Brevet FR2882670A1 — publié le 20060908

La présente invention concerne un procédé et une installation de soudage à l'arc électrique, de l'aluminium et de ses alliages. Habituellement, les structures de grandes dimensions en aluminium ou en alliages d'aluminium sont préfabriquées en sous-unités qui sont assemblées les unes aux autres par soudage de manière à obtenir la structure complète soudée. A titre d'exemple, on peut citer les silos ou autres réservoirs en alliage d'aluminium des séries 5000 ou 6000, réalisés à partir de plusieurs viroles. Classiquement, le procédé de soudage utilisé pour unir de telles sousunités est de type MIG (pour Metal Inert Gas) avec transfert par pulvérisation axial (spray) ou procédé MIG spray. Or, le soudage par un tel procédé MIG spray de structures de grandes dimensions, typiquement de un ou plusieurs mètres, pose un certain nombre de problèmes. En effet, le soudage de structures de grandes dimensions, l'une avec l'autre, c'est à dire la réalisation d'un cordon ou joint de soudure entre ces structures sur une longueur de plusieurs mètres et / ou une épaisseur allant jusqu'à plusieurs dizaines de centimètres, nécessite la mise en oeuvre d'une intensité de courant importante pour permettre une pénétration efficace et suffisante de la soudure et ce, en un nombre de passes minimum pour ne pas engendrer des temps et des coûts de fabrication trop importants. En outre, on a constaté que la mise en oeuvre, à cette fin, d'un procédé de soudage de type MIG spray classique conduit à des problèmes de stabilité d'arc électrique et / ou de protection gazeuse insuffisante de par un bain de métal en fusion trop volumineux. Le but de la présente invention est alors de pallier les problèmes susmentionnés, en proposant un procédé de soudage, en particulier de structures de grandes dimensions, permettant d'obtenir: - un cordon de soudure de bonne qualité et présentant une résistance élevée aux contraintes industrielles - un soudage en un nombre de passes moins élevé qu'avec un procédé MIG spray classique - une vitesse de soudage élevée et une facilité opératoire de soudage en position. La présente invention concerne alors un procédé cle soudage à l'arc électrique de type MIG pulsé de l'aluminium ou des alliages d'aluminium, mettant en oeuvre une protection gazeuse de la zone de soudage, dans lequel on réalise un cordon de soudure par fusion d'un fil fusible ayant un diamètre d'au moins 1,6 mm, ladite fusion dudit fil étant obtenue pour une intensité de courant d'au moins 200 A. Dans le cadre de la présente invention, on appelle procédé de soudage MIG pulsé, un procédé de soudage mettant en oeuvre un arc électrique généré entre un fil fusible de soudage et la ou les pièces métalliques à souder au moyen d'un courant électrique délivré par une ou plusieurs sources de courant fonctionnant selon un régime de pulsations. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs 15 des caractéristiques suivantes: - le diamètre du fil fusible est d'au moins 2 mm, de préférence d'au moins 2,4 mm. - le diamètre du fil fusible est inférieur ou égal à 5 mm, de préférence inférieur ou égal à 4,5 mm. - l'intensité de soudage est d'au moins 400 A, de préférence d'au moins 600 A. - la vitesse moyenne de soudage est d'au moins 20 cm/min, de préférence de 40 à 60 cm/min. - le cordon de soudure est réalisé en plusieurs passes, de préférence au 25 moins trois passes. - le temps de pulsation est d'environ 1,6 ms à environ 2 m/s, et / ou la fréquence de pulsation est inférieure à 300 Hz, de préférence inférieure ou égale à 270 Hz. - la protection gazeuse est réalisée au moyen d'un gaz choisi parmi l'argon, 30 l'hélium ou leurs mélanges contenant éventuellement du CO2 ou de l'oxygène pour stabiliser l'arc en une teneur inférieure à 2% en volume. - assembler des pièces ou structures ayant une épaisseur d'au moins 10 mm, notamment des viroles ou des sous-unités de silos, de réservoirs ou de cuves. Selon un autre aspect, l'invention porte aussi sur une installation de 5 soudage à l'arc électrique susceptible de mettre en oeuvre un procédé de soudage MIG pulsé selon l'invention, caractérisée en ce qu'elle comprend: - au moins une torche MIG de soudage à l'arc électrique. - des moyens d'alimentation en un fil fusible de diamètre supérieur à 1,6 mm. - des moyens de distribution de gaz permettant de réaliser une protection gazeuse au moins au niveau de la zone de soudage. - des moyens générateurs de courant électrique pulsé permettant de délivrer un courant à une intensité moyenne d'au moins 200 A comprennent au moins deux générateurs de courant pulsé connectés en parallèle et synchronisés. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide de l'exemple ci-après et en références aux figures annexées. Afin de vérifier l'efficacité d'un procédé MIG pulsé selon la présente invention, on couple l'un à l'autre, en parallèle, deux générateurs 1, 2 de courant de soudage avec synchronisation des pulsations, par exemple des générateurs de type 480 TRI commercialisés par la Société LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE, schématisée sur la figure 1. Le couplage des deux générateurs 1, 2 permet d'obtenir une intensité moyenne disponible de 700 à 900 A, une intensité maximale disponible d'environ 1500 A lors de l'amorçage de l'arc électrique et d'environ 1000 A à 1200 A pendant le soudage. En outre, on utilise une torche 3 de soudage MIG de type TM 700 commercialisée par la Société LA SOUDURE AUTOGENE FRANCAISE alimentée avec un fil fusible 4 de nuance ER 5356. On peut également utiliser des fils de nuance 5183, 5180, 4043 ou 4047. Par ailleurs, la zone de soudage, c'est à dire principalement le bain de métal en fusion entre les pièces 5 à assembler, est soumise à une protection gazeuse à l'aide d'un gaz contenant ici essentiellement de l'argon de qualité industrielle, tel le mélange gazeux ARCAL 1 commercialisé par la Société L'AIR LIQUIDE. Les autres paramètres et conditions opératoires mis en oeuvre dans les trois essais réalisés (essais 1 à 3) sont consignés dans les tableau suivant. TABLEAU Essai n 1 2 3 Diamètre du fil 2,4 3,2 1,6 (en mm) Vitesse du fil 7,5 4,5 10 à 12 (en m. min-1) Nombre de 2 couplés en 2 couplés en 1 générateurs parallèle parallèle lbase (en A) 2 X 170 2 x 170 150 Imoy (en A) 2 X240 2 X 270 280 Icrête (en A) 3 X 360 2 X 420 350 à 400 Tension moyenne 25 26,4 27 (en V) Tension de crête 29 32 30 (en V) Temps des 1,6 2 2 pulsations (en ms) Fréquence des 270 130 300 pulsations (en Hz) II est à noter que la figure 2 représente la courbe en fonction du temps de 10 l'intensité moyenne (Imoy) du courant pulsé mis en oeuvre durant le soudage, (base étant le courant minimum, Icrête le courant de pulsation, Ip le temps de pulsation. Le cordon de soudure ainsi obtenu ne présente pas de défauts, ni d'aspérités, tels des caniveaux ou des porosités, et répond, en ce qui concerne sa 15 qualité, aux normes en vigueur. Le procédé selon l'invention peut être appliqué à la réalisation de structures de grandes dimensions (1 à plusieurs mètres) et de fortes épaisseurs (au moins 20 mm), notamment des réservoirs ou cuves de stockage pour l'industrie chimique, des structures ferroviaires ou analogues pour l'industrie du transport et des structures pour l'industrie nucléaire ou pour l'industrie cryogénique. 6 REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage à l'arc électrique de type MIG pulsé, de l'aluminium ou des alliages d'aluminium, mettant en oeuvre une protection gazeuse de la zone de soudage, dans lequel on réalise un cordon de soudure par fusion d'un fil fusible ayant un diamètre d'au moins 1,6 mm, ladite fusion dudit fil étant obtenue pour une intensité de courant d'au moins 200 A. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre du 10 fil fusible est d'au moins 2 mm, de préférence d'au moins 2,4 mm. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le diamètre du fil fusible est inférieur ou égal à 5 mm, de préférence inférieur ou égal à 4,5 mm. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'intensité de soudage est d'au moins 400 A, de préférence d'au moins 600 A. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la vitesse moyenne de soudage est d'au moins 20 cm/min, de préférence de 40 à 60 cm/min. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le 20 cordon de soudure est réalisé en plusieurs passes, de préférence au moins 3 passes. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le temps de pulsation est d'environ 1,6 ms à environ 2 ms, et/ou en ce que la fréquence de pulsation est inférieure à 300 Hz, de préférence inférieure ou égale à 270 Hz. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la protection gazeuse est réalisée au moyen d'un gaz choisi parmi l'argon, l'hélium ou leurs mélanges contenant éventuellement du CO2 ou de l'oxygène pour stabiliser l'arc en une teneur inférieure à 2% en volume. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 pour assembler des pièces ou structures ayant une épaisseur d'au moins 10 mm, notamment des viroles ou des sous-unités de silos, de réservoirs ou de cuves. 10. Installation de soudage à l'arc électrique susceptible de mettre en oeuvre un procédé de soudage MIG pulsé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend: au moins une torche MIG de soudage à l'arc électrique; - des moyens d'alimentation en un fil fusible de diamètre supérieur à 1,6 mm; des moyens de distribution de gaz permettant de réaliser une protection gazeuse au moins au niveau de la zone de soudage; des moyens générateurs de courant électrique pulsé permettant de délivrer un courant à une intensité moyenne d'au moins 200 A comprennent au moins deux générateurs de courant pulsé connectés en parallèle et synchronisés.