Brevet FR2809038A1 — publié le 20011123

La présente invention concerne un système autonome de soutien envers des soudures en soudage monofacial à l'arc électrique à fortes énergies et à haut dépôt de métal, lors de l'assemblage, bout à bout ou en angle, des tôles en acier. Dans la pratique courante du soudage monofacial des aciers, on utilise des supports de soudure en matériau réfractaire présentés sous forme de barreau ou de latte que l'on applique manuellement sur la face envers du joint de soudage à l'aide de rubans auto-adhésifs, d'accessoires de pose mécaniques ou magnétiques. En soudage monofacial à fortes énergies, l'adhésif du ruban de soutien du support est soumis à des températures plus élevées que sa température maximale d'utilisation, celui-ci aura tendance à se réactiver d'où amorce de décollement qu'accentuera la pression subie par le support sous le poids du métal fondu, et risque de chute de celui-ci. Le montage du support sur le joint de soudage nécessite deux opérations manuelles, pose du support par application du ruban adhésif sur les tôles et dépose du support par décollement du ruban. Le montage et la fixation des supports à l'aide de pinces magnétiques nécessite une multiplicité de celles-ci pour obtenir un plaquage total et efficace du support sur les tôles, il est malaisé de combiner un positionnement précis du support sur le joint de soudage avec la pose des pinces magnétiques. Les montages et fixations mécaniques concernant les assemblages des tôles dont la préparation est réalisée à l'aide de cavaliers métalliques soudés ou fixés par goujons sur les tôles, les supports sont glissés dans les cavaliers et appliqués sur le joint de soudage à l'aide de coins de blocage. Ce système nécessite deux opérations supplémentaires à celle de la pose du support, soudage des cavaliers ou soudage des goujons et montage-des cavaliers puis démontage, dessoudage de l'ensemble et meulage des tôles. Les applications de ces procédés présentent les inconvénients d'une part du manque de fiabilité thermique des rubans adhésifs, et d'autre part de la complexité de la préparation, des difficultés de manipulations et de positionnements, de la multiplicité des outillages, de temps de pose et de dépose trop importants de chacun des procédés qui augmentent le coût du processus de soudage. Le système selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. I1 est en effet caractérisé par le fait qu'on utilise un dispositif auto-magnétique constitué par des ventouses magnétiques incorporées au support de soudure en céramique, assurant un positionnement et une fixation rapides du support sur le joint de soudage. On réalise un support de soudure constitué de deux types de pièces spécifiques en céramique thermomécanique : une pièce porteuse Ml composée d'une partie fixe assurant le supportage de la soudure et de deux parties mobiles latérales portant les ventouses magnétiques, de fixation sur les tôles, une pièce de supportage M2 de la soudure; les pièces composant le support de soudure sont assemblées et montées, d'une manière en elle- même connue, sur une armature métallique constituée par deux fils d'acier. La mise en oeuvre du procédé supprime les inconvénients et restrictions qui étaient associées aux procédés actuels de cette technologie, car il permet - de résister sans dommage aux températures élevées générées par le soudage à fortes énergies. - de supprimer les opérations mécaniques préparatoires à la pose et la dépose des supports. - de présenter l'avantage d'une mise en place plus simple et plus rapide que les autres procédés ('3 fois moins de temps que le système auto- adhésif). - de fournir un perfectionnement dans l'art de la soudure protégée qui réduit le coût des méthodes connues actuellement - d'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif plusieurs formes de réalisations conformes à l'invention. Le système objet de l'invention comporte principalement - un dispositif auto-magnétique constitué d'éléments modulaires assurant les différentes fonctions d'un support envers de soudure autonome en soudage monofacial à l'arc électrique à fortes énergies et à haut dépot de métal lors de l'assemblage, bout à bout ou en angle, des tôles en acier planes et de formes, afin de supporter, mouler et protéger le bain de fusion pendant la durée de l'opération de soudage. Le dispositif est constitué par une latte-support caractérisée par un jeu de modules en céramique hautement réfractaire dont la partie active, face supérieure, est réalisée par une gorge destinée à contenir le bain de fusion et mouler le cordon de soudure; la latte est constituée de deux types de modules: un module (M1) de supportage et de fixation, qui comporte une pièce centrale fixe assurant le supportage de la soudure, et de deux pièces mobiles portant chacune une ventouse magnétique assurant la fixation et le maintien en place de la latte sur le joint de soudage; un module (M2) de profil standard assurant le supportage de la soudure; les modules (M1) et (M2) sont assemblés suivant leurs coupes concaves /convexes sur une armature en fils d'acier pour constituer une latte articulée. - Selon une variante le dispositif peut être adapté pour la pose et la fixation de latte-support de soudure pour une application sur les joints d'assemblage en angle des tôles en acier. Pour ce faire, on réalise une pièce en céramique profilée suivant une section triangulaire comportant sur deux faces d'appui une gorge de section rectangulaire sur laquelle sera montée un masse magnétique. - Les modules (M1) et (M2) sont constitués par des pièces en céramique thermomécanique hautement réfractaire, les pièces sont assemblées et montées sur une armature en fils d'acier pour constituer des lattes articulées, les ventouses magnétiques de prise sur les tôles sont constituées par des aimants permanents céramiques anisotropes (tenue en température en continu de 500 C). L'effet de démagnétisation inhérent au point de Curie n'affecte pas l'efficacité des aimants. L'invention va être décrite de façon plus détaillée par un exemple en regard des dessins annexés dans lesquels . Le dessin 1 représente en figure 1 une vue en perspective du dispositif . Le dessin 2 représente en figure 2 une vue en perspective du module (MI), en figure 3 une vue en perspective de la pièce 3 et en figure 4 une vue en perspective de la pièce 6 du module (M1). . Le dessin 3 représente en figure 5 une élévation du module (M1), en figure 6 une vue de dessus; en figure 7 une élévation-vue de gauche, en figure 8 une coupe suivant l'axe AB. . Le dessin 4 représente en figure 9 une coupe. suivant l'axe CD du module (M1), en figure 10 une coupe suivant l'axe EF. En figure 11 une élévation, une vue de dessus et une élévation vue de gauche du module (M2). . Le dessin 5 représente en figure 12 un montage des modules (M1) et (M2) sur une armature métallique pour constituer une latte-support, en figure 13 le principe du montage des fils de l'armature sur les pièces céramiques. . Le dessin 6 représente en figure 14 le montage du support de soudure sur un joint de soudage, en figure 15 le montage du support de soudure sur un joint de soudage dont les tôles sont délignées sur le plan horizontal. En figure 16 une vue en perspective de la pièce d'une latte-support variante du dispositif pour les applications sur les joints de soudage en angle,en figure 17 une élévation en vue de droite de cette pièce. . Le dessin 7 représente en figure 18 un montage des pièces angulaires (9) sur une armature métallique pour constituer une latte-support. . Le dessin 8 représente en figure 19 le montage du support de soudure sur un joint de soudage en angle de 60 , en figure 20 le montage du support de soudure sur un joint de soudage en angle de 90 . Le dispositif représenté sur la figure 1, vue en perspective, comporte un ensemble de modules assemblés sur deux fils d'armature (4) constituant 'une latte-support de soudure (A) comprenant des modules (M1) assurant la fixation de la latte sur les tôles acier du joint de soudage, constitués par une pièce fixe (3), deux pièces mobiles (6) supportant une ventouse magnétique (2) reliées et articulées à la pièce fixe (3), par les fils (4) de l'armature; des modules (M2) assurant le supportage de la soudure constitués par des pièces (1). Les éléments du dispositif représentés sur les figures 2 et 4, concerne le module (M1), la figure 2 montre une vue en perspective du module, constitué d'une pièce centrale (3) dont la face active est constituée par une gorge (7) destinée à supporter et mouler le cordon envers de soudure et deux pièces latérales (6) supportant une ventouse magnétique (2) destinée à la fixation de la latte-support (A) sur le joint de soudage, les pièces (3) et (6) sont montées sur un fil axial (4); la figure 3 montre une vue en perspective de la pièce (3); la figure 4 montre une vue en perspective de la pièce (6). Les éléments du dispositif représentés sur les figures 5 à 8, concerne le module (M1), la figure,5 montre une élévation du module avec en (3) la pièce centrale de soutien, en (7) la gorge destinée au moulage du cordon envers de soudure, en (6) les pièces latérales porte-ventouse magnétique assurant la fixation sur les tôles acier, en (4) les fils de l'armature métallique de la latte (A); la figure 6 montre une vue de dessus du module avec en (2) les ventouses magnétiques, en (6) les pièces latérales mobiles, en (3) la pièce centrale fixe, en (4) les fils d'armature; la figure 7 montre une élévation vue de gauche du module, avec en (3) la pièce centrale fixe, en (6) la pièce latérale mobile, en (2) la ventouse magnétique, en (4) le fil d'armature; la figure 8 montre en coupe suivant l'axe AB une vue en élévation du module, avec en (2) les ventouses magnétiques, en (6) les pièces latérales mobiles, en (4) les fils de l'armature métallique, en (3) la pièce centrale fixe, en (7) la gorge destinée au moulage du cordon envers de soudure. Les éléments du dispositif représentés sur les figures 9 à 11, concerne les modules (M1) et (M2), la- figure 9 montre en coupe suivant l'axe CD une vue de dessus du modus (M1), avec en (6) les pièces latérales porte-ventouse magnétique, en (4) les canaux de montage des fils de l'armature, en (3) la pièce centrale fixe ; la figure 10 montre en coupe suivant l'axe EF une vue en élévation du module (M1), avec en (3) la pièce centrale fixe, en (6) la pièce latérale mobile, en (4) le canal de montage du fil de l'armature; la figure 11 montre en élévation, vue de gauche et vue de dessus une pièce du module (M2). Les éléments du dispositif représentés sur les figures 12 et 13, concerne le montage des modules sur l'armature pour construire une latte-support, la figure 12 montre une vue en perspective du montage avec en (1) les pièces du module (M2), en (3) le module (M1), en (4) les fils de l'armature; la figure 13 montre le montage des fils d'armature, avec en (1) les pièces modulaires, en (4) le fil, en (5) le point de fixation par collage ou pose d'un insert du fil sur la pièce. Les éléments du dispositif représentés sur les figures 14 et 15, concerne son application dans le montage du support de soudure sur un assemblage bout à bout avec chanfrein de tôles d'acier en soudage monofacial, la figure 14 montre un montage du module (Ml) sur un joint de soudage de tôles rectilignes, la figure 15 montre un montage sur un joint de soudage dont les tôles sont délignées. Les éléments du dispositif représentés sur les figures 16 à 20, concerne une variante du dispositif (M1-M2) décrit précédement et qui consiste en une adaptation de celui-ci pour des applications de soudage monofacial sur les joints d'assemblage en angle des tôles en acier, la figure 16 montre un module (M3) profilé pour se monter sur des angles de 60 et 90 , avec en (11) une ventouse magnétique, montée sur une gorge (14), en (10) deux canaux de montage des fils de l'armature métallique de la latte-support; la figure 17 montre une élévation vue de droite de la pièce (9). La figure 18 montre le montage des modules (M3) pour constituer une latte-support, avec en (9) les pièces porte-ventouse magnétique (11), en (12) les pièces nues, en (10) les fils de l'armature métallique. La figure 19 montre le montage du support de soudure sur un joint de soudage en angle de 60 , avec en (9) le support, en (13) les tôles à souder; la figure 20 montre un montage sur un joint de soudage en angle de 90 . Le fonctionnement du dispositif comporte deux fonctions principales, fixer et maintenir en position le support envers de soudure sur le joint d'assemblage bout à bout ou en angle de deux tôles en acier, déposer le support après l'opération de soudage. Ces fonctions sont assurées par les opérations suivantes: - la première opération consiste à mettre en place la latte-support (A) sur le joint de soudage, pour cela centrer et poser la latte sur le joint de soudage puis la fixer en appuyant les ventouses magnétiques sur les tôles. - la deuxième opération consiste à déposer la latte-support, pour cela retirer la .latte par simple traction. La pose et. la dépose des lattes-support s'opère manuellement, avec facilité et rapidité. Le dispositif principal et sa variante selon l'invention sont particulièrement destinés aux assemblages bout à bout ou en angle de tôles en acier planes et de formes par soudage monofacial à l'arc électrique à fortes énergies et à haut dépôt de métal, l'invention est susceptible d'applications industrielles en chaudronnerie, en constructions navales, en constructions mécaniques et métalliques. Il va de soit que la présente invention n'a été décrite ci-dessus, qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toutes variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS -1) Système auto-magnétique manuel de soutien envers des soudures en soudage monofacial à l'arc électrique à fortes énergies et à haut dépôt de métal, lors de l'assemblage, bout à bout ou en angle, des tôles en acier planes et de formes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif constitué par une série de modules (M1)-M2) composant une latte (A), pour le principal et le module (3) pour la variante, assurant les différentes fonctions permettant d'assurer le supportage, le moulage et la protection du bain de fusion pendant la durée de l'opération de soudage. (figures 1.2.15.16.19.20) -2) Dispositif principal selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif est constitué par un module (M1) assurant la fixation et le maintien de la latte-support sur les tôles du joint de soudage, le module (M1) comporte trois pièces en céramique hautement réfractaire, une pièce centrale fixe (3) assurant le supportage de la soudure, deux pièces latérales mobiles (6), portant chacune une ventouse magnétique (2), reliées et articulées à la pièce fixe (3) sur deux axes communs (4) et assurant la fixation et le maintien du dispositif sur les tôles à souder (8). (figures 1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.14.15) -3) Dispositif principal selon les revendications 1.2 précédentes caractérisé en ce que le dispositif est constitué par un assemblage alterné de modules (M1) et de modules (M2) assemblés suivant leurs coupes concaves/convexes sur deux fils métalliques axiaux (4) pour constituer une latte-support (A). (figures 1.12) -4) Dispositif selon les revendications 1.2.3 précédentes caractérisé en ce que les applications du module (M3) concernent une variante du dispositif principal qui consiste en une adaptation de ce modulé pour des opérations de soutien de soudure lors de l'assemblage en angle des tôles planes et de formes en acier; caractérisé en ce qu'il comporte une pièce (9) en céramique hautement réfractaire prof ilée' suivant une section triangulaire comportant sur deux de ses faces une gorge trapézoïdale (14) destinée au montage d'une masse magnétique (11) assurant la fixation et le maintien du dispositif sur les tôles à souder (13); le dispositif de cette variante est constitué par un assemblage alterné de pièces (9) munies de ventouse magnétique (11) et de pièces (12) nues, assemblées sur feux fils métalliques axiaux (10) pour constituer une latte-support (B) . (figures 16.17.18.19.20) -5) Dispositifs selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils peuvent être utilisés pour contenir, protéger le bain de fusion et mouler le cordon envers de soudure lors du soudage monofacial à fortes énergies et à haut dépôt de métal des joints d'assemblage bout à bout ou en angle de deux tôles en acier.