Brevet FR2513159A1 — publié le 19830325

La présente invention est relative à une pate de protection utilisable pour effectuer une soudure à l'arc, en particulier une soudure réalisée sous l'eau. Des entreprises qui effectuent des soudures et fabriquent des équipements et fournitures de soudage, ont essayé de mettre au point pour leur usage propre et/ou pour l'offrir à la vente, une méthode et un équipement de soudage qui permettraient de réaliser l'opération de soudage quelles que soient les conditions extérieures. Il est généralement reconnu que la soudure à l'arc, en particulier la méthode impliquant une protection par un gaz, qui est simple à utiliser dans de bonnes conditions extérieures, n'est pas satisfaisante dans des conditions de vent, de courants d'air, de pluie et/ou d'humidité, sans compterles conditions inhérentes à la soudure sous-marine. La soudure sous l'eau a fait l'objet d'un intérêt croissant et de travaux de mise au point, ces dernières années. La soudure sous l'eau a principalement eté utilisée pour effectuer des travaux de réparation sur des plates-formes de forage, des conduites sous-marines de pétrole et de gaz, des navires et des installations portuaires. Les structures soudées étaient généralement telles qu'il aurait été impossible ou beaucoup trop coûteux de les élever jusqu'à la surface. Le but de la soudure sous l'eau a été d'obtenir des soudures de haute qualité. Les méthodes connues de soudure sous l'eau peuvent être divisées en deux groupes principaux en fonction du lieu dans lequel est faite la soudure : les méthodes dites humides et les méthodes dites seches. Les méthodes dites humides connues utilisant la soudure à la tige, emploient généralement des électrodes à souder ordinaires rewetues d'un enduit imperméable à l'eau de peinture vinylique ou de cire de paraffine, qui les empêche d'être humidifiées Dans les méthodes dites humides utilisant un arc protégé par du gaz, en plus de L'équipement classique, on emploie un outil de soudage dans lequel un jet d'eau est projeté sous la forme d'un cne creux depuis un orifice annulaire extérieur, afin de maintenir l'eau éloignée de la zone de l'arc. Un jetd'eau a été utilisé avec des résultats relativement bons dans la méthode humide au C02. Dans les méthodes humides, ainsi que le nom l'implique, on n'empêche pas l'eau d'accéder à la zone de l'arc. Dans les méthodes dites sèches, on empêche l'eau d'atteindre la zone de l'arc en recouvrant celui-ci d'un bouclier de zotection de soudage qui est essentiellement fermé (bien ': & 'évidem- ment, le joint à souderioive autre laissé libre) ou alors ouvert sa partie inférieure et qui peut peut être transparent ou opaque.Avec des dispositifs ou boucliers de protection dont le fond est ouvert, l'outil de soudage est généralement inséré par endessous ; dans le type complètement fermé et de petite taille, l'outil est inséré à travers la paroi. Si le dispositif de protection de soudage est suffisamment grand, le soudeur peut travailler à l'intérieur de celui-ci. L'atmosphère régnant dans le bouclier de protection peut etre constituée par un gaz de protection ou par de l'air. Dans le soudageFsous l'eau réalisé par des méthodes sèches, on peut obtenir une soudure de même qualité, au moins a de -faibles profondeurs, qu'avec une soudure effectuée à l'air, hors de l'eau. Toutefois, les méthodes sèches#présentent des inconvénients en ce qu'il est long de fixer et de déplacer le dispositif de protection de soudage et qu'il est peu pratique et peu commode de souder avec une telle protection. De plus, dans de nombreux ondroits, il n'est pas possible d'utiliser un bouclier de protection de soudage. La soudure dite humide, à laquelle se rapporte la présente invention, constitue un moyen très souple et très économique de réaliser un travail de soudure sous l'eau. Elle peut etre effectuée en utilisant, coté du régulateur d'immersion nécessaire, le même équipement que celui qui est employé à terre. La qualité de la soudure obtenue par des méthodes humides, n'approche cependant pas celle des soudures résultant de méthodes sèches. Trois facteurs nuisent à la qualité de la soudure et chacun de ceux-ci est une conséquence de de l'eau environnante.Il s'agit de la vitesse de refroidissement élevée, de la forte teneur en hydrogène et de la pres- sion ambiante, qui, en particulier aux profondeurs plus importantes, affectent les réactions qui se produisent dans l'arc et le déport de matière, ainsi que les réactions ayant lieu entre la masse fondue et les scories. Le plus important problème soulevé par les méthodes humides, réside dans l'apparition de fissures induites par l'hydrogène, résultant de la forte teneur en hydrogène absz- bée par le joint de soudure. Le problème est aggrave par la grande vitesse de refroidissement qui réduit la diffusion de l'hydrogène vers l'extérieur de la soudure, et par l'impossibilité de réaliser un préchauffage ou un post-chauffage pour éliminer l'hydrogène, réduire la tension ou éviter une micro-structure fragile. En conséquence de la forte vitesse de refroidissement, des aciers de construction développent souvent une microstructure pressentant de fortes tensions internes et une tendance à la fragilité. Un autre problème important présenté par les méthodes humides, est celui de la médiocre résistance aux chocs de la ligne de soudure. La pression ambiante, en particulier aux profordeurs relativgnent gantes, affecte les conditions des réactions des scories. De plus, le refroidissement rapide signifie que les oendîtions cinétiques #éalab'les nécessaires à une. purification suffisante du matériau de soudure, ne sont pas satisfaites. En particulier lors du soudage à la tige réalisé selon la méthode humide, tout en travaillant dans des conditions pénibles, il faut entre très habile pour éviter des défauts de soudure tels que la porosité, l'inclustion de scories, la scorifîcation du joint de soudure et des défauts d' implantation ou d 'asseeblage. La pate de protection conforme à la présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients associés jusqu'à maintenant aux méthodes dites humides de soudure et d'obtenir une pate de protection qui convient pour la soudure à l'arc réalisée dans l'eau ou un autre liquide, ou dans l'air. Les caractéristiques de la présente invention sont présentées par la suite. Les composants fondamentaux de la pate de protection conforme à la présente invention sont une substance de base, un agent éclairant (qui facilite le travail) et une substance permettant l'élimination de l'hydrogène. La substance de base est formée d'acide oléique, d'acide stéarique et d'acide palmitique mélangés dans de la glycérine. L'agent éclairant peut entre du phosphore et l'oxyde de fer peut servir à l'élimination de l'hydrogène. Le magnésium peut etre utilisé à la fois à titre d'agent illuminant et pour éliminer l'hydrogène. On peut mélanger un peu de poudre d'aluminium à la pate de protection lorsqu'on soude de l'acier inoxydable et qu'on utilise des electrodes austénitiques. Dans une forme d'application préférée de la patte conforme à la présente invention, la substance de base contient 41 à 60 % en poids d'acide oléique, 8 à 21 % en poids d'acide stéarique et 20 à 30 % en poids d'acide palmitique. De plus, elle peut renfermer 1 à 4 % en poids d'acide myristique et/ou 1 à 10 % en poids d'aci#de linoléique. La quantité de phosphore amorphe utilisée à titre d'agent éclairant dépend de la profondeur du lieu de travail et de la visibilité, mais elle est généralement comprise entre environ 2 et 10 % en poids de la base. Une quantité convenable d'oxyde de fer utilisée pour l'élimination de l'hydrogène est comprise entre environ 4 et 6 %, par exemple elle est de 5 % du poids de la base. Le magnésium peut servir à la fois à éclairer et à éliminer l'hy drogène,; dans ce cas, la quantité de magnésium présente est avantageusement comprise entre 5 et 15 % du poids de la base. Par l'intermédiaire d'une substance introduite dans la zone de l'arc et/ou par une substance qui, avec l'eau, forme un mélange fluide ou liquide, une solution ou similaire qui conduit l'électricité, on a essayé de faciliter la combustion contrôlée de l'arc, d'obtenir une masse fondue de soudure plus graMe, de retarder Le refroidiss Grâce à la présente invention, une substance électroconductrice dans la zone de l'arc facilite l'amorçage de l'arc et sa combustion dans l'eau. En brûlant, elle forme une zone protectrice de gaz, empêchant l'eau d'atteindre l'arc et la masse fondue. Une telle zone de gaz de protection est formée en particulier lorsque des substances organiques sont utilisées. De plus, elle forme une couche de scories, qui protège la masse fondue de l'action de l'eau lorsqu'il y a tant de substance qu'elle n'est pas entièrement consommée dans l'arc. Cette couche supplémentaire de scories formée par la substance, ralentit le refroidissement de la masse fondue et améliore ainsi la séparation des gaz et de celle-ci. Comme le refroidissement est plus lent, il est plus facile d'obtenir une configuration de soudure satisfaisante.La substance exerce un rôle sur la vitesse de fusion et la pénétration.La vitesse de fusion et la pénétration sont améliorées en particulier lorsqu'on utilise des substances organiques, qui, en brûlant dans l'arc, produisent des quantités considérables d'énergie thermique. Dans des essais de soudage avec la pâte de protection conforme à la présentevinvention, on a obtenu d'excellents résultats. Les raisons n'en sont pas complètement comprises. Un autre facteur retardant le refroidissement de la soudure, en plus de l'effet protecteur exercé par la substance auxiliaire, pourrait être celui-ci ; consécutivement à l'utilisation de la substance auxiliaire, il se forme des courants électriques à l'extérieur de l'arc réel, entre l'électrode et l'ensemble de l'objet en cours de soudage, qui chauffent alors l'objet, l'eau qui peut se trouver à son voisinage, et la soudure avec la couche de scories et la couche supplémentaire de scories. La soudure resterait alors plus longtemps chaude, ce ameliorant l'élimination de l'hydrogène et réduisant ainsi la fragilité due à celui-ci, en renforçant la résistance du joint de soudure. Une soudure effectuée sous l'eau avec la pute de protection conforme à la présente invention peut être classée parmi celles qui sont-obtenues par une méthode humide, parce que l'eau, ainsi que des additifs éventuels ont un accès pratiquement sans restriction à la zone de l'arc. La méthode convient pour etre utilisée avec tous les types de méthodes de soudure à l'arc et de soudure à l'arc en présence de gaz, telles que la soudure au baton (tige, SMA), MIG, MAG, TIG, (GTA), Arcatom ou au plasma. L'équipement et l'appareillage requis varient en fonction de la méthode de soudure choisie. La description fournie ci-après est principalement relative à la soudure sous l'eau, parce que la soudure à l'arc sous l'eau présente couramment les plus grands problèmes. Néanmoins, il est possible d'exploiter la méthode pour une soudure à l'arc réalisée dans d'autres conditions extérieures, par exemple une soudure à l'arc effectuée à l'air. Dans ce cas, la substance électroconductrice et/ou la substance qui, avec l'eau, forme un mélange fluide ou liquide, une solution ou similaire, électroconducteur, empoche les effets nuisibles de l'air aussi bien que de l'eau sur la soudure. Lorsque la pate de protection est utilisée pour une soudure à l'arc réalisée dans l'air, il se forme davantage de vapeurs que dans le cas de soudure à l'arc effectuée sous l'eau. A ce propos, on doit mentionner une application de la présente invention, dans laquelle le gaz normal de protection utilisé dans la soudure à l'arc, est remplacé par une pute qui protège à la fois l'arc et la soudure. La pute convient particulièrement bien pour être utilisée dans le cas de soudure à l'arc réalisée à la fois dans l'eau et dans l'air, la pute protégeant à la fois l'arc et la soudure. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère au dessin annexé dans lequel les figures 1 à 4 représentent divers modes de réalisation de soudures utilisant la pute de protection conforme à l'invention Il doit store bien entendu, toutefois, que ce dessin et les parties descriptives correspondantes, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne constituent en aucune manière une limitation. Dans la figure 1, l'arc l est amorcé entre l'électrode de soudage 9 et la matière de base 13. En meme temps, l'électrode de soudage 9 fond et forme la soudure 10, qui fond aussi avec la matière de base 13. Alors que se forme la soudure 10, l'enduit de l'électrode de soudage 9, crée une couche 11 de scories sur le sommet de la soudure. La patte 2 conforme à la présente invention est introduite dans la région de l'arc 1. Dans l'application représentée sur la figure 2, la pute est introduite dans la région de l'arc 1, par l'intermédiaire d'une buse annulaire qui entoure l'électrode de soudage 9 et l'arc. La pâte rend la région de l'arc électroconductrice. Cette méthode ressemble à la méthode de soudure à l'arc protégée par un gaz (MIG, MAG, TIG), mais alors la pâte conforme à la présente invention remplace le gaz. La buse annulaire peut évidemment se prolonger jusqu'au fil métallique d'apport. L'uti lisation d'un gaz de protection en plus de la pâte est évidemment possible. La figure 3 représente une application dans laquelle l'arc 1, qui est formé entre ltélectrode de soudage 9 et la matière de base 13, est partiellement protégée par une pâte 3 conforme à la présente invention. Dans la région de l'arc, une substance est libérée par la pâte 3, qui se dissout et rend l'eau se trouvant dans la région de l'arc électrocondua- trice ; la soudure a lieu sous l'eau, tandis que l'eau entoure l'objet en cours de soudure. A mesure que se déroule le soudage la pâte 3 est déplacée derrière l'arc, tandis que se forme la soudure, si bien que l'arc brûle dans le creux 7 forme par le morceau de pâte. La pute 3 se dépose aussi en une couche pro tectrice 8 sur la soudure 10. La couche protectrice 8 retarde le refroidissement de la ligne de soudure et empoche tout contact entre l'eau et la soudure.De plus, la pute 3 qui reste sur la ligne de soudure chaude 10, étant constituée de substance organique, continue à briller même après le passage de l'arc et ce fait contribue à prévenir efficacement un refroidissement excessivement rapide de la soudure. L'application de l'invention à une électrode de soudage 9, est représentée par la figure 4. Dans celle-ci, une électrode de soudage 9 classique, enduite ou nue, est revêtue, de plus, d'une pute 3 qui libère et/ou dissout dans la région de l'arc 1, une substance rendant cette région électroconductrice. Le creux 7 peut, évidemment, être également entouré par la pute sur le côté ouvert de ltespace devant être comblé par une soudure ; dans ce cas, l'arc est essentiellement dans un espace clos. L'application de la méthode conforme à la présente invention n'est pas limitée aux exemples ci-dessus. Par exemple, les guides servant à la substance auxiliaire utilisée lors du soudage et qui sont des éléments de l'équipement de soudage mis en oeuvre, peuvent comprendre, par exemple, une buse annulaire ou similaire entourant partiellement ou de préférence complètement la tige ou le fil d'électrode, ou bien une ou plusieurs buses tubulaires ou autres, situées dans le proche voisinage de la tige ou du fil d'électrode. De plus, la substance auxiliaire peut être introduite au moyen d'un piston, d'une pompe centrifuge ou à diaphgrame ou d'une autre pompe ou d'un autre dispositif d'alimentation analogue, tel que, par exemple, un systene d'alimentation à vis ou similaire. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Pate de protection utilisable pour réaliser une soudure en particulier sous l'eau, selon des méthodes humides, caractérisée en ce que qu'elle comprend a) une substance de base contenant de la glycérine mélangée à de l'acide oléique, de l'acide stéarique et de l'acide palmitique ; b) du phosphore amorphe et/ou du magnésium à titre d'agent éclairant ; et c) de l'aqae de fer et/où du magnésium pour l'élimination de l'hydrogène. 2. Pâte de protection selon la revendication 1, caractérisée en ce que la substance de base contient 41 à 60 % en poids d'acide oléique, 8 à 21 % en poids d'acide stéarique et 20 à 30 % en poids d'acide palmitique. 3. Pâte de protection selon la revendication 2, caractérisée en ce que la substance de base contient, de plus, 1 à 4 %en poids d'acide myristique et/ou 1 à 10 % en poids d'acide linoléique. 4. Pâte de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle renferme 2 à 20 % en poids de phosphore amorphe, exprimés en pourcentage du poids de la substance de base. 5. Pâte de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée'en ce qu'elle renferme approximativement 4 à 6 %, de préférence 5 % d'oxyde de fer, exprimés en pourcentage du poids de la substance de base. 6. Pâte de protection selon la revendication 1, caractérisée en ce patelle renferme, en plus de la substance de base et exprimée en pourcentage du poids de celle-ci, une quantité d'environ 5 à 15 % de magnésium servant d'agent éclairant et permettant l'élimination de l'hydrogène. 7. Pâte de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle renferme, de plus, de la poudre d'aluminium.