, jusqu'à ce qu'on arrive à la forme souhaitée, si bien que, contrairement au chargement par soudage connu, on ne réalise pas un "revête- ment " sur une pièce pratiquement terminée quant à sa forme et à ses dimensions, mais que par ce soudage avec mise en forme, on réalise la forme et les dimensions de la pièce. On paut ainsi réaliser des formes quelconques à l'aide des électrodes séparées ou des groupes d'électrodes qui sont positionnées dans un endroit choisi sur un corps de base et se consument dans des bains de fusion. Par le branchement électrique de toutes les électrodes de façon que le courant de masse qui sort de la pièce soit faible ou soit pratiquement nul, on peut souder à l'aide de nombreux câbles sur une pièce qui tourne, et cela de façon simple car on peut ainsi évacuer les courants de soudage, élevés, sur des pièces tournantes telles que par exemple des arbres, en procédant de façon simple. A cela s'ajoute que la section du câble de masse est très réduite, car le courant de masse est réduit. En outre, le faible courant de masse réduit à un faible niveau l'induc- tance de l'ensemble de l'installation, ce qui permet d'utiliser avantageusement toute la puissance de la source de courant utilisée. En outre, par le branchement des électrodes, en vue deobtenir un faible courant de masse, on arrive à une charge symétrique ou pratiquement symétrique du réseau, ce qui cons- 3 2464779 titue un autre avantage de la solution de l'invention. Le procédé selon l'invention peut s'utiliser avantageusement avec du courant continu. Toutefois, il est particulièrement avantageux que le procédé utilise du courant alternatif. Suivant une autre caractéristique avanta- geuse, le soudage au courant alternatif est réalisé avec des transformateurs de soudage, du commerce-, qui sont bran- chés directement et/ou suivant un montage de Scott, sur les phases distinctes d'un réseau d'alimentation alternatif. L'essentiel dans le procédé de l'inven- tion est que les courants qui passent par les diverses élec- trades ou les groupes d'électrodes, se compensent dans la pièce de façon que le courant à la masse soit très faible, de préférence nul. Il est ainsi possible d'utiliser un nombre quelconque d'électrodes fonctionnant avec des courants de soudage très élevés, ce qui permet par exemple d'utiliser sur une pièce 20, 40 ou même plus d'électrodes, disposées séparément ou réparties en groupes, et fonctionnant avec des courants de soudage, par exemple de l'ordre de 1 000 A/par électrode. Le courant à la masse qui s'établit dans ces condi- tions n'est pas de l'ordre de 20 ou 40 x 1 000 A, mais se situe à un niveau inférieur à 100 A; un tel courant peut être conduit sans difficulté par une liaison tournante-en sortie de la pièce tournante. Le fait que le courant de retour de la masse ne soit pas complètement nul provient des légères diffé- rences de réglage de l'intensité au niveau des diverses 6lec- tEodes, ainsi que des 1igers déphasages. A côte du soudage pour la mise en forme décrit ci-dessus, l'invention peut également s'appliquer dans les mêmes conditions au soudage pour réaliser les cordons de liaison ou encore pour charger par soudage. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est-un schéma d'un dispo- sitif pour la mise en oeuvre du procédé. - les figures 2 à 10 sont des schémas vectoriels. du courant. Dans la figure 1, la pièce 10, qui est en forme d'arbre, portée par des paliers 11, 12 est entra1née en rotation autour de l'axe géométrique 14 par un moteur 13 4 2464779 représenté schématiquement. Quatre groupes d'électrodes 15, 16, 17, 18 sont associés à la pièce; le groupe 15 se compose des deux électrodes 20, 21, le groupe 16 se compose des trois électrodes 22, 23, 24, le groupe 17 se compose d'une seule électrode 25 et le groupe 18 se compose des deux électrodes 26, 27. Chacun des groupes 15 à. 18 est associé à un bain de fusion 28, 29, 30, 31 dans lequel se consomment les différentes électrodes des groupes. Chaque groupe 15 à 18 fait partie d'un dispositif de soudage avec poudre, connu en-soi; pour clarifier le dessincelui-ci ne montre pas les moyens d'entralnement nécessaires à commander l'avance des électrodes ni l'alimen- tation en poudre de soudage pour chaque bain de fusion. Selon I'inventign, les groupes 15 à 18 sont reliés électriquement aux sources -de-courant 32 à 39 les branchements des sources de courant 32 à 39 qui sont réalisés sous la forme de transformateurs de soudage, ont des primaires et des secondaires tels que le courant à la masse, qui sort de la pièce 10, est faible, voire nul. Cela se fait de façon simple, en faisant passer dans les électrodes 20 à 27 principalement des courants de même intensité tels que 1 000 A, et en branchant les transformateurs de soudage 32 à 39 comme cela est représenté à la figure 1. Le primaire des transformateurs 32, 33 et 38, 39 est branché suivant le montage de Scott. Les primaires des transformateurs 34 et 36 sont reliés aux phases R-S et ceux des transformateurs 35 et 37 sont branchés aux phases R-T. Les secondaires des transforma- teurs 32, 34, 35, 39 sont reliés par leur borne a à l'électro- de, l'autre borne b. étant reliée à la masse. Dans le cas des transformateurs 33, 36, 37, 38, le branchement est inverse. Les bornes a sont reliées à la masse et les bornes b à l'élec- trode. Pour un-tel branchement,des électrodes sur les diverses phases R-S-T et pour une même intensité de courant par élec- trode, on obtient un diagramme vectoriel. du courant comme celui représenté à la figure 2. En outre, le courant de retour à la masse qui passe par le conducteur de masse 40 et la liaison tournante 41 est nul. La figure 2 montre en outre les angles de déphasage entre les différents courants. Dans l'installa- tion de la figure 1, il est possible de façon avantageuse de réaliser une mise en forme par soudage à l'aide de la pièce qui tourne et des groupes d'électrodes 15 à 18 qui sont fixes; 2464779 la forme définitive de la pièce est représentée par des lignes en pointillés. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, les électrodes sont reliées à une source de courant alternatif. Il est également possible d'alimenter les électro- des par du courant continu. Dans ce cas, il faut que les dif- férentes électrodes soient branchées sur le pôle positif et le pôle négatif de la source de courant continu de soudage; dans ce cas, on obtient le diagramme vectoriel de la figure i0 3. Le diagramme vectoriel de la figure 3 existe également lorsqu'on utilise des groupes d'électrodes qui se composent chaque fois Le deux électrodes branchées sur un réseau de courant alternatif ayant un déphasage de 180 . Dans le cas de groupes d'électrodes qui comportent chaque fois trois électrodes, on arrive à un diagramme vectoriel tel que celui représenté à la figure 4 lorsque les électrodes sont branchées sur les phases d'un réseau de courant triphasé, c'est-à-dire avec un déphasage de 1200 entre les phases. Suivant les dimensions et le type de branchement sur un réseau de courant alternatif polyphase, pour souder avec des groupes d'électrodes alimentées respec- tivement par quatre câbles, on obtient un diagramme vectoriel de courant selon la figure 5 (déphasage à 90 ) ou suivant la figure 6 (déphasage à 600 ou à 120 ). Dans des montages comportant six électrodes, on arrive à des diagrammes vectoriels de courant selon les figures 7, 8 et 9 suivant le branchement des dif- férents enroulements des transformateurs. Les déphasages sont respectivement différents et dans le cas de la figure 7, le déphasage est égal à 600, dans le cas de la figure 8, il est égal à 300, 600 et 900 et dans le cas de la figure 9 il est égal à 30 et à 1200. Dans les installations comportant douze électrodes, la solution la plus avantageuse consiste à brancher les transformateurs pour arriver à un déphasage régulier de comme le montre la figure 10. Dans tous les diagrammes vectoriels, de courant, l'intensité est la même, de sorte que dans des conditions idéales, les intensités compensent de courant de 6 2464779 retour à la masse. Toutefois, en pratique on ne peut pas éviter de légères différences d'intensité de courant, qui se tradui- sent par un courant be retour à la masse, très faible; ce courant de retour à la masse ou courant de somme peut être évacué de la façon la plus simple de la pièce. Cela est rendu possible selon l'invention, par exemple dans le cas de quarante électrodes, utilisant des courants de soudage de par exemple 1 000 A/électrode, et qui fondent simultanément dans différents bains de soudage; une telle installation permet de la façon la plus économique, et en satisfaisant aux exigences de qualité, de réaliser une mise en forme par soudage en utilisant des sources de courant de soudage habituels. A ctté de la mise en forme par soudage, l'invention peut également s'utiliser de façon avantageuse pour réaliser des liaisons par soudage, par exemiple pour souder des récipients, auquel cas les différen- tes électrodes plongent dans différents bains de soudage, les uns à ctté des autres et/ou derrière les autres pou former le cordon de soudage assurant la liaison. Le procédé selon l'invention peut se réaliser avec des électrodes en forme de fil ou en forme de ruban. En outre, il est également possible d'associer plusieurs groupes d'électrodes dans le courant de retour à la masse est nul, à une même pièce; si bien que selon l'invention, on obtient un courant de somme, pour le retour à la masse, qui est faible par comparaison avec les possibilités existant dans le cadre des techniques de soudage; un tel courant peut facilement se traiter. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit concernant la mise en forme par soudage de pièces à symétrie de rotation; l'invention peut également s'appliquer à d'autres pièces de grandes dimensions telles que par exemple des réservoirs de grandes dimensions. 7 2464779 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de soudage à l'arc, notam- ment avec de la poudre, procédé utilisant des courants de soudage importants et plusieurs électrodes, qui fondent simul- tan6ment sur une pièce, procédé caractérisé en ce que l'on fait fondre les électrodes, séparément ou par groupes, dans plusieurs bains de fusion, et en ce que toutes les électrodes sont branchées électriquement de façon que le courant de retour à la masse, sortant de la pièce, soit faible, et de préférence nul. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soude avec du courant continu. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soude avec du courant alternatif. 40) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on soude avec du courant alternatif fourni par des transformateurs de soudage connus, qui sont branchés sur les diverses phases d'un réseau alternatif, directement et/ou suivant un b ranchement de Scott. 5 ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par divers groupes d'électrodes(15 - 18) associés à différents bains de fusion (28 - 31) d'une pièce (10), ces groupes étant reliés électriquement aux sources de courant de soudage (32 - 39), sources dont les primaires et les secon- daires sont branchés sur les phases d'un réseau d'alimentation courant alternatif (RU-S-T) ou dont les électrodes (20 - 27) et la pièce (10) sont branchées de façon que le courant de retour à la masse sortant de la pièce (10) soit faible, et de préférence nul. ) Procédé et dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'ils sont appliqués à la mise en forme par soudage de pièces, notam- ment de pièces présentant une symétrie de rotation.