Brevet FR2486844A1 — publié le 19820122

La présente invention se rapporte aux fils fourrés et aux électrodes en fil fourré, notamment pour soudage mécanisé, et aux électrodes-baguettes enrobée% notamment pour soudage manuel. Dans l'état actuel de la technique, on connalt deux groupes de fils fourrés et fils-électrodes fourrés, différents quant à leur conception fondamentale mais correspondant tous les deux à la définition donnée dans la norme allemande DIN no 8571, édition de Mars 1966. D'après cette dernière, il s'agit de fil sous forme tubulaire ou de fil à pourtour formé par repliage, dont l'intérieur est rempli de matières qui stabilisent l'arc, dégagent un gaz protecteur, forment un laitier et qui, en outre, agissent comme éléments d'alliage et comme un flux. Le premier groupe comporte les fils tubulaires incomplètement refermés, tels que fis fendus, fils à recouvrement, fils à bords rapprochés, tandis que le deuxième groupe comporte les types complètement fermés. Par rapport au premier groupe, le deuxième présente cet avantage technique que les fils tubuJares fourrés qu'il comporte peuvent être cuivrés par voie humide sans que les matières qu'ils contiennent puissent être endommagées par l'humidité. Ce cuivrage sert à faciliter le glissement du fil dans le dispositif d'avance que comporte l'appareil de soudage, et à améliorer le passage du courant à l'endroit des contacts. Les fils fourrés et électrodes en fil fourré de ce groupe permettent aussi l'exécution de soudures avec hydrogène contr8lé, puisque la matière intérieure est protégée contre toute absorption d'humidité éventuelle. Ces fils tubulaires complètement fermés sont aussi utilisés en tant que fils fourrés ou électrodes en fil fourré, pour le soudage automatisé. En variante, ils peuvent aussi être coupés à longueur pour servir de baguettes fourrées pour soudage manuel ou pour servir d'ames pour baguettes enrobées. Dans ce dernier cas, il est tout à fait indispensable qu'ils soient parfaitement fermés, sinon, lors de l'enrobage, de l'humidité venant de la masse humide extérieure pénètre inévitablement dans leur Ame intérieure d'o il est ensuite impossible de l'extraire en quantité suffisante lors du séchage de la matière d'enrobage. Les fils et électrodes fourrés et complètement fermés sont connus, ainsi que leur mode de fabrication, par- le brevet allemand no 1 602 260 et par les demandes de brevet allemand no 2 515 342 et no 2 719 557. Du fait de leurs désavantages techniques, les fils fourrés incomplètement fermés ne seront pas envisagés plus en détail ici. Ils n'offrent aucune fiabilité pour ce qui est de l'absence d'humidité. De plus, il est très difficile de les laminer et/ou de les étirer pour les amener à de faibles diamètres, tels que 1,6 mm ou moins, qui, dans le cas des fils et filsélectrodes fourrés, sont de beaucoup les plus demandés sur le marché. Outre l'absence d'absorption d'humidité par leur garnissage intérieur, les fils fourrés et les électrodes faites de tels fils doivent aussi satisfaire à d'autres impératifs concernant leur élaboration et leurs caractéris- tiques et paramètres de soudage. Pour ce qui est de leur élaboration, il convient de s'efforcer d'opérer non pas par intermittance, avec des longueurs limitées (ce qui est par exemple le cas avec le brevet allemand no 1 602 260 et la demande de brevet allemand no 2 719 357), mais de façon continue, comme indiqué dans la demande de brevet allemand no 2 515 342. Pour ce qui est de leurs paramètres et caracté- - ristiques de soudage, notamment ceux concernant l'obtention d'un passage à l'état de goutte régulé dans le courant de plasma de l'arc (voir figure 1), les produits obtenus selon les deux procédés mentionnés en premier sont plus avantageux que ceux obtenus par le troisième procédé. Cela tient au fait que, dans les deux premiers cas envisagés, il peut se former un champ magnétique et électrique présentant, par rapport à l'axe du fil tubulaire parcouru par le courant, une symétrie de rotation. Quant à la fabrication, la méthode discontinue est désavantageuse. Le procédé de fabrication en continu, mentionné en troisième place, utilise deux - ébauches en forme de ruban, la première formant au cours de la fabrication l'enveloppe extérieure à joint soudé longitu- dinalement, et la deuxième constituant - sous la forme d'une enveloppe pliée au milieu - une sécurité qui empêche la chute de matière et l'endommagement du flux intérieur lors du soudage de fermeture du joint longitudinal. Le pli en forme de bec qui subsiste alors à l'intérieur est une cause de perturbation de la symétrie des champs évoquée plus haut, ce qui, dans le cas des fils tubulaires incom- plètement fermés, se manifeste par des transitions à l'état de goutte incontr8lables qui conduisent à des projections (voir figure 2). Le M.t que la configuration de champs à symétrie de rotation soit décisive pour l'obtention d'un parfait com- portement lors du soudage peut etre montré par électrographie, à l'aide des figures de Lichtenberg dites à décharge rampante (inventeur G. Ch. Lichtenberg, physicien à Goettingen, 1777; perfectionnement ultérieur en 1851 par Pinaud), en opérant sur des sections-modèles appropriées. L'invention a pour but de parvenir à un procédé de fabrication qui - à la différence du brevet allemand no 1 602 260 et de la demande de brevet allemand no 2 719 357 - permettra d'opérer en continu tout en étant moins compliqué que la méthode prévue par la demande de brevet allemand no 2 515 342, en assurant des caractéristiques de soudage et soudure améliorées, correspondant à la figure 1. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que l'on amène de la matière de remplissage sur un ruban continu qui est préformé en gouttière G (figure 4) et qui, d'un c8té, possède une moulure (1) façonnée en gradin, ladite matière de remplissage pouvant éventuellement ne pas Otre agglomérée, et par le fait qu'après cet apport de matière on rapproche les bords (1, 2) du ruban et l'on ferme par soudage le joint ainsi formé, ce soudage de fermeture étant effectué de préférence avec un appareil de soudage TIG (Tungstène gaz inerte) à plusieurs cathodes ou bien avec un appareil de soudage par bombardement électronique sous atmosphère, le soudage s'effectuant dans l'un ou l'autre cas sous gaz protecteur, notamment sous argon, après quoi le processus de fabrication comporte l'exécution, sur le tube ainsi rempli puis fermé par un cordon de soudure longitudinal, des opérations telles que laminage, étirage, recuit intermédiaire, nécessaires pour réduire son diamètre jusqu'au diamètre d'utilisation désiré. L'invention prévoit en outre qu'en analogie avec le cas des baguettes électrodes enrobées, divers types de fils fourrés et électrodes en fil fourré peuvent être réalisés aussi bien pour le soudage d'assemblage que pour le soudage de revêtement ou de rechargement (selon l'activité métallurgique de la matière de remplissage, par exemple rutileacide ou basique) en harmonisant simultanément la qualité de la matière métallique enveloppante à celle de la matière de remplissage. Pour accrottre le rendement métallique des fils fourrés et des électrodes faites avec de tels fils, lors du soudage, l'invention prévoit aussi d'ajouter et de mélanger à la matière de remplissage des composants métalliques, notamment de la poudre de fer. La matière de soudure produite avec ces fils fourrés et avec les électrodes en fil fourré peut être alliée de façon prédéterminée en recourant à des adcitions de métaux d'alliage. Il est avantageux que les arcs de l'appareil de soudage par procédé TIG à plusieurs cathodes soient en outre stabilisés magnétiquement. Dans ce cas, le nombre des cathodes en tungstène peut être diminué, grâce au meilleur rendement des arcs stabilisés, la torche TIG à plusieurs cathodes pouvant même être éventullement remplacée par une torche monocathodique stabilisée magnétiquement. L'invention a également pour objet les produits obtenus avec le procédé indiqué, et notamment des baguettes fourrées et électrodes-baguettes fourrées et enrobées, se caractérisant par le fait que la matière de remplissage est constituée de préférence par des alliages en métal dur ou par d'autres alliages appropriés au soudage de rechargement, ou par des éléments d'alliage avantageusement sous forme de grains, et par le fait que l'on réalise, par tronçonnage i longueur, des baguettes ou des âmes fourrées destinées à recevoir un enrobage pour constituer des baguettes qui sont à la fois fourrées et enrobées. Il est avantageux que la matière constituant le remplissage intérieur comporte les composants durs à arêtes vives, et que les matières usuelles génératrices de gaz protecteur et aptes au glissement soient contenues dans l'enrobage appliqué sur le pourtour extérieur des baguettes-gmes obtenues par tronçonnage du fil fourré, l'usure de la filière ou buse étant ainsi réduite. Dans le cas des baguettes-électrodes fourrées et enrobées, destinées au soudage dtaciers alliés e réalisées avec du fil fourré produit selon le procédé prévu par l'invention, il est avantageux que les composants d'alliage décisifs pour la composition de la soudure se trouvent à l'intérieur du fil tubulaire, lequel est soit non allié, soit peu allié, soit partiellement allié, et que les baguettes-âmes faites avec ce fil fourré soient enrobées, de façon connue en soi, avec les autres composants et matières métallurgiquement actives. Les figures 3 à 5 illustrent schématiquement les divers formes prises par le ruban lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 6 représente une variante de configu- ration du joint de fermeture. Le but de l'invention, tel que mentionné plus haut, est donc atteint par le fait que le matériau de départ utilisé est un ruban sans fin (ruban continu) qui, après sa sortie du dévidoir, passe par un dispositif profi- leur, lequel façonne un c8té ou bord de ce ruban en y formant une moulure 1 à profil en gradin, comme indiqué sur la figure 3 (sur la figure 3 à 6, le ruban est représenté vu en coupe transversale. Le ruban passe alors par un train de galets plieurs qui lui confèrent une forme de gouttière G (figure 4) convenant pour le remplissage. Comme ce procédé n'exige pas de vibrage pour compacter la matière de remplis- sage, il n'y est alors pas obligatoire qu'il y ait pré- agglomération de cette dernière qui est apportée au poste suivant, après lequel des galets fermeurs rapprochent les cotés du ruban en plaçant dans le gradin de l moulure le bord 2 non façonné, comme indiqué sur la figure 5. Ensuite, le joint ou raccord, repéré par une flèche "a" sur la figure 5, est avantageusement fermé par soudage selon le procédé TIG à plusieurs cathodes ou selon le procédé par bombardement électronique, la portion terminale, repérée par la flèche "b", de la moulure servant de support lors de ce soudage de fermeture et évitant toute action dommageable de la chaleur de soudage sur la matière de remplissage. Dans le soudage par le procédé TIG à plusieurs cathodes, on utilise en règle générale jusqu'à quatre cathodes en tungstène positionnables individuellement, qui soudent sous gaz protecteur (de préférence argon) et qui sont agencées l'une à la suite de l'autre dans une torche ou brûleur spécial refroidi par eau. Cette disposition autorise l'établissement d'un bain de fusion oblong et une vitesse d'avance de soudage relativement grande pouvant aller Jusqu'à 15 m/min environ, ce qui est essentiel pour que la fabrication du fil tubulaire soit économique. Si c'est par bombardement électronique que le soudage est effectué, on opère alors avec un appareil dit "à atmosphère", c'est-à-dire ne nécessitant ni vide poussé ni vide partiel dans la zone de soudage. Cette dernière est simplement maintenue exempte d'air au moyen d'une cloche de gaz protecteur (argon de préférence). La vitesse de progression du soudage est à peu près identique à celle obtenue avec le procédé TIG à plusieurs cathodes. Après ces opérations, le processus de fabrication comporte, pour ce tube rempli et soudé, une réduction au diamètre d'utilisation désiré, ce qui s'effectue en soumettant le tube à des opérations de laminage, étirage et recuit intermédiaire. Outre les avantages inhérents au caractère continu de la fabrication, le Procédé décrit ci-avant est globalement plus rapide, et donc plus économique, que celui selon le brevet allemand no 1 602 260 et la demande de brevet allemand no 2 719 357. Il donne en outre un produit plus fiable dont lé contrôle de fabrication est plus simple puisque l'on peut opérer par charges unitaires plus importantes. Par rapport à la demande de brevet allemand no 2 515 342, le procédé selon l'invention implique moitié moins de matériel et d'opérations de contrôle puisqu'il ne recourt qu'à un seul ruban au lieu des deux rubans différents prévus dans la demande de brevet allemand précitée. En outre, le procédé selon l'invention évite la formation (inéluctable dans le cadre de la demande de brevet allemand précitée) d'un pli formant un relief qui comme déjà indiqué - exerce une influence néfaste lors du passage à l'état de goutte dans l'arc. Si le soudage de fermeture est effectué avec des brûleurs ou torches TIG à plusieurs cathodes en tungstène, le nombre de ces dernières peut être diminué si l'on stabilise magnétiquement les divers arcs, notamment le premier et le dernier. Le recours à des champs magnétiques créés de préférence avec de petits électro-aimants agencés sur la torche (brûleur) permet de piloter le confinement et/ou, si nécessaire, le balayage et la concentration des arcs, de façon à obtenir ainsi un rendement et une vitesse de soudage accrus. A la limite, il est même possible d'obtenir, avec un seul brûleur TIG stabilisé magnéti- quement, une puissance et une viteme de soudage suffisantes pour cette opération de fermeture du joint du fil. Cela est notamment le cas lorsqu'on peut partir de ruban mince, par exemple épais de moins de 0,5 mm, pour fabriquer du fil fourré et des électrodes en fil fourré ayant de faibles diamètres pour utilisations courantes, par exemple des diamètres de l'ordre de 1,6 mm ou moins. Si la matière de remplissage est très sensible à la chaleur, il peut être nécessaire de donner au joint une configuration légèrement différente de celle repré- sentée sur la figure 5. Pour éviter une trop forte influence thermique sur la matière de remplissage, il est plus avantageux Notamment si l'on utilise des arcs stabilisés magnétiquement pour réaliser la soudure de fermeture 24868 4 4 du fil) de donner, à la zone du joint de raccordement à la moulure façonnée, une configuration tell que cele représentée sur la figure 6: l'autre bord du ruban comporte alors une zone marginale 2' relevée ou pliée correspondant à la moulure. REVENDICATIONS 1.- Procédé continu pour fabriquer du fil fourré fermé ou des électrodes faites avec un tel fil, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on amène de la matière de remplissage sur un ruban continu qui est préformé en gouttière (G figure 4) et qui, d'un côté, possède une moulure (1) façonnée en gradin, ladite matière de remplissage pouvant éventuellement ne pas être agglomérée, et par le fait qu'après cet apport de matière on rapproche les bords (1, 2) du ruban et l'on ferme par soudage le joint (a) ainsi formé, ce soudage de fermeture étant de préférence effectué avec un appareil de soudage TIG à plusieurs cathodes ou bien avec un appareil de soudage par bombardement électronique sous atmosphère, le soudage s'effectuant dans l'un ou l'autre cas sous gaz protecteur, notamment sous argon, après quoi le processus de fabrica- tion comporte l'exécution, sur le tube ainsi rempli, fermé par un cordon de soudure longitudinal, des opérations telles que laminage, étirage, recuit intermédiaire, nécessaires pour réduire son diamètre jusqu'au diamètre d'utilisation désiré. 2.- Procédé selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que, en analogie avec le cas des baguettes- électrodes enrobées, divers types de fil fourré et élec- trode en fil dourré sont réalisables, selon l'activité métallurgique de la matière de remplissage (par exemple rutile-acide ou basique), aussi bien pour le soudage d'assemblage que pour le soudage de revêtement ou de rechargement,. en harmonisant simultanément la qualité de la matière métallique enveloppante à celle de la matière de remplissage. 3.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que, pour accrottre le rendement métallique des fils fourrés et des électrodes faites avec de tels fils, lors du soudage, on ajoute et mélange, à la matière de remplissage, des composants métalliques, notam- ment de la poudre de fer. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la matière de soudure produite avec ces fils fourrés et avec les électrodes en fil fourré est alliée de façon pré- déterminée, par des additions de métaux d'alliage. 5.- Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé par le fait que les arcs de l'appareil de soudage par procédé TIG sont en outre stabilisés magnétiquement. 6.- Procédé selon la revendication 5, carac- térisé par le fait qu'en plus de la stabilisation magnétique des arcs, le nombre des cathodes en tungstène est diminué grâce au rendement accru des arcs stabilisés, la torche TIG à plusieurs cathodes étant éventuellement remplacée par une torche monocathodique stabilisée magnétiquement. 7.- Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'autre cNté du ruban comporte, pour constituer la partie de Joint coopérant avec la moulure (l) ,une zone marginale (2') pliée qui correspond à la moulure (1). 8.- Baguettes fourrées et électrodes-baguettes enrobées fabriquées à partir de fil obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caracté- risées par le fait que la matière de remplissage est constituée de préférence par des alliages en métal dur ou par d'autres alliages appropriés pour le soudage de rechargement, ou par des éléments d'alliage avantageusement sous forme de grains, et par le fait que les baguettes four- rées, ou les âmes fourrées destinées à recevoir un enrobage pour constituer des électrodes-baguettes fourrées et enrobées, sont obtenues par tronçonnage à longueur. 9.- Electrodes-baguettes enrobées faites avec du fil fourré fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisées par le fait que la matière constituant le remplissage intérieur comporte les composants durs et à arêtes vives, tandis que ls matières aptes au glissement et génératrices de gaz protecteur usuelles sont contenues dans l'enrobage appliqué aux baguettes-âmes obtenues par tronçonnage du fil fourré, l'usure de la filière ou buse étant ainsi réduite. 10.- Electrodes-baguettes enrobées, pour le soudage d'aciers alliés, réalisées avec du fil fourré fabriqué par le procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisées par le fait que les compo- sants d'alliage décisifs pour la composition de la soudure se trouvent à l'intérieur du fil tubulaire qui est soit non allié, soit peu allié, soit partiellement allié, et par le fait que les baguettes-âmes faites avec ce fil fourré sont enrobées, de façon connue en soi, avec les autres composants et matières métallurgiquement actives.