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MATERIEL ET PROCEDE DE SOUDAGE PERFECTIONNES.
La présente invention concerne le soudage et se rapporte plus particulièrement à un procédé et à un matériel pour le soudage d'un joint de grande longueur.
L'invention a pour objet un matériel de soudage, comprenant un appareil de soudage, un chariot monté sur galets susceptibles de transporter l'appareil de soudage le long du joint à souder, une source de flux portée par le chariot, un dispositif pour supporter le flux contre le joint et un dispo- sitif pour amener le flux de la source jusqu'au dispositif qui le supporte.
La présente invention a aussi pour objet un procédé de soudage d'un joint situé le long d'une tôle comportant des arêtes opposées parallèles, pro- cédé qui consiste à fixer la tôle dans une position verticale, l'une de ses arêtes formant une partie du joint à souder, à suspendre l'appareil de soudage à l'autre arête et à faire mouvoir ensuite l'appareil suspendu. le long de l'au- tre arête tout en soudant ledit joint d'une façon continue.
Le soudage manuel de joints de grande longueur est particulièrement fatigant, prend du temps et constitue par conséquent une opération coûteuse, On trouve des joints horizontaux de grande longueur dans de nombreux types de construction et,très souvent, dans la construction de réservoirs soudés ser- vant au stockage de liquides. Dans ces réservoirs, qui peuvent avoir un dia- mètre d'environ 61 mètres ou plus, un certain nombre de tôles sont soudées bord à bord le long de joints horizontaux circulaires. Quand plusieurs joints de ce genre doivent être soudés sur les deux faces, la longueur totale de joints soudés est considérable.
L'appareil, conforme à la présente invention, est particulièrement adapté au soudage de joints horizontaux entre des tôles formant partie d'une construction circulaire, telle qu'un réservoir servant au stockage de liquides.
L'invention met en jeu l'application du soudage à l'arc métallique automatique, et elle s'adapte particulièrement à l'emploi du procédé de soudage à l'arc sub- mergéo
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Suivant la présente invention, l'appareil comporte un chariot auto- matique capable de rouler le long de l'arête supérieure d'une tôle verticale et d'emporter un appareil de soudage le long du joint entre cette tôle inférieu- re immédiatement adjacente. Le chariot est muni de l'appareillage nécessaire lui permettant de souder un joint unique en une seule passe tout autour de la circonférence entière du réservoir. En outre, les deux faces du joint peuvent être soudées simultanément, si on le désire.
On va décrire maintenant, à titre d'illustration des possibilités de mise en oeuvre de l'invention, sans aucun caractère limitatif de la portée de celle-ci, divers modes de réalisation pris comme exemples et représentés aux dessins schématiques annexés.
La figure 1 est une vue latérale de l'appareil conforme à l'inven- tion, situé en position sur une partie des parois latérales d'un réservoir destiné au stockage de liquide.
La figure 2 est une coupe verticale suivant la ligne 2-2 de la fi- gure 1.
La figure 3 est une coupe horizontale suivant la ligne 3-3 de la figure 1.
La figure 4 est une vue de détail à plus grande échelle du sabot portant le flux et des têtes de soudage pour souder simultanément les faces opposées.
Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe faites suivant les joints soudés.
La figure 7 est une vue latérale d'une variante du dispositif sui- vant l'invention.
La figure 8 est une vue d'extrémité du dispositif de la figure 7.
La figure 9 est une vue analogue à la figure 4 montrant une forme modifiée du dispositif supportant le flux utilisé dans le soudage d'un joint sur un seul côté; et
La figure 10 est une vue, analogue à celle de la figure 9, d'un autre mode de réalisation du dispositif.
Le dessin représente un chariot 20 comprenant deux fers U 21 maintenus à distance convenable par des blocs-entretoises 22 et munis, à leur extrémité avant, d'une roue 23 montée entre eux de manière à pouvoir tourner et, à leur extrémité arrière, d'une seconde roue 24 montée de façon similaire.
La roue 24 peut être entraînée au moyen d'une chaîne 25 reliée à un moteur 26 à vitesse variable. Les roues 23 et 24 comportent chacune une rainure pro- fonde 27 disposée pour recevoir l'arête supérieure d'une plaque 28 et déplacer le chariot le long de cette dernière.
Un châssis 29 est suspendu verticalement au chariot et est muni, à son extrémité inférieure, d'un appareil de soudage 30. Dans le mode de réa- lisation particulier représenté aux figures 1 à 4 inclusivement, on a prévu deux ensembles de châssis 29 et appareils de soudage 30. Comme les châssis et appareils de soudage montés sur les deux côtés de la tôle sont analogues à tous points de vue, on n'en décrira qu'un seul en détail. Ainsi, l'appareil de soudage 30 comprend un tambour 31 pouvant contenir une bobine de fil d'élec- trode et un moteur 32 pouvant assurer l'alimentation en électrode à partir de la bobine jusqu'à une tête de soudage 33 dirigée vers le joint 34 existant en- tre la tôle 28 et une tôle inférieure 35.
Dans le mode de réalisation parti- culier de l'invention choisi à titre d'exemple, l'appareil de-soudage utilisé est celui connu sous le nom d'appareil "Unionmelt", et les organes moteurs sont munis de dispositifs permettant de régler la vitesse d'alimentation en électro- de en fonction des variations de la tension appliquée à la zone de soudage.
Un dispositif (non représenté) est également prévu pour assurer la répartition convenable de l'énergie électrique pour la production d'un arc de soudage.
Des poignées à commande manuelle 36 et 37 sont prévues pour déplacer la tête de soudage 33 vers l'intérieur, vers l'extérieur et verticalement, de manière
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à la placer à une distance convenable et suivant un alignement correct par rap- port au joint 34. Un ressort 38 est relié au châssis et à l'appareil de sou- dage pour appuyer ce dernier contre la tôle 35.
. La partie inférieure du châssis 29 est munie d'une paire de roues 39 en contact avec la tôle 35 pour rouler sur cette dernière. Un dispositif d'embrayage commandé par la poignée 40 est prévu pour assurer l'enclenchement du moteur d'entraînement 26 sur la roue 24 afin d'assurer la propulsion du cha- riotet, par conséquent, celle de l'appareil le long du joint. Le moteur d'entraînement 26 peut être réglé pour donner une vitesse de déplacement le long de la soudure, variant de 0,25 à 1,5 m. environ par minute.
Comme indiqué précédemment, l'appareil de soudage particulier re- présenté fait application de la méthode de soudage dénommée à l'arc submergé, dans laquelle l'arc produit entre l'extrémité de l'électrode et le joint à souder se trouve complètement recouvert par une couche d'un matériau granulai- re servant de flux. Le flux utilisé dans la méthode représentée est un maté- riau fusible, chimiquement stable, se présentant sous forme de granules, sen- siblement exempt de substances dégageant pendant le soudage de grandes quanti- tés de gaz. Les portions non fondues de ce type particulier de flux granulai- re peuvent être utilisées plusieurs fois sans inconvénient.
Il est prévu une trémie 42 capable de contenir une provision de flux et de l'amener au moyen d'une canalisation 43 à un support 44 prévu pour recevoir le flux et situé im- médiatement en avant de l'arc. Le flux 47 a pour rôle de permettre l'utilisa- tion de très fortes intensités, afin de concentrer la chaleur produite, de nettoyer le bain de métal et de le maintenir en place, ainsi que de protéger, de l'atmosphère, le métal chaud de la soudure. Pour cette raison, le support de flux est d'une largeur et d'une longueur suffisante pour permettre la formation d'une digue de flux et retenir ainsi le flux en position jusqu'à ce que la soudure ait fait prise.
Un tuyau d'aspiration 45 présente son extrémi- té inférieure au voisinage immédiat du support situé derrière l'arc; afin de capter le flux non fondu du support, par l'intermédiaire d'une pompe, et d'en faire retour à la trémie.
La forme la plus simple donnée au. support (fig. 9) est une corniè- re 48 fixée par quelques pointes de soudure 49 à la tôle inférieure 35 située immédiatement au-dessous du joint 34. Bien entendu, d'autres moyens peuvent être prévus pour maintenir le support en position. Le flux est amené par la canalisation 43 au support juste en 'avant de l'arc et la canalisation d'aspi- ration 45 enlève, du support, le flux non fondu après qu'il a rempli son rôle.
Une autre forme de support de flux est représentée sur la figure 10; il compor- te un sabot 50 porté par le châssis 29 et appliqué vers l'extérieur au moyen d'un ressort 51 contre la tôle 35 placée juste au-dessous du joint. Le sabot a une longueur telle, dans le sens longitudinal du joint, qu'elle est suffisan- te pour permettre la prise du métal fondu avant enlèvement du flux par le moyen de la canalisation d'aspiration., Aux , figures 1 à 4 inclusivement, on a représenté un support de flux comprenant un bandage 53 de type chenille comprenant un dispositif porteur sans fin 54 supportant un certain nombre d'éléments 55. Le dispositif porteur est monté sur des galets 56 montés pour pouvoir tourner sur des axes sensiblement verticaux et portés sur les extrémités supérieures de goujons 57 montés sur le châssis 29.
Les éléments 55 peuvent être faits en acier, fibre, bois, amian- te, ou autres matériaux analogues. Ce mode particulier de réalisation de l'in- vention est avantageux en ce que le flux ne se déplace pas, c'est-à-dire, qu'il ne se trouve pas entraîné le long de la soudure comme c'est le cas pour le mo- de de réalisation de la figure 10. Le flux se déverse de la canalisation 43 sur les éléments 55 juste en avant de la tête de soudage 33 et il reste en po- sition contre le joint jusqu'à ce que le chariot soit déplacé d'une distance égale à celle qui sépare la canalisation 43 de la canalisation d'aspiration 45, d'où le flux non fondu est enlevé et ramené à la trémie.
Un mode de réalisation sensiblement similaire est représenté aux figures 7 et 8, dans lesquelles une paire de galets 60 sont montés de manière à pouvoir tourner sur le montant 57 autour d'axes qui sont quelque peu incli- nés sur l'horizontale, comme il est indiqué à la figure 8. Une courroie sans
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fin 61 est portée par les galets et est entraînée par contact entre l'arête intérieure biseautée et canelée de chaque galet et la tôle inférieure 35. Un support constitué par une tôle plate 63 est porté par une barre 64 qui réunit les poteaux 57 au voisinage de leurs extrémités supérieures et supporte la par- tie centrale de la courroie pour s'opposer à son enfoncement sous le poids du flux.
Quand les faces opposées des joints sont toutes deux soudées, mais non simultanément, les résultats obtenus peuvent être ceux représentés à la figure 6, dans laquelle la soudure 70 exécutée sur une face et la soudure 71 exécutée sur la face opposée font toutes deux saillies vers l'extérieur mais n'atteignent pas le centre du joint. Si les deux soudures ne se rencontrent pas, une petite zone 72 reste infondue dans le joint. Cette solution est ac- ceptable pour les joints horizontaux soumis à de faibles tensions comme ceux existant dans des réservoirs de stockage de pétrole, suivant les normes de . l'American Petroleum Institute qui prévoient que des joints de cette nature peuvent présenter une pénétration partielle, pourvu que la partie non soudée soit située au centre et n'excède pas un tiers de l'épaisseur des tôles son- dées les plus minces.
Toutefois, la demanderesse a découvert que la même dé- pense d'énergie que celle utilisée à la production d'un joint de pénétration partielle, comme représenté à la figure 6, produira un-joint à pénétration com- plète, comme illustré à la figure 5, à la condition que: les deux faces soient soudées simultanément. Les tôles supérieures et inférieures, représentées à la figure 5, ont la même épaisseur que les tôles de la figure 6 et la soudure extérieure 70a s'étend jusqu'à la soudure intérieure 71a, de telle sorte qu'il y a fusion complète au joint.
Il est admis que le soudage simultané des deux faces assure une puissance de chaleur très élevée qui favorise la pénétration profonde, et la méthode de soudage à l'arc électrique ainsi illustrée produit un champ magnétique maintenant le bain dans le joint. La demanderesse a trou- vé qu'il est possible de produire d'une manière constante des soudures, du ty- pe représenté à la figure 1, dans lesquelles la zone de fusion traverse complè- tement le joint, même si l'épaisseur des tôles atteint 25,4 mm environ ou plus.
Si l'on désire souder les deux faces simultanément, sans toutefois assurer une fusion complète du joint, on peut avancer la tête de soudage montée sur une des faces de 15 à 20 cm environ en avant de la tête de soudage montée sur l'au- tre face.
Les tôles à souder doivent être dressées à l'atelier à environ 16 100 de mm. près. C'est la procédure usuelle.
La conduite de l'appareil suivant l'invention sur le terrain est extrêmement simple; il est seulement nécessaire de fixer les tôles ensemble bord à bord au moyen d'un dispositif de bridage temporaire ou analogue, de placer le chariot sur l'arête supérieure de la tôle, après avoir réglé la po- sition initiale des roues pour régler la position de la tête de soudage 33 et amorcer l'arc, l'écoulement du flux, et le mouvement du chariot, en faisant fonctionner des dispositifs contrôles appropriés. Le soudage sera exécuté d'une manière continue soit sur l'une, soit sur les deux faces du joint, comme désiré, jusqu'à ce que le joint soit complètement exécuté sur toute sa longueur.
Bien qu'il puisse être inutile de régler l'appareil de soudage au cours de son déplacement le long du joint, la demanderesse a trouvé qu'il était opportun de prévoir un dispositif de repérage placé juste en avant de la tête de souda- ge et en alignement avec cette dernière, d'autant plus que la tête de soudage elle-même se trouve cachée par le flux au cours du soudage. Un ouvrier peut surveiller le trajet suivi par le repère le long de la soudure et effectuer les quelques petits réglages qui s'avèrent nécessaires pour maintenir l'aligne- ment convenable au cours du déplacement du chariot d'une tôle à l'autre.
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PERFECTED WELDING EQUIPMENT AND PROCESS.
The present invention relates to welding and relates more particularly to a method and equipment for welding a joint of great length.
The subject of the invention is welding equipment, comprising a welding device, a carriage mounted on rollers capable of transporting the welding device along the joint to be welded, a source of flux carried by the carriage, a device for supporting the flow against the joint and a device for bringing the flow from the source to the device which supports it.
The present invention also relates to a method of welding a joint situated along a sheet having parallel opposed edges, which process consists in fixing the sheet in a vertical position, one of its edges forming a part of the joint to be welded, to suspend the welding device from the other edge and then to move the suspended device. along the other edge while welding said joint in a continuous fashion.
Manual welding of long joints is particularly tiring, time consuming and therefore expensive. Long horizontal joints are found in many types of construction and very often in the construction of welded tanks. for the storage of liquids. In these tanks, which may have a diameter of about 61 meters or more, a number of plates are welded edge to edge along circular horizontal joints. When several such joints are to be welded on both sides, the total length of welded joints is considerable.
The apparatus, in accordance with the present invention, is particularly suitable for welding horizontal joints between sheets forming part of a circular construction, such as a tank for storing liquids.
The invention involves the application of automatic metal arc welding, and it is particularly suited to the use of the submerged arc welding process.
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In accordance with the present invention, the apparatus comprises an automatic carriage capable of rolling along the upper edge of a vertical sheet and carrying a welding apparatus along the joint between this immediately adjacent lower sheet. The cart is fitted with the necessary equipment enabling it to weld a single joint in a single pass all around the entire circumference of the tank. In addition, both sides of the joint can be welded simultaneously, if desired.
A description will now be given, by way of illustration of the possibilities for implementing the invention, without any limiting nature of the scope thereof, various embodiments taken as examples and shown in the appended schematic drawings.
Figure 1 is a side view of the apparatus according to the invention, located in position on part of the side walls of a tank for storing liquid.
Figure 2 is a vertical section taken on line 2-2 of Figure 1.
Figure 3 is a horizontal section taken on line 3-3 of Figure 1.
FIG. 4 is a detail view on a larger scale of the shoe carrying the flux and of the welding heads for simultaneously welding the opposite faces.
Figures 5 and 6 are sectional views taken along the welded joints.
FIG. 7 is a side view of a variant of the device according to the invention.
Figure 8 is an end view of the device of Figure 7.
Fig. 9 is a view analogous to Fig. 4 showing a modified form of the flux supporting device used in welding a joint on one side only; and
FIG. 10 is a view, similar to that of FIG. 9, of another embodiment of the device.
The drawing shows a carriage 20 comprising two U irons 21 kept at a suitable distance by spacers 22 and provided, at their front end, with a wheel 23 mounted between them so as to be able to turn and, at their rear end, with a second wheel 24 mounted in a similar fashion.
The wheel 24 can be driven by means of a chain 25 connected to a variable speed motor 26. The wheels 23 and 24 each have a deep groove 27 arranged to receive the upper edge of a plate 28 and move the carriage along the latter.
A frame 29 is suspended vertically from the carriage and is provided, at its lower end, with a welding apparatus 30. In the particular embodiment shown in Figures 1 to 4 inclusive, two sets of frames 29 and welding apparatus 30. As the frames and welding apparatuses mounted on both sides of the sheet are similar in all respects, only one will be described in detail. Thus, the welding apparatus 30 comprises a drum 31 capable of containing a coil of electrode wire and a motor 32 capable of supplying the electrode with the electrode from the coil to a welding head 33 directed towards the electrode. joint 34 existing between plate 28 and a lower plate 35.
In the particular embodiment of the invention chosen by way of example, the welding apparatus used is that known under the name of the "Unionmelt" apparatus, and the driving members are provided with devices making it possible to adjust. the speed of the electrode supply as a function of the variations in the voltage applied to the welding zone.
A device (not shown) is also provided for ensuring the proper distribution of electrical energy for the production of a welding arc.
Manually operated handles 36 and 37 are provided to move the welding head 33 inward, outward and vertically, so
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in placing it at a suitable distance and in a correct alignment with respect to the joint 34. A spring 38 is connected to the frame and to the welding apparatus to press the latter against the sheet 35.
. The lower part of the frame 29 is provided with a pair of wheels 39 in contact with the sheet 35 in order to roll on the latter. A clutch device controlled by the handle 40 is provided to ensure the engagement of the drive motor 26 on the wheel 24 in order to ensure the propulsion of the cart, consequently that of the apparatus along the joint. . The drive motor 26 can be adjusted to give a speed of travel along the weld, varying from 0.25 to 1.5 m. approximately per minute.
As indicated above, the particular welding apparatus shown makes application of the so-called submerged arc welding method, in which the arc produced between the end of the electrode and the joint to be welded is completely covered. by a layer of granular material serving as flux. The flux used in the method shown is a meltable, chemically stable material in the form of granules, substantially free of substances which give off large quantities of gas during welding. The unmelted portions of this particular type of granular stream can be used several times without inconvenience.
There is provided a hopper 42 capable of containing a supply of flux and of conveying it by means of a pipe 43 to a support 44 intended to receive the flux and situated immediately in front of the arc. The role of the flux 47 is to allow the use of very high intensities, in order to concentrate the heat produced, to clean the metal bath and to keep it in place, as well as to protect the metal from the atmosphere. hot solder. For this reason, the flux carrier is of sufficient width and length to allow the formation of a flux dam and thus hold the flux in position until the weld has set.
A suction pipe 45 has its lower end in the immediate vicinity of the support located behind the arch; in order to capture the unmelted flow of the support, by means of a pump, and to return it to the hopper.
The simplest form given to. support (fig. 9) is an angle 48 fixed by a few solder points 49 to the lower plate 35 situated immediately below the joint 34. Of course, other means can be provided to hold the support in position. The flow is supplied through line 43 to the support just ahead of the arc and the suction line 45 removes unmelted flow from the support after it has served its purpose.
Another form of flow support is shown in Figure 10; it comprises a shoe 50 carried by the frame 29 and applied outwardly by means of a spring 51 against the sheet 35 placed just below the seal. The shoe has a length such, in the longitudinal direction of the joint, that it is sufficient to allow the setting of the molten metal before the flux is removed by means of the suction line., Aux, Figures 1 to 4 inclusive , there is shown a flow support comprising a tire 53 of the caterpillar type comprising an endless carrier device 54 supporting a number of elements 55. The carrier device is mounted on rollers 56 mounted to be able to rotate on substantially vertical axes and carried on the upper ends of studs 57 mounted on the frame 29.
The elements 55 can be made of steel, fiber, wood, asbestos, or the like. This particular embodiment of the invention is advantageous in that the flux does not move, that is to say, that it is not entrained along the weld as is the case. for the embodiment of figure 10. The flux flows from the pipe 43 onto the elements 55 just in front of the welding head 33 and it remains in position against the joint until the carriage is moved by a distance equal to that which separates the pipe 43 from the suction pipe 45, from which the unmelted flow is removed and returned to the hopper.
A substantially similar embodiment is shown in Figures 7 and 8, in which a pair of rollers 60 are rotatably mounted on post 57 about axes which are somewhat inclined to the horizontal, as it is. is shown in figure 8. A belt without
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end 61 is carried by the rollers and is driven by contact between the bevelled and grooved inner edge of each roller and the lower sheet 35. A support consisting of a flat sheet 63 is carried by a bar 64 which joins the posts 57 in the vicinity of their upper ends and supports the central part of the belt to oppose its depression under the weight of the flow.
When the opposite sides of the joints are both welded, but not simultaneously, the results obtained may be those shown in Fig. 6, in which the weld 70 made on one side and the weld 71 made on the opposite face both protrude towards outside but do not reach the center of the joint. If the two welds do not meet, a small area 72 remains unfused in the joint. This solution is acceptable for horizontal joints subjected to low tensions such as those existing in petroleum storage tanks, according to the standards of. the American Petroleum Institute which anticipate that joints of this nature may exhibit partial penetration, provided the non-welded portion is centrally located and does not exceed one-third the thickness of the thinnest sounded plates.
However, we have found that the same energy expenditure as that used in producing a partial penetration seal, as shown in Figure 6, will produce a full penetration seal, as shown in Figure 6. figure 5, on condition that: the two faces are welded simultaneously. The upper and lower sheets, shown in Figure 5, have the same thickness as the sheets of Figure 6 and the outer weld 70a extends to the inner weld 71a, so that there is complete fusion at the attached.
It is recognized that the simultaneous welding of the two faces provides a very high heat output which promotes deep penetration, and the electric arc welding method thus illustrated produces a magnetic field holding the bath in the joint. The Applicant has found that it is possible to consistently produce welds, of the type shown in FIG. 1, in which the melting zone completely passes through the joint, even if the thickness of the welds. sheet metal reaches about 25.4 mm or more.
If you want to weld both sides simultaneously, without however ensuring complete fusion of the joint, you can advance the welding head mounted on one of the faces approximately 15 to 20 cm in front of the welding head mounted on the au - face it.
The plates to be welded must be dressed in the workshop to approximately 16 100 mm. near. This is the usual procedure.
The operation of the apparatus according to the invention in the field is extremely simple; it is only necessary to fix the sheets together edge to edge by means of a temporary clamping device or the like, to place the carriage on the upper edge of the sheet, after having adjusted the initial position of the wheels to adjust the position of the welding head 33 and initiate the arc, the flow of flux, and the movement of the carriage, by operating appropriate control devices. Welding will be carried out in a continuous fashion on either one or both sides of the joint, as desired, until the joint is completely executed along its entire length.
Although it may be unnecessary to adjust the welding apparatus during its movement along the joint, the Applicant has found it advisable to provide a locating device placed just in front of the welding head. and in alignment with the latter, especially since the welding head itself is hidden by the flux during welding. A worker can monitor the path the mark takes along the weld and make any small adjustments that are necessary to maintain proper alignment as the carriage moves from one sheet to another.
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