Brevet FR2874343A1 — publié le 20060224

PROCEDE D'ASSEMBLAGE DE DEUX PIECES PAR SOUDAGE A L'ARC ELECTRIQUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte de façon générale au domaine du soudage à l'arc électrique de pièces de faible, moyenne ou forte épaisseur, par exemple du type tôle ou tube. L'invention trouve une application dans le domaine du soudage classique où les pièces à assembler sont positionnées bord à bord, mais est également applicable à tout autre type de soudage tel que le soudage en chanfrein étroit, sans sortir du cadre de l'invention. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE De l'art antérieur, on connaît une multitude de techniques permettant l'assemblage de pièces par soudage à l'arc électrique, dont celle dite de MIG/MAG (de l'anglais Metal Inert Gas / Metal Active Gas), utilisant une électrode fusible. L'avantage principal d'une telle technique est qu'elle est relativement simple à mettre en uvre, ce qui explique notamment la raison pour laquelle cette technique est fortement utilisée pour des applications industrielles. Avec cette technique, un arc électrique est 30 généré entre d'une part l'électrode fusible se présentant sous forme de fil, et d'autre part les pièces à souder, prenant par exemple la forme de tôles ou de tubes. La fusion de l'électrode, qui est dévidée à vitesse constante d'une bobine de fil, permet de créer un bain de fusion qui, après solidification, constitue le cordon de soudure. Si cette technique s'avère globalement satisfaisante, elle ne permet cependant pas d'atteindre une productivité très élevée, c'est-à-dire une vitesse de soudage et/ou un taux de dépôt importants. C'est la raison pour laquelle d'autres techniques dérivées de celle-ci on été mises au point, avec notamment pour objectif d'obtenir un taux de dépôt proche de 4 à 5 kg/h. Parmi ces techniques, on compte tout d'abord celle dite de soudage hybride, combinant de façon simultanée une opération de soudage laser ainsi qu'une opération de soudage à l'arc électrique de type MIG/MAG, cette combinaison ayant pour principal but de pouvoir bénéficier de l'ensemble des avantages conférés par chacune des deux techniques de soudage, et donc d'atteindre une productivité élevée. L'opération de soudage laser s'effectue soit en utilisant une source laser du type Nd-YAG, soit en utilisant une source laser du type CO2. Cette méthode de soudage, très utilisée dans le domaine industriel, permet d'effectuer des soudures étroites et profondes à des vitesses élevées, en générant seulement de faibles déformations des pièces à assembler. Ces avantages proviennent essentiellement de la très forte densité d'énergie apportée par le faisceau laser utilisé. En revanche, la mise en oeuvre d'une telle méthode de soudage laser nécessite une préparation des pièces à souder qui est très délicate. En effet, une des conditions requises pour aboutir à une soudure de bonne qualité est l'obtention du jeu le plus faible possible entre les différentes pièces à assembler. De plus, cette méthode de soudage laser est très onéreuse, les investissements matériels nécessaires pour la mise en ouvre de cette technique hybride étant très importants. Une autre solution connue utilisant la technique de soudage à l'arc électrique de type MIG/MAG consiste à associer plusieurs électrodes fusibles simultanément, afin que celles-ci forment conjointement un même bain de fusion, et permettent ainsi d'augmenter la productivité par rapport à celle obtenue avec l'utilisation d'une électrode fusible unique. Cependant, il a été remarqué que lors de la mise en ouvre d'une telle technique appelée soudage tandem, la vitesse de soudage et/ou le taux de dépôt ne pouvaient atteindre des valeurs élevées telle que celles mises en ouvre avec la technique de soudage hybride exposée ci-dessus, sans que la soudure obtenue ne présente des défauts significatifs tels que la présence de caniveaux, parfois associée à une porosité et une pénétration irrégulière de ce cordon de soudure. Par ailleurs, un autre inconvénient relatif à l'utilisation de plusieurs électrodes fusibles circulaires rapprochées les unes des autres, également appelées électrodes rondes, réside dans le fait qu'il est souvent nécessaire de prévoir un système de synchronisation complexe et coûteux des sources électriques alimentant les électrodes fusibles, dans le but de limiter ou d'éviter les interactions magnétiques susceptibles de se produire entre les arcs électriques créés par ces mêmes électrodes. Par conséquent, au vu de ce qui précède, il est noté que les techniques connues de soudage à l'arc électrique et à électrode(s) fusible(s), mises en oeuvre sur des pièces placées de façon quelconque telle que celles dites de bord à bord ou en chanfrein étroit, ne sont pas entièrement satisfaisantes, notamment en termes de coût et/ou de productivité. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de proposer un procédé d'assemblage de deux pièces par soudage à l'arc électrique remédiant au moins partiellement aux inconvénients mentionnés ci-dessus relatifs aux réalisations de l'art antérieur. Pour ce faire, l'invention a pour objet un procédé d'assemblage de deux pièces par soudage à l'arc électrique utilisant une première torche de soudage coopérant avec une première électrode fusible, ainsi qu'une seconde torche de soudage coopérant avec une seconde électrode fusible disposée de manière à former un même bain de fusion avec: la première électrode et étant située en aval de cette dernière par rapport à une direction de soudage. Selon l'invention, les première et seconde électrodes fusibles utilisées sont chacune de section rectangulaire, la première électrode étant positionnée de manière à être parallèle à un plan P lui-même parallèle à la direction de soudage et étant défini conjointement par les deux axes principaux des première et seconde torches de soudage, et la seconde électrode étant positionnée de manière à être perpendiculaire à ce même plan P. Avantageusement, il a été remarqué qu'avec cette configuration, la productivité pouvait être semblable à celle atteinte avec la technique de soudage hybride connue de l'art antérieur, sans pour autant nécessiter d'équipements complexes et coûteux comme ceux requis pour la mise en uvre de cette même technique hybride. De plus, cette productivité élevée notamment symbolisée par un taux de dépôt pouvant atteindre 4 à 5 kg/h, est largement supérieure à celle obtenue avec la technique de soudage tandem à électrodes fusibles circulaires, et n'engendre aucun défaut du cordon de soudure obtenu. Ces différents avantages sont obtenus grâce à la présence des deux électrodes de section rectangulaire disposées de la façon exposée précédemment. Plus précisément, la première électrode, qui est l'électrode située la plus en avant par rapport à la direction de soudage, se situe donc parallèlement au plan P et à la direction de soudage. De ce fait, cette orientation particulière permet d'augmenter fortement la longueur du plasma d'arc par rapport à celui obtenu avec une électrode circulaire classique, ce qui se traduit par un meilleur préchauffage amont des pièces à assembler, et par une stabilité de l'arc électrique accrue permettant des vitesses de soudage plus importantes, sans que la qualité du cordon de soudure ne soit altérée. Bien entendu, la notion de parallélisme entre le plan P et la première électrode fusible rectangulaire doit être comprise par le fait qu'en section droite de cette première électrode, les longueurs du rectangle sont parallèles au plan P. Elle pourrait aussi être assimilée au fait que le plan P est parallèle à un plan médian de la première électrode de section rectangulaire, lui-même parallèle aux deux grandes faces opposées de cette dernière. La seconde électrode, qui est l'électrode située la plus en arrière par rapport à ,la direction de soudage, se situe donc quant à elle perpendiculairement au plan P. Ici aussi, la notion de perpendicularité entre le plan P et la seconde électrode fusible rectangulaire doit être comprise par le fait qu'en section droite de cette seconde électrode, les longueurs du rectangle sont perpendiculaires au plan P. Elle pourrait aussi être assimilée au fait que le plan P est perpendiculaire à un plan médian de la seconde électrode de section rectangulaire, lui-même parallèle aux deux grandes faces opposées de cette dernière. De ce fait, cette orientation particulière permet tout d'abord d'augmenter significativement la largeur du bain de fusion créé conjointement avec la première électrode, et participe ainsi à l'obtention d'une productivité maximale associée à un cordon de soudure en concordance avec la qualité requise. En outre, cette seconde électrode a pour effet d'augmenter sensiblement les tolérances du procédé, en ce sens que sa disposition spécifique en travers par rapport à une ligne de soudage lui permet de facilement faire face aux variations de jeu entre les deux pièces à souder, que celles-ci soient disposées bord à bord, en chanfrein étroit, etc. Cette seconde électrode procure donc des avantages en termes de vitesse de soudage et de tolérances de procédé, et présente la particularité de ne pas nécessiter d'alimentation électrique trop importante et coûteuse, le courant délivré par un poste de soudage et nécessaire à l'alimentation de l'électrode étant en effet proportionnel à la section de cette dernière. De plus, il a été remarqué que le bain de fusion de largeur importante généré par ces deux électrodes fusibles rectangulaires disposées de la façon exposée ci-dessus permettait de limiter, voire d'éradiquer totalement les risques de perturbations magnétiques des arcs électriques, ce qui implique avantageusement que plus aucun système de synchronisation complexe et coûteux des sources électriques n'est nécessaire, même pour des électrodes sensiblement rapprochées l'une de l'autre. De préférence, les première et seconde torches sont agencées de sorte que leurs axes principaux respectifs soient parallèles. Néanmoins, ces axes pourraient être inclinés l'un par rapport sans sortir du cadre de l'invention, toujours à condition qu'ils forment conjointement un plan P parallèle à la direction de soudage. A cet égard, il est noté que lorsque le procédé de soudage est mis en oeuvre de manière à assembler deux pièces telles que des tôles selon une ligne de soudage rectiligne, la direction de soudage est bien entendu la même durant toute la mise en oeuvre du procédé. En revanche, lorsqu'il s'agit de souder des pièces selon une ligne de soudage courbe, on entend par direction de soudage la direction instantanée de déplacement des électrodes par rapport aux pièces à assembler, ce cas étant notamment rencontré lors de l'assemblage de deux tubes où la ligne circulaire de soudage est agencée dans un plan restant de préférence confondu avec le plan P précité durant toute le mise en oeuvre du procédé. De manière préférentielle, lors de la mis en oeuvre du procédé, les deux axes des torches de soudage sont espacés d'une distance comprise entre 10 et 50 mm, et ces deux torches sont assemblées sur un même bâti. A cet égard, il est noté que la distance entre les torches de soudage est principalement déterminée en fonction du type d'assemblage à souder et des paramètres de soudage adoptés. Pour cette raison, le bâti utilisé est de préférence conçu de manière à autoriser un réglage de l'écartement entre les première et seconde torches de soudage. Toujours de manière préférentielle, le procédé peut être mis en oeuvre à l'aide d'un nombre d'électrodes fusibles supérieur à deux, les électrodes additionnelles étant alors de section circulaire ou rectangulaire, et disposées de façon appropriée en fonction des besoins rencontrés. Comme évoqué précédemment, la technique de soudage à l'arc électrique employée pour Les électrodes fusibles est préférentiellement du type MIG/MAG, notamment en raison de sa simplicité de mise en oeuvre. Enfin, il est indiqué que les première et seconde électrodes utilisées disposent en section droite d'une longueur d'environ 4 mm et d'une largeur d'environ 0,6 mm. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels; - la figure 1 représente une vue de côté d'un dispositif de soudage utilisé lors de la mise en oeuvre d'un procédé de soudage selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, cette figure correspondant également à une vue en coupe prise selon la ligne I-I de la figure 2 mentionnée ci-après; et - la figure 2 représente une vue en coupe prise le long de la ligne II-- II de la figure 1. EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ En référence conjointement aux figures 1 et 2, il est représenté un dispositif 1 de soudage à l'arc électrique, assurant la mise en oeuvre d'un procédé de soudage de deux pièces 2a, 2b, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. Sur les figures, on peut s'apercevoir que les deux pièces 2a, 2b subissant le soudage à l'arc prennent la forme de deux tôles disposées bord à bord le long d'une ligne rectiligne de soudage 4, qui est parallèle à une direction de soudage 6 restant identique durant toute la mise en oeuvre du procédé. Bien entendu, comme mentionné précédemment, le procédé objet de la présente invention pourrait être mis en ouvre pour d'autres types de pièces telles que des tubes, et pour d'autres types d'assemblages tels que celui en chanfrein étroit. A titre indicatif, cette technique de soudage en chanfrein étroit consiste globalement en l'assemblage de deux pièces par soudage, sur lesquelles il est préalablement effectué une opération d'usinage d'un chanfrein dans le but de faire apparaître un faible écartement entre ces deux pièces restant au contact l'une de l'autre dans une partie non- chanfreinée, cet écartement étant généralement inférieur ou égal à 15 mm. A cet égard, il est précisé que le chanfrein étroit requis peut également être simplement obtenu en positionnant les deux pièces de façon écartée l'une de l'autre, dans le mesure où la notion de chanfrein étroit implique habituellement que les deux parois latérales de ce dernier sont tellement peu inclinées l'une par rapport à l'autre qu'elles sont généralement considérées comme étant parallèles. Une fois le chanfrein étroit réalisé, il est ensuite procédé au soudage des deux pièces avec une torche de soudage disposant éventuellement d'un encombrement adapté pour pouvoir pénétrer à l'intérieur de ce chanfrein étroit, cette adaptation étant réputée nécessaire dès lors que la profondeur du chanfrein étroit formé sur les pièces à souder dépasse 25 mm. En revenant au mode de réalisation préféré représenté et plus spécifiquement en référence à la figure 1, on peut voir que le dispositif de soudage 1 utilisé comporte globalement un bâti 12 portant au moins deux ensembles de soudage 14a, 14b, ces ensembles étant aussi appelés torches de soudage. Il est précisé que dans ce mode de réalisation préféré de la présente invention, le nombre de torches retenu est égal à deux, mais qu'il pourrait bien entendu être supérieur, sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la première torche de soudage 14a, d'axe principal 28a, est celle située la plus en avant par rapport à la direction de soudage 6. Elle comprend un premier guide d'électrode 16a fixé au bâti 12, et à l'extrémité duquel est agencé solidairement un premier tube contact 18a. A titre indicatif, on peut noter que dans le cas non représenté du soudage en chanfrein étroit, ces deux éléments 16a, 18a de la torche 14a sont dimensionnés de façon à pouvoir pénétrer tous les deux dans le chanfrein étroit formé par les deux pièces à assembler, leur longueur étant principalement fonction de la profondeur de ce chanfrein, et leur diamètre étant alors de préférence de l'ordre de 6 à 7 mm. Les éléments 16a, 18a de la torche 14a sont préférentiellement réalisés dans un alliage de cuivre, par exemple du cuivre allié au chrome et au zirconium, et présentent chacun un perçage centré (non représenté) destiné à permettre le passage d'une première électrode fusible 22a de section rectangulaire, la =orme des deux perçages situés dans la continuité l'un de l'autre et pouvant être assimilés à un perçage unique étant sensiblement identique à la forme rectangulaire de l'électrode utilisée, massive ou fourrée. De plus, ce perçage (non représenté) est préférentiellement centré sur l'axe principal 28a de la première torche 14a, cet axe 28a correspondant donc à la fois à l'axe principal du perçage, de la première électrode 22a, du guide d'électrode 16a, du tube contact 18a, et plus globalement de la torche de soudage 14a. Toujours en référence plus spécifiquement à la figure 1, on peut voir que la première électrode 22a traverse successivement le guide d'électrode 16a et le tube contact 18a, et se termine par une extrémité en saillie 24a débouchant du perçage pratiqué dans le tube contact 18a, et faisant donc saillie de ce dernier. Il est indiqué que l'électrode 22a de section rectangulaire est de façon connue dévidée à vitesse constante d'une bobine de fil (non représentée). Afin de créer un arc électrique et un soudage du type MIG/MAG entre les pièces 2a, 2b et la première électrode 22a, un courant de soudage est transmis à cette électrode 22a par l'intermédiaire du premier tube contact 18a, qui est raccordé électriquement à un premier poste de soudage, ou première source 26a. Une seconde torche de soudage 14b, située en aval de la première torche 14a par rapport à la direction de soudage 6, est également montée sur le bâti 12 et est de préférence identique ou similaire à la première torche 14a qui vient d'être décrite, comme cela est visible sur les figures. Par conséquent, elle présente un second guide d'électrode 16b solidaire d'un second tube contact 18b, et est traversée par une seconde électrode 22b de section rectangulaire présentant une extrémité en saillie 24b se projetant à partir de son éjection du perçage pratiqué sur toute la longueur de la torche 14b. Ici encore, le perçage et l'électrode fusible 22b sont centrés sur l'axe principal 28b de la torche 14b, les axes 28a et 28b pouvant être inclinés l'un par rapport à l'autre (solution non représentée), mais toujours de manière à définir conjointement un plan parallèle à la direction de soudage 6. De plus, la seconde électrode 22b reçoit un courant de soudage par l'intermédiaire du second tube contact 18b, qui est raccordé électriquement à un second poste de soudage, ou seconde source 26b. Les deux torches 14a, 14b sont donc assemblées préférentiellement parallèlement sur le bâti 12, impliquant que leurs axes respectifs 28a, 28b sont parallèles et forment conjointement un plan P parallèle à la direction de soudage 6. La distance entre ces axes 28a, 28b est de préférence de l'ordre de 10 à 50 mm, et est principalement déterminée en fonction du type d'assemblage à souder et des paramètres de soudage adoptés. Pour cette raison, il est avantageux de prévoir que l'écartement des torches 14e, 14b puisse être réglé, par exemple à l'aide d'un mécanisme à coulissement (non représenté) intégré au bâti 12. Durant la mise en oeuvre du procédé de soudage visant à assembler les deux tôles 2a, 2b, le dispositif 1 est placé au-dessus des ces pièces 2a, 2b de sorte que la ligne rectiligne de soudage 4 appartienne au plan P précité, et également de préférence de sorte que ce plan P parallèle à la direction de soudage 6 soit perpendiculaire aux tôles 2a, 2b. Toujours à titre indicatif, dans le cas d'un soudage en chanfrein étroit, le plan P est alors préférentiellement confondu avec le plan médian du chanfrein étroit précité. De plus, les deux extrémités en saillie 24a, 24b se terminent respectivement par deux extrémités libres 30a, 30b qui sont chacune situées à une distance sensiblement identique des pièces 2a, 2b. La spécificité de l'invention réside essentiellement dans le fait que quelle que soit l'inclinaison des axes principaux 28a, 28b, la première électrode fusible 22a de section rectangulaire est placée de manière à être parallèle au plan P, tandis que la seconde électrode fusible 22b de section rectangulaire est placée quant à elle de manière à être perpendiculaire à ce plan P. Bien entendu, les orientations mentionnées ci-dessus relatives aux électrodes 22a et 22b sont destinées à concerner principalement les orientations de leurs extrémités en saillie respectives 24a, 24b. Cependant, en raison de la conception spécifique des torches 14a, 14b, on comprend bien que dans ce mode de réalisation préféré de la présente invention, ces orientations sont aussi valables pour toute la partie des électrodes 22a, 22b traversant ces torches 14a, 14b à travers les perçages prévus à cet effet. Plus précisément en référence à la figure 2 où les extrémités en saillie 24a, 24b sont représentées en section droite, on peut voir que les longueurs 32a du rectangle formant la section de la première électrode 22a sont parallèles au plan P prenant la forme d'une droite sur cette figure, les longueurs 32a étant également parallèles à la ligne de soudage 4 encore existante en amont de cette électrode 22a, et à la direction de soudage 6. Par ailleurs, on peut aussi voir que les longueurs 32b du rectangle formant la section de la seconde électrode 22b sont perpendiculaires au plan P, à la ligne de soudage 4, et à la direction de soudage 6. De ce fait, on peut alors considérer que dans ce mode de réalisation préféré de la présente invention, les électrodes 22a, 22b, et plus spécifiquement leurs extrémités en saillie 24a, 24b sont agencées de façon perpendiculaire. De plus, comme représenté schématiquement sur cette figure 2, lors de la mise en oeuvre du procédé à l'aide du dispositif 1, on peut voir que le bain de fusion 34 généré conjointement par les deux électrodes 22a, 22b de section rectangulaire commence légèrement en amont d'une extrémité amont de la première extrémité en saillie 24a, et que la largeur de ce bain 34 devient maximale et constante en aval de la seconde extrémité en saillie 24b. A titre d'exemple indicatif, en section droite, chacune des électrodes 22a, 22b peut présenter une longueur de rectangle 32a, 32b de l'ordre de 4 mm, et une largeur de rectangle (non référencée) de l'ordre de 0,6 mm. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier au procédé de soudage qui vient d'être décrit, uniquement à titre d'exemple non limitatif. REVENDICATIONS 1. Procédé d'assemblage de deux pièces (2a, 2b) par soudage à l'arc électrique utilisant une première torche de soudage (14a) coopérant avec une première électrode fusible (22a), ainsi qu'une seconde torche de soudage (14b) coopérant avec; une seconde électrode fusible (22b) dispcsée de manière à former un même bain de fusion (34) avec ladite première électrode (22a) et étant située en aval de cette dernière par rapport à une direction de soudage (6), caractérisé en ce que lesdites première et seconde électrodes fusibles (22a, 22b) utilisées sont chacune de section rectangulaire, ladite première électrode (22a) étant positionnée de manière à être parallèle à un plan (P) lui-même parallèle à ladite direction de soudage (6) et étant défini conjointement par les deux axes principaux (28a, 28b) desdites première et seconde torches de soudage (14a, 14b), et ladite seconde électrode (22a) étant positionnée de manière à être perpendiculaire à ce même plan (P). 2. Procédé d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde torches (14a, 14b) sont agencées de sorte que leurs axes principaux respectifs (28a, 28b) soient parallèles. 3. Procédé d'assemblage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en lesdits deux axes principaux (28a, 28b) des torches de soudage (14a, 14b) sont espacés d'une distance comprise entre 10 et 50 mm. 4. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en utilisant un bâti (12) sur lequel sont agencées chacune des deux torches de soudage (14a, 14b). 5. Procédé d'assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit bâti (12) utilisé est conçu de manière à autoriser un réglage de l'écartement entre lesdites première et seconde torches de soudage (14a, 14b). 6. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à l'aide d'un nombre d'électrodes fusibles supérieur à deux. 7. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la technique de soudage à l'arc électrique employée pour les électrodes fusibles est du type MIG/MAG. 8. Procédé d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et seconde électrodes (22a, 22b) utilisées disposent en sect-_on droite d'une longueur d'environ 4 mm et d'une largeur d'environ 0,6 mm.