Brevet FR3100467A1 — publié le 20210312

Procédé de soudage TIG ou micro plasma de tubes creux en inox de dimension intérieure inférieure ou égale à 4 mm, et dont les parois ont une épaisseur maximale de 1 mm, dans le but de ne pas altérer la forme intérieure du tube au point de fusion, caractérisé par : - Un pré-usinage des pièces à souder selon une tolérance de 1/100éme de mm au parties jointives (a) sur lesquelles intervient la soudure, - L’introduction d’une tige tungstène (b),dont la particularité est d’accumuler la chaleur sans se dilater grâce à un point de fusion bien supérieur à l’inox, préservant ainsi la forme et les dimensions de la section interne du tube, - Une soudure TIG ou micro plasma par fusion en pleine pénétration des éléments rapportés selon une intensité variant de 43 à 5 ampères dans le cas d’une soudure TIG, et 3 à 5 ampères dans le cas d’une soudure micro plasma. Figure pour l’abrégé Fig. 1 procédé de soudage TIG ou micro plasma de tubes (creux) en inox de dimension intérieure inférieure ou égale à 4 mm, et dont les parois ont une épaisseur maximale de 1 mm, dans le but de ne pas altérer la forme intérieure du tube ou pont de fusion. L’invention est relative à un procédé de soudage TIG ou micro plasma de tubes creux en inox de dimension intérieure inférieure ou égale à 4 mm, et dont les parois ont une épaisseur maximale de 1 mm, dans le but de ne pas altérer la forme intérieure du tube au point de fusion. Etat des connaissances : Les connaissances sur l’état de la technique se rapportant à l’invention, peuvent se dissocier en deux familles distinctes : la première concerne les procédés de soudures, la deuxième concerne les procédés de suppression du cordon après soudure. Au regard des procédés de soudures existants qui permettent des soudures sur de petits diamètres avec des épaisseurs faibles, nous distinguons trois types : Un premier type concernant le soudage par faisceau d’électron, le deuxième concerne le soudage laser, le troisième type est relatif à la soudure TIG ou aussi TIG PLASMA. - Relativement au soudage par faisceau d’électron, le principe est que le faisceau d’électron bombarde les pièces à souder et produit une source de chaleur étroite et intense formant un tunnel débouchant à travers les matériaux et se déplaçant le long du joint à souder ; la machine et les pièces à assembler sont maintenues dans une enceinte sous vide. L’avantage de ce procédé est que la puissance est concentrée sur une petite surface. Ce procédé comporte néanmoins plusieurs inconvénients : le dimensionnement de l’enceinte sous vide n’est pas adaptée à la soudure de tubes en raison des contraintes dimensionnelles des tubes (longueur notamment), le temps de préparation important qui handicape le processus de soudage et provoque une mise en œuvre difficile, le temps nécessaire à l’obtention du vide dans la cloche à chaque opération. - Relativement au deuxième procédé énoncé, le soudage laser présente une très forte densité de puissance, de l'ordre du mégawatt par centimètre carré (MW/cm 2 ), ce qui permet de n'avoir qu'une faible zone altérée par la chaleur tout en disposant d'une grande quantité de chaleur associée à une vitesse de refroidissement importante. Par rapport au soudage par faisceau d’électron, le soudage laser a des avantages qui sont : le faisceau peut traverser l'air et ne nécessite pas d'être sous vide, il n’y a pas de génération de rayons X, la qualité de soudage est donc améliorée. Ce procédé présente toutefois des inconvénients relativement à la soudure de tubes minces : le coût de l'équipement, l’accostage des pièces à souder (0,2 mm de précision), la présence rémanente de défauts de forme du cordon, et le manque de pénétration de la soudure. - Relativement au troisième procédé, le soudage TIG (Tungstène/ Inert Gaz) est un arc électrique entre une électrode non fusible en tungstène et la pièce à souder. Dans ce procédé le gaz permet d’éviter l’oxydation. L’avantage du soudage TIG est qu’il permet d’obtenir une très bonne qualité de soudure. L’inconvénient pour la soudure de tube fin de faible épaisseur est que le cordon reste irrégulier à l’intérieur du tube. Pour améliorer le procédé de TIG il existe un procédé additionné qui est le TIG plasma ou bien encore TIG micro plasma lorsqu’il s’agit de petites épaisseurs (Cf. les produits postes à souder de la société EWM ). Dans ce cas, l’arc électrique est confiné et on obtient une veine gazeuse ionisée (plasma) parfaitement conductrice du courant électrique. L’énergie disponible est donc fortement concentrée et les températures atteintes très élevées. L’avantage du procédé plasma réside dans la stabilité de l’arc électrique. Plusieurs avantages sont à mettre au crédit de ce procédé : l’arc électrique est « rigidifié » ce qui permet de mieux maîtriser l’apport d’énergie, les variations de distance entre l’extrémité de la buse et la pièce ont une tolérance amoindrie, la zone affectée thermiquement (ZAT) est plus étroite et les vitesses de soudage peuvent être plus élevées, mise en œuvre plus aisée. La limite de ce procédé est que sur de petites dimensions d’épaisseur des parois (inférieures ou égales à 1 mm) sur des diamètres intérieurs d’ouverture inférieure ou égale à 4mm, des risques d’obstruction partielle ou totale apparaissent du fait qu’aucun dispositif mécanique à l’intérieur du tube ne retient la pénétration. Si bien qu’avant la présente invention, ce procédé de soudure TIG n’était pas adapté pour des tubes dotés à la fois d’un diamètre intérieur de 4 mm et moins, et des parois dont l’épaisseur est égale ou inférieure à 1 mm . Relatif aux procédés de suppression du cordon après soudure et en ce qui concerne les tâches adaptés à l’enlèvement ou la réduction de la surépaisseur au niveau du cordon de soudure : - Par l’apport de métal à cœur ; le brevet TW402537 se rapporte à un procédé et à un dispositif pour la fabrication d'un tube métallique, en particulier un fil de soudage à cœur de flux contenant des éléments de remplissage, comprenant au moins une étape de recuit de recristallisation effectuée par le chauffage à induction à haute fréquence, de préférence au moins 10kHz. Ce procédé de renforcement du flux de soudure ne permet pas de limiter l’effondrement au niveau du cordon. Il ne permet pas non plus de contrer les effets de rochage, caractérisés par le dégagement de gaz avec la formation de cloques irrégulières à la surface du métal qui se solidifie. - Par orifice réalisé dans le tube pour accéder au cordon de soudure inaccessible afin de le supprimer. Le trou est ensuite rebouché et poli depuis un autre endroit qui lui est accessible. Ce procédé est décrit dans le brevet FR3059263. L’inconvénient de ce procédé est qu’il inadapté aux tubes puisque leur longueur et leur petit diamètre ne permettent pas d’accéder à l’intérieur de ceux-ci pour garantir une suppression du cordon. Si bien qu’aucun procédé de soudure connu à ce jour n’était adapté pour la soudure de tubes inox présentant des dimensions d’un diamètre intérieur de 4 mm et moins, et des parois dont l’épaisseur est égale ou inférieure à 1 mm. Présentation de l’invention : L’invention est relative à un procédé de soudage TIG ou micro plasma de tubes creux en inox de dimension intérieure inférieure ou égale à 4 mm, et dont les parois ont une épaisseur maximale de 1 mm, dans le but de ne pas altérer la forme intérieure du tube au point de fusion, caractérisé par : - Un pré-usinage des pièces à souder selon une tolérance de 1/100éme de mm au parties jointives (a) sur lesquelles intervient la soudure, - L’introduction d’une tige tungstène (b),dont la particularité est d’accumuler la chaleur sans se dilater grâce à un point de fusion bien supérieur à l’inox, préservant ainsi la forme et les dimensions de la section interne du tube, - Une soudure TIG ou micro plasma par fusion en pleine pénétration des éléments rapportés selon une intensité variant de 43 à 5 ampères dans le cas d’une soudure TIG, et 3 à 5 ampères dans le cas d’une soudure micro plasma. Plus particulièrement, la tige tungstène (b) a un diamètre extérieur égal ou inférieure au diamètre du tube, avec une tolérance de jeu de 1/100 ème . Le procédé de soudage s’exerce selon deux types de mise en œuvre, soit par mise bout à bout des pièces à souder, soit encore par emboitement de l’une dans l’autre. Pour la soudure bout à bout des pièces (figure 1), l’opération de pré-usinage consiste à dresser chacune des faces des tubes avec une tolérance dimensionnelle au1/100 ème de mm, aux fins que celles-ci s’accostent parfaitement en tout point de la surface jointive à souder. Pour la soudure de pièces emboitées (figure 2), le pré-usinage se caractérise par le dressage des faces et l’ajustement des tubes selon une tolérance de 1/100 ème de mm, tandis que le point de soudure s’exerce en angle entre le tube emboitant (femelle) et l’autre tube emboité (mâle). Que les pièces soient aboutées ou emboitées, le diamètre interne du tube reste constant. Figures Présentation d’une soudure bout à bout des pièces Présentation d’une soudure par emboitement d’une pièce dans l’autre Glossaire : (a) Parties jointives des tubes où intervient la soudure (b) Tige Tungstène placée dans les tubes Procédé de soudage TIG ou micro plasma de tubes creux en inox de dimension intérieure inférieure ou égale à 4 mm, et dont les parois ont une épaisseur maximale de 1 mm, dans le but de ne pas altérer la forme intérieure du tube au point de fusion, caractérisé par : - Un pré-usinage des pièces à souder selon une tolérance de 1/100éme de mm au parties jointives (a) sur lesquelles intervient la soudure, - L’introduction d’une tige tungstène (b),dont la particularité est d’accumuler la chaleur sans se dilater grâce à un point de fusion bien supérieur à l’inox, préservant ainsi la forme et les dimensions de la section interne du tube, - Une soudure TIG ou micro plasma par fusion en pleine pénétration des éléments rapportés selon une intensité variant de 43 à 5 ampères dans le cas d’une soudure TIG, et 3 à 5 ampères dans le cas d’une soudure micro plasma. Procédé de soudage selon revendication 1 caractérisé en ce que la tige tungstène (b) a un diamètre extérieur égal ou inférieure au diamètre du tube, avec une tolérance de jeu de 1/100 ème . Procédé de soudage selon revendication 1 caractérisé par deux types de mise en œuvre, soit par mise bout à bout des pièces à souder, soit encore par emboitement de l’une dans l’autre. Procédé de soudage selon revendication 3 caractérisé pour la soudure bout à bout des pièces, en ce que l’opération de pré-usinage consiste à dresser chacune des faces des tubes avec une tolérance dimensionnelle au1/100 ème de mm, aux fins que celles-ci s’accostent parfaitement en tout point de la surface jointive à souder. Procédé de soudage selon revendication 3, dans le cas la soudure de pièces emboitées, en ce que le pré-usinage se caractérise par le dressage des faces et l’ajustement des tubes selon une tolérance de 1/100 ème de mm, tandis que le point de soudure s’exerce en angle entre le tube emboitant et l’autre tube emboité.