Brevet FR2508363A1 — publié le 19821231

Procédé pour le soudage automatique de plaques métalliques disposées angulairement au moyen de quatre arcs en série et en une seule passe La présente invention concerne le soudage électrique automatique de plaques métallique; disposées angulairement et elle a trait,plus particulierement à un tel soudage à l'aide de quatre arcs et en une seule passe. On connait divers procédés pour le soudage électrique automatique de plaques métalliques, en particulier de plaques métalliques disposées angulaireinent. La technique moderne fait appel a des poutres soudées qui, pour divers types d'exigences dynamiques, de situations sous contrainte, ete. doivent pré- senter une continaité en ce qui concerne les soudures d'angle. On obtient actuellement cette continuité 'a l'aide d'un système dans lequel on forme un chanfrein approprié sur les bords des parties centrales(âmes) où on effectue de ce fait diverses passes successives jusqu'# ce que le cordon de soudure nécessaire soit terminé. Un système de soudage électrique automatique connu dans l'industrie sous la désignation de système "tandem", permet de souder des bords non chanfreinés et en contact l'un avec l'autre au moyen d'une seule passe d'une tête de soudage qui comprend deux arcs disposés -l'un derrière l'autre, le second arc complétant le cordon de soudure commencé par le premier arc pendant que ce premier cordon de soudure n'est pas encore refroidi. On sait, à ce sujet, que les problèmes soulevés par I'ex8cuton d'un soudage électrique automatique sont en général aggravés dans le cas 'd'un soudage électrique automatique dans un angle de pièces non localisées. En fait, dans ce cas, le soudage wen tandem" mentionné ci-dessus est limité aux cordons de soudure ayant au maximum un côté de 10 mm. Le côté du cordon de soudure est la dimension de chaque cathète de sa section droite triangulaire. La demanderesse a perfectionné le procédé "tandem" précité b l'aide d'un procédé appelé "triarc" qui consiste X utiliser trois arcs en série, ce qui permet d'augmenter jusqu'à environ 50 % les dimensions maximales du cordon de soudure obtenu à l'aide de ce procédé. Le procédé "triarc" permet en outre d'augmenter considérablement la- vitesse de soudage par rapport au procédé "tandem" antérieur. Le procédé faisant ltobjet de la présente invention permet d'augmenter encore la vitesse de soudage et, pour les cordons de soudure d'angle , de donner 8 ceux-ci des dimensions atteignant t6 me, tandis que les limites de dimensions du procédé antérieur inventé par la demanderesse ne permettent pas de dépasser 13 mm. En outre, le procédé de la présente invention permet d'obtenir des joints d'angle pénétranten une seule passe, pour des poutres soumises à un état de contrainte particulier (voies pour des grues se déplaçant en surplomb, ponts, platesformes marines pour le forage des puits de pétrole, etc.) et présentant des épaisseurs de partie centrale atteignant 27 mi. Â ceci, il convient d'ajouter une amélioration des caractéristiques mécaniques du cordon de soudure comme on-pourra le remarquer dans les exemples donnés ci-après. En fait, l'étalement de la charge thermique sur une grande longueur de soudure augmente l'avantage déià obtenu quand on passe du système "tandem" au système "triarc" précité par le fait que la résistance mécanique du matériau se trouve accrue à la fois dans la zone ayant fondu et dans la zone qui a été influencée par le chauffage et que la dureté diminue dans cette zone qui a été influencée par le chauffage. Le procédé faisant l'objet de la présente invention consiste à utiliser quatre électrodes formées par des baguettes disposées de façon appropriée et espacées l'une de l'autre en fonction des dimensions du cordon de soudure à former, 8 alimenter la première électrode avec un courant continu, à la relier au pôle positif et 8 alimenter les seconde, troisième et que- trième électrodes avec un courant alternatif. Selon la présente invention et indépendamment du côté du cordon de soudure devant entre formé, les diamètres des baguettes-électrodes sont choisis de manière à être d'environ 3 à 4 mm pour la baguette alimentée avec un courant continu et d'environ 3,0 - 3,5 mm pour les baguettes alimentées avec un courant alternatif. Les objets et avantages de la présente invention apparattront de façon plus claire dans la description donnée ci-après à titre purement illustratif et non limitatif en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en plan d'un profilé en double T (en H ou I) auquel est appliqué le procédé de la présente invention, les positions des huit électrodes divisées en groupes de quatre sur chaque côté du profilé en double T pouvant en fait etre vues sur la figure ;; la figure 2 est une coupe par le plan Il-Il de la figure 1, passant par la position de l'électrode alimentée avec un courant continu la figure 3 est une coupe par les trois plans III-III de la figure 1, passant par les électrodes alimentées avec un courant alternatif la figure 4 est un détail agrandi de la figure 2, de même que les figures 5, 6 et 7 représentent chacune des détails agrandis de la figure 3, en ce qui concerne la seconde électrode, la troisième électrode et la quatrième électrode, respectivement la figure 8 représente la coupe transversale de l'extré- mité d'une partie centrale devant être soudée à une plaque de renforcement d'une poutre composite à l'aide du procédé selon la présente invention et par formation d'un cordon pénétrant de soudure d'angle On va maintenant décrire un mode de réalisation préféré. En se référant particulièrement à la figure 1, on voit que la référence 10 désigne un profilé en double T, le T étant projeté sur un plan parallèle au plan dans lequel se trouve la partie centrale (âme) du profilé. Les références 11, 12, 13, 14 désignent les baguettes-électrodes utilisées en série pour la formation simultanée de deux cordons de soudure d'angles. La flèche 15 indique la direction de déplacement du profilé pendant le soudage par rapport aux électrodes qui peuvent être considérées comme étant fixes. Bien entendu, la flèche 15 indique le déplacement de la pièce à souder par rapport aux électrodes, de sorte que dans un mode de réalisation différent, les électrodes peuvent se déplacer et la pièce è souder peut rester immobile. Comme on peut le voir sur la figure 1, les baguettesélectrodes 11 à 14 sont toutes légèrement inclinées vers l'arrière par rapport à la direction d'avance de la pièce 10 à souder. Cette inclinaison peut être de l'ordre de 5 à 1500 La distance entre l'extrémité inférieure de la baguette-électrode 11 et l'extrémité inférieure de la baguette-électrode 12, indiquée comme étant (a) est de l'ordre de 30 à 60 mm et augmente avec l'augmentation des dimensions du cordon de soudure B former. La distance (b) entre la seconde électrode et la troisième électrode est de l'ordre de 40 à 80 mm et augmente également avec les dimensions du cordon de soudure. De môme, la distance (c) entre la troisième et la quatrième électrode est de l'ordre de 50 à 100 mm, toujours avec des valeurs qui augmentent comme les dimensions du cordon de soudure. Comme il-apparatt d'après les chiffres indiqués dans le tableau 1, où sont résumés les paramètres opératoires de trois exemples de modes de réalisation concernant des cordons de soudure ayant des côtés de 8, 10 et 13 mm, respectivement, la vitesse (v) d'avance de la pièce à souder diminue è mesure que le côté de la soudure augmente et varie de 1300 è 600 mm/minute. L'axe des électrodes fait un angle sensiblement constant avec la verticale dans le cas de toutes les quatre électrodes, cet angle étant mesuré dans le plan transversal perpendiculaire à la direction d'avance indiqui par (v). Cet angle, à savoir (b) pour la première électrode et (B) pour les trois électrodes suivantes alimentées avec un courant alternatif, est compris entre 20 et 250 et est de préférence choisi de manière à entre égal à 220. En ce qui concerne la tension d'alimentation des électrodes et les courants correspondants, ceux-ci sont résumés dans le tableau 1 à propos, comme on l'a mentionné ci-dessus, de trois exemples de modes de réalisation de l'invention dans lesquels les côtés des cordons de soudure sont égaux à 8, 10 et 13 mm respectivement. Une telle longueur du côté du cordon de soudure est indiquée dans la ligne 1 du tableau NO 1 et est désignée par (1). D'une façon générale, les tensions d'alimentation sont comprises entre 25 et 35 volts et sont de préférence plus grandes pour les électrodes alimentées avec un courant alternatif. Les courants fournis aux électrodes, comme on peut le voir d'après le tableau t, diminuent de la première à la dernière électrode et, au fur et à mesure que les dimensions du cordon de soudure augmentent, ils augmentent également de manière. à appliquer une chaleur proportionnelle ou sensiblement proportionnelle au volume de la matière devant être réchauffée, comme indiqué sur le tableau 2, ce que l'on va expliquer ciaprès. Aux lignes t6 et 19 du tableau 1, on a indiqué les valeurs des quatre paramètres S1, S2,-S3, S4 qui représentent la distance de l'axe des quatre électrodes par rapport à la ligne inclinée de 220 et passant par l'intersection des faces perpendiculaires de la partie centrale (l'a'me) et de la plaque de renforcement (les ailes) du profilé.Ces distances, exprimées en millimètres, sont positives (+) quand l'axe de l'électrode est plus bas que la ligne mentionnée inclinée de 20-250, et négative dans le cas contraire. Il convient de remarquer que les valeurs S1, S22 S3 sont toutes positives tandis que la valeur S4 est toujours négative ; il en est ainsi en raison du fait que la dernière électrode de soudage doit servir à remplir, du dessus, le cordon de soudure déposé par les trois électrodes précédentes. Dans les quatre dernières lignes du tableau 1, on a donné les diamètres des quatre électrodes pour chacun des trois exemples. Comme on peut le voir sur le tableau 2, la chaleur fournie par unité de volume de matière déposée, par unité de temps, est à peu près constante pour les quatre soudures. Cette particularité peut être déduite du tableau 2 mentionné, où la ligne 1 indique la section transversale À du cordon de soudure en millimètres, la ligne 2 indique le volume (W) du cordon de soudure déposé par unité de temps, les lignes 3 à 6 indiquent le produit des tensions d'alimentation par le courant correspondant, tandis que les quatre dernières lignes indiquent la relation entre les produits mentionnés aux lignes 3 à 6 et le volume du cordon de soudure (W) formé par unité de temps et indiqué à la ligne 2. D'après les dernières lignes du tableau 2, on voit que la chaleur fournie par unité de temps, dans le sens défini ci-dessus, diminue de la première à la dernière soudure ; de plus, elle diminue légèrement à mesure que le c8té du cordon de soudure augmente afin de compenser le rapport plus faible entre la surface de dissipation et le volume dans le cas de cordons de soudure ayant des cités plus grands. Les essais effectués ont montré qu'il n'y avait pas de défauts dans les cordons de soudure obtenus à laide du procédé selon la présente invention. L'examen de macrographie de la section transversale du cordon de soudure montre que le profil extérieur du cordon de soudure se situe dans les tolérances et, de ce fait également, la profondeur de la rainure. Les dendrites tendent à s'étendre vers l'extérieur, ce qui garantit l':Ln#bssi- bilité d'amorçage de fissures d'origine thermique. La dureté de la surface de la soudure se situe également dans les tolérances normalement acceptées et sa distribution est régulière. De plus, de nombreux essais ont montré une bonne ténacité à l'entaillage. En se# référant particulièrement à la figure 8, on soit que celle-ci représente une section d'une partie centrale (une âme) devant être soudée à une plaque de renforcement (ailes) à l'aide de cordons de soudure d'angle pénétrants. Les deux chanfreins créent une languette ou bec central d'une épaisseur (a) de l'ordre de 5 à 10 mm. Cette languette centrale comporte des côtés rectilignes sur une profondeur (d) égal à environ 3 mm. Les côtés du chanfrein se prolongent à partir de là sous la forme d'un arc de cercle de rayon (R) de l'ordre de 5 à 10 mm. Les distances mentionnées sont proportionnelles à l'épaisseur (t) de la partie centrale, qui est de l'ordre de 10 à 30 mm. En conclusion Les avantages que l'on obtient par l'adoption du procédé de soudage selon la présente invention sont les suivants a)Àllant de pair avec les dimensions du cordon de soudure on obtient une vitesse de soudage qui, dans le cas du procédé t'triarct de la présente invention, augmente d'environ 9 % pour une soudure de 8 x 8, d'environ 18 ffi pour une soudure de 10 x 10, et de 44 % pour une soudure de 13 x 13e il en résulte donc une augmentation parallèle de la production. b) La possibilité de former des cordons de soudure de 16 x 16 augmente les possibilités de l'installation qui, actuellement, sont limitées à des cordons de soudure-maximaux de 13 x 13, sans affaiblir le moins du monde la caractéristique de pénétration qui est particulière aux présents cordons de soudure. Il en résulte par conséquent une augmentation de la section de portée du cordon de soudure0 c) La possibilité d'obtenir de meilleures caractéris tiques mécaniques et métallurgiques, déterminées par l'introduction de la chaleur du quatrième arc, présente, en raison de la structure du métal solidifié, un grain plus fin qui est du à l'action du traitement de normalisation du quatrième arc lui-même. pour cette#raison, on obtient une meilleure uniformité de dureté et, de ce fait, des caractéristiques mécaniques du cordon de soudure ainsi que dans la zone influencée par le chauffage. Enfin, le quatrième arc contribue à obtenir un meilleur processus de solidification. En fait, les dendrites se disposent d1elles-mêmes de la manière correcte, en ayant tendance à se tendre vers l'extérieur régulièrement jusqu'à la surface et en limitant ainsi au maximum l'amorçage des fissures d'origine thermique ou les fissures entre dendrites. | TABLEAU 1 I EXEMPLE = 1 2 3 1 mm 8 10 13 | v mm/min 1250 1000 720 A degrés 22 22 | 22 B | degrés 22 22 22 | a | mm 35 40 50 b | mm 45 65 70 c n mm 55 80 90 Ai ampères 560 600 680 V1 volts 26 | 26 27 A2 ampères 440 | 480 500 V2 volts 30 30 32 TABLEAU 1 (Cont.) EXEMPLE = 1 2 3 A3 ampères 400 450 500 V3 volts 34 33 33 A4 ampères 370 440 460 V4 volts 30 31 30 Si mm +2 +2 +2 S2 " +1,6 +1,6 +4 S3 | " +3 +3 +12 S4 " -3 -3 -7 d1 " 4 4 4 d2 " 312 3,2 32 d3 " 3,2 3, 2 | 3,2 d4 " 3,2 3,2 | 3/2 TABLEAU 2 EXEMPLES = 1 2 3 section de la mm 32 50 84,5 soudure volume par unité mm /sec 666 833 1014 3 de temps V1xA1 | Kwatt 14,56 15, 60 18,36 | V3xA3 " 13,60 14,85 16,50 V4xA4 " 11,10 13,64 13,80 Pi W | Kwatts x sec 0r022 0,019 0,018 mm P2 W " 0,020 0,017 0,016 P3 W I 0,020 0,018 02016 P4 W " 0,017 0,016 0,014 I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le soudage électrique automatique de plaques métalliques chanfreinées ou non chanfreinées, disposées angulairement l'une par rapport à l'autre, au moyen d'une pluralité d'arcs placés les uns à la suite des autres, caractérisé par le fait que l'on utilise quatre arcs en série, dont les électrodes sont inclinées, dans le plan transversal, d'environ 15-300 par rapport à la verticale, et sont espacés, le premier du second par un interofiledtenviron 30-60 mm, le second du troisième par un intervalle d'environ 40-80 mm, le troisième du quatrième par un intervalle d'environ 50-100 mm, la première électrode étant alimentée par un courant continu et les trois électrodes restantes par un courant alternatif, la vitesse opératoire étant comprise entre 60 et 140 cm/min, pour former des cordons de soudure ayant des côtés de 8 à 16 mm. 2. Procédé suivant la revendication fi caractérisé par le fait que la tension d'alimentation des électrodes est comprise entre 25 et 35 volts, le courant des électrodes étant choisi de façon correspondante de manière que la chaleur fournie en kilowatts seconde par mm3 au cordon de soudure soit comprise entre U,O12 et 0,025 dans l'ordre décroissant depuis la première jusqu'à la dernière des électrodes et en valeur décroissante à mesure que le côté du cordon de soudure augmente. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre de la première électrode est compris entre 3 et 4 mm tandis que le diamètre des trois électrodes restantes est compris entre 3,0 et 3,5 mm. 4. Procédé suivant la revendication t, caractérisé par le fait que la première électrode est alimentée avec une tension comprise entre 25 et 30 volts et avec un courant compris entre 500 et 700 ampères proportionnellement au côté du cordon de soudure devant être formé, 5. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que les seconde, troisième, quatrième électrodes sont alimentées avec une tension comprise entre 28 et 35 volts et avec un courant compris entre 350 et 520 ampères, ces intensités étant directement proportionnelles au eté du cordon de soudure et inversement proportionnelles au nombre d'électrodes de la série d'électrodes. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'axe de la première électrode est parallèle au plan passant par le pied de la face interne de la plaque métallique verticale et se trouve en dessous de ce plan en étant incliné de 220 par rapport à la verticale et en étant espacé de ce plan par un intervalle d'environ 2,0 mm. 7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'axe de la seconde électrode est parallèle au plan passant par le pied de la face interne de la plaque métallique verticale et se trouve en dessous de ce plan en étant incliné de 220 par rapport à la verticale et en étant espacé dudit plan par un intervalle de 1,5 - 0,4 mm, proportionnellement au coté du cordon de soudure. 8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'axe de la troisième électrode est parallèle au plan passant par le pied de la face interne de la plaque verticale et se trouve en dessous de ce plan en étant incliné de 220 par rapport à la verticale et en étant espacé dudit plan par un intervalle de 3,0 - 12,0 mm, proportionnellement au côté du cordon de soudure devant être formé. 9. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'axe de la quatrième électrode est parallèle au plan passant par le pied de la face interne de la plaque métallique verticale et se trouve en dessous de ce plan en étant incliné d'environ 220 par rapport à la verticale et en étant espacé dudit plan par un intervalle d'environ 3-7 mi. 10. Procédé suivant la revendication j, caractérisé par le fait que, lorsque l'on désire former des joints d'anglepénétrants, comme par exemple entre une plaque de renforcement et une partie principale perpendiculaire à cette plaque, on forme sur les deux côtés du bord de la partie principale devant etre soudée à la plaque de renforcement deux chanfreins symétriques dont le profil transversal est formé par une première partie rectiligne parallèle au plan de la partie principale de la poutre puis par un arc de cercle, ladite partie rectiligne ayant une longueur d'environ 3 mm tandis que le rayon dudit arc de cercle est compris entre 5 et 10 mm, les deux parties rectilignes précitées formant finalement une languette dont la largeur est comprise entre 5 et 10 mm, les valeurs extremes des distances données étant proportionnelles à l'épaisseur de la partie principale qui est comprise entre 10 et 30 mm.