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Le soudage électrique par fusion dans les machines de soudage à rapprochement de construction courante est bien connu et s'effectue de manière différente suivant que l'épaisseur de la paroi des objets à souder est supérieure 'ou inférieure à 3 mm.
Au soudage des objets ayant une épaisseur de paroi supérieure à 3 mm, le soudage à-rapprochement par fusion s'opère de façon qu'après le serrage des objets à souder tre les mâchoires de la machine à souder à rapprochement, les mâchoires sont reliées à une source de courant et mis en mouvement de façon que les objets se touchent.
Le contact mutuel des objets à souder permet le passage du courant électrique à travers les objets à souder et un échauffement local par résistance électrique aux points
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de contact, après quoi les deux objets à souder sont éloignés l'un de l'autre, de sorte à produire un arc électrique éliminant par fusion les rugosités des sur- faces à souder. Oet échau.ffement. par résistance élec- trique aux points. de c.o.ntact et la fusion'des rugosités @ de surface par 1''effet d'un arc électrique lors de L'élcignement mutuel des objets à souder se répètent alternativement.
Lorsque, de cette manière l'objet sous traitement est suffisamment réchauffé, la fusion s'opère, consistant en la création d'un arc électrique brulant de façon continue et met en fusion les surfaces à souder,, rapprochées mutuellement et simultanément l'une de l'autre.
Lors de cette fusion, il est indispensable de maintenir, force d'un rapprochement mutuel propre des objets à souder, une longueur constante de l'arc électrique. Ce maintien d'une longueur constante s'opère à l'aide des procédés différents assez compliqués, par exemple, par l'emploi d'une résistance variable à cet effet par suite du changement de la longueur de l'arc durant la fusion.
En effet, cet arc électrique agit sur un appareillage compliqué, contrôlant et règlant à son tour la vitesse de rapprochement des objets sous traitement.
Apres l'achèvement de la fusion, les objets à souder sont pressés l'un sur l'autre à une vitesse de foulage usuelle de 25 mm/seconde. L'interruption du courant de soudage devant prondre lieu seulement après la compres- sion des objets à souder, est réalisée ordinairement à l'aide, des contacts de butée et est sujette à l'influence de la part de l'opérateur. L'observation de l'instant approprié de l'interruption du courant de soudage par rapport au foulage des objets à souder exerce une in-
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fluence essentielle sur la qualité de la soudure.
Dans les cas, où il s'agit d'un matériau dont l'épaisseur des parois ne dépasse pas 3 mm, l'échauf- fement préalable des matériaux à souder peut être omis et la fusion peut s'opérer immédiatement à partir de l'état froid, le maintien de la longueur constante de l'arc électrique s'opérant dela même façon comme dans les cas des matériaux d'une épaisseur des parois de plus dé 3 mm.
Dans les machines de soudage à rapprochement d'usage pour effectuer ce procédé de soudage par fusion, le mouvement des mâchoires ',l'effet de rapprocher ou éloigner mutuellement les objets sous traitement est commandé par un dispositif¯mécanique.
Le procédé de soudage électrique par fusion avec échauffement préalable par résistance présente un inconvénient consistant dans le fait que son allure est relativement lente et exise une fusion, prenant un temps relativement trop long pour effectuer la fusion des aurfaces à souder. Dans le cas, par exemple, d'une surface de coupe transversale de l'objet à souder de 400 mm2, ce procédé prend environ 14 secondes et dans le cas d'une surface de 2.000 mm2 environ 52 secondes.
Oette durée prolongée d'échauffement préalable occasienne des pertes essentielles d'énergie électrique en raison de la transmission de chaleur par conduction du point de soudage au matériau environnant, et en outre une zone de largeur considérable à proximité du joint étant nous l'influence thermique, ce qui résulte en une détérioration de la qualité du'matériau traité. Ces in- oonvénients se manifestent tout particulièrement dans
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Les cas de soudage des matériaux hétérogènes, par exemple des acisrs spéciaux alliés ou rapides avec des aciers au oar- hone.
Le procédé de soudage par fusion pure, c'est à dire sans échauffement préalable, employé dans le cas du traite- ment des matériaux d'une épaisseur de la paroi allant jusqu'à
3 mm, présente l'inconvénient d'une perte excessive de maté- riau qu'il faut mettre en fusion, afin d'élever la tempéra- ture des objets à souder à un degré convenable pour le soudage,
En outre, un procédé de soudage est bien connu, qui s'opère dans une presse à souder par la résistance .électrique.
Cependant, le soudage par résistance électrique dans la presse souder. s'opère de façon que la chaleur requise pour le sou- dage est créée exclusivement par la résistance électrique au point de contact des objets à souder, restant en contact in- '' cessant et non par l'effet additionnel de l'arc électrique, comme il en est lors du soudage par fusion dans les machines à souder à rapprochement. Les inconvénients 'de ce procède de soudage consistent en ce que ce procédé exige, d'une part, un traitement préalable des surfaces à souder et, d'autre part, une énergie électrique trop élevée. En raison de cette consommation trop élevée de puissance électrique ce procédé de soudage est limité dans son usage pratique à des sections transversales peu importante.
Ce procédé de soudage exige une puissance spécifique d'environ 1,5 kVA par mm2.
Le procédé de soudage des métaux par fusion à rappo- chement selon la présente invention élimine les inconvénients des méthodes de soudage connues jusqu'ici dans une mesure essentielle.
Le procédé de soudage des 'métaux par fusion selon la présente invention consiste en od que le soudage s'opère
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avec l'usage d'une puissance électrique élevée, soit au moins 0,3 kVA par millimètre de la surface soudée, la vitesse de rapprochement mutuel des objets soue traite- ment durant la fusion étant de 0,2 à 5 mm par seconde.
Les temps de soudage, qui dans le cas du soudage par fu- sion dépendent de la grandeur de la puissance électrique amenée, sont dans le cas du soudage par fusion selon la présente invention si courts qu'ils provoquent une allure.
.extrêmement. rapide du procédé de soudage. Ces temps de soudage sont inférieurs à 5 secondes et peuvent être mène d'une durée de quelques périodes.
Le procédé de soudage selon la présente invention peut être réalisé de deux manières, soit en 'choisissant préalablement la longueur de fusion des objets à souder et laissant passer le courant de soudage incessamment durant la fusion, la mise en circuit de la source de cou- rant étant réalisée avant le contact mutuel des objets à souder, soit alternativement en faisant le courant de soudage consister d'une ou de plusieurs impulsions, la durée des impulsions individuelles et leur nombre étant déterminés d'avance. Dans le second cas la longueur de fusion des matériaux sous traitement n'est pas choisie. d'avance et la mise du courant de soudage s'effectue après le contact mutuel des objets à souder et après leur foulage à une faible force allant jusqu'à 1 kg/mm2.
Au soudage selon la première alternative l'on pro- - cède de telle façon que l'on détermine et ajuste d'avance même la longueur de fusion du matériau sous traitement, cette longueur ne devant pas dépasser 5 mm. Durant ce procédé de soudage selon la présente invention, la vitesse \ de mouvement de rapprochement desobjets à souder durant
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la usion est indépendante du procédé de soudage, mais leur valeur se choisi , ladite -vitesse étant soit con- stante, soit progressivement croissante. Cette vitesse se détermine selon la puissance amenée du courant électrique, selon la coupe transversale des objets à souder et selon la nature des matériaux à souder.
L'accroissement progressif de la vitesse du mouve;aent des objets à souder a pour conséquence un raccourcissement progressif de l'arc électrique, de sorte que l'arc électrique se stabilise vers la fin de la période de fusion et les explosions locales sont évitées, qui autrement ont lieu ' et creusent des trous profonds dans les surfaces à souder, occasionnant des cavités dans le joint de soudure. L'interruption du courant est provoquée automatiquement par l'effet-de la force de foulage, de sorte que cette interruption ne se produit pas avant l'établissement du contact mutuel des objets, mais ou bien simultanément avec l'établissement de ce contact ou bien immédiatement après, soit en 0.3 secondes.
L'interruption du courant s'effectue automatiquement par un disjoncteur à pression, actionné en dépendance de la force de foulage. De ce fait, l'influence de la part de l'opérateur de la soudeuse est exclue, assurant ainsi que l'interruption du courant ne sera pas précoce, ce qui aurait pour conséquence une détérioration essentielle de la qualité du joint.
Après Inachèvement de la fusion, les objets à souder sont violemment pressés l'un sur l'autre par l'effet de la force de compression ayant alors une telle valeur a assurer une vitesse de rapprochement des objets à souder d'au moins 60 mm/secondes.
Le soudage des métaux par fusion à l'arc électrique
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selon la présente invention peut s'opérer préférablement dans une presse hydraulique à souder, procédant, par exem- ple, de la manière suivants :
1. Les deux objets, destinés à être soudés sont in- troduits dans les mâchoires de serrage de la presse hy- draulique, assurant une amenée parfaite du courant de sou- dage. Il n'est pas nécessaire de préparer ou de traiter préalablement les surfaces de fusion, il suffit de les couper. Durant le rapprochement des objets à souder, ser- rés dans la presse hydraulique, le primaire du transforma- teur de soudage se relie au réseau, avant l'établissement du contact mutuel des objets à souder.
La vitesse de rap- prochement des objets à souder est importante au début mais immédiatement avant l'établissement du contact mutuel cette vitesse s'abaisse à une valeur correspondante à la puissance électrique absorbée, à la section transversale de l'objet à souder et aux caractéristiques des matériaux sous traitement, ladite vitesse variant alors entre 0.2 et 5 mm/secondes. Aussitôt que le contact mutuel des ob- jets a. souder se trouve établi, les rugosités de la sur- face sont instantanément fondues sous l'influence de l'échauffement local et un arc électrique eat créé.
Lors du rapprochement des deux objets à souder à la vitesse ajustée, l'arc continue à brûler, jusqu'à ce que, après la fusion d'une longueur prédéterminée, une force de Gom- pression agissant énergiquement et rapidement est auto- matiquement établi pour presser violemment les objets à souder, l'un sur l'autre, refoulant ainsi les intrusions indésirables lors du joint.
2. Alternativement,, il est possible de procéder comme suit :
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Les deux objets, destinés au soudage, s'-introduisent dé la même manière comme indiqué pour la première alternative, entre les mâchoires de la presse hydraulique souder et ensuite sont rapprochés l'un de l'autre jusqu'au contact mutuel, à une vitesse essentiellement ré= duite et pressés l'un sur l'autre par une force peut importante de l'ordre de 1 kg/mm2. Le courant de soudage est mis en circuit seulement après l'établissement du contact mutuel des objets à souder et par suite de la résistance de passage très considérable au point de contact développe une telle chaleur que les rugosités de la surface*se trouvent fondues et un arc électrique s'allume.
La durée du passage du courant de soudage est limitée dans ce cas par un relais horaire particulier, une force de compression agissant énergiquement et rapidement pressant les objets l'un sur l'autre étant introduite immédiatement avant l'interruption du courant de soudage.
Le soudage électrique par fusion selon la présente invention permet d'obtenir des produits de.qualité meil- le.ure, en particulier dans le cas de soudage des matériaux hétérogènes, comme par exemple, des aciers alliés spéciaux avec des aciers au carbone.
Le fait que lors du soudage. selon la présente invention une zone fendue extrêmement mince est crééed'une profondeur de 1 mm tout au plus, ainsi qu'une zone extrêmement mince influencée par la soudure a pour conséquence que des conditions structurales beaucoup plus favorables sont créées que dans les cas des procédés de soudage électrique par fusion jusqu'ici connus, tout particulièrement en raison du fait qu'il n'y a aucune possibilité de formation, lors de la solidification, des cristaux longs et volumineux du
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métal de soudure et que la zone durcie éventuellement formée dans le joint de soudure est tellement rétrécie que l'état triaxial des tensions intérieures dans cette, zone se réduit presque à l'état biaxial.
Cette orientation des conditions structurales .-rendue possible par le procédé de soudage selon la préaente invention se manifeste dans une augmentation es-
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'aentielle de la téno.ci.t;éü.des joints de soudure, notamment dans le cas du soudage des aciers alliés spéciaux à coupe rapide et, en général, des aciers à outils, ainsi que dans les cas de soudage de ces aciers avec des aciers au carbone.
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Ce fait a été vérifié par des essais métalographiques.
Ainsi, par exemple, un joint de soudière a été créé selon l'invention entre un acier à coupe rapide et un acier de construction d'une résistance de 60 kg/mm2, où le durcis- sement dans la région du joint devient le plus manifeste..
Ce joint présentait seulement une zone mince de fusion d'une épaisseur de 0.04 à 0.1 mm,,et ayant - sous l'influ- ence de l'alliage riche de l'acier à coupe rapide à tempé- rature de fuaion plus basse et sous l'influence du refroi- dissement rapide - une structure austénitique, de sorte à créer un logement tenace et relativement doux pour la par- tie rapportée au soudage. Le mesurage de la microdureté a établi que la dureté dans la zone rapportée au soudage était dans le cas examiné seulement de 13 pour cent plus élevée que la dureté du matériau basique à coupe rapide.
Aux endroits thermiquement influencés, le matériau à coupe rapide avait une structure normale et la zone étroite d'acier de con- struction servant au soudage, avait.une structure bainitique- martensitique et en outre sorbitique.
Le procédé de soudage selon la présente invention
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présente 11 a.vant.r::;ù qu'on raie 01\ uo Gon o.llurc r;'l)i(< il n'exige pas un équilibre thermique tellement parfait les procèdes jusqu'ici connus de soudais électrique par fusion à rapprochement.
Il est aussi à noter que le procédé de soudage . selon la présente invention est plus économique que les procèdes de soudage électriques connus, grâce à la possibilité de réduire à un quart environ la consommation de l'énergie électrique en raison des durées de soudage extrêmement réduites, permettant d'abaisser les pertes de chaleur, causées par la conduction et le rayonnement de chaleur dans les matériaux sous traitement. La réduction des temps de soudage signifie aussi une augmentation de la productivité du. travail. Pour le procédé de soudage selon la présente invention toute préparation préalable des surfaces à souder peut être omise, sauf -dans' les cas exceptionnels.
De plus, il n'y a aucun échauffement préalable des objets à souder, qui est autrement indispensable dans les procédés connus de soudage par fusion des matériaux ayant une épaisseur des parois dépassant 3 mm..
En vue des longueurs essentiellement réduites des voies de fusion et des zones courtes fendus:ou influencéespar la soudure dans le joint, le procédé de soudage selon la présente invention permet aussi des économies dematériau, appréciables en particulier dans les cas d'usage des matériaux spéciaux alliés.
. Pour toutes ces raisons le procédé.de soudage selon l'invention signifie un progrès essentiel tant au point de vue technique qu'au point de vue économique.