ALUMINUM COMPANY OF AMERICA
La présente invention concerne un procédé de soudage, et plus particulièrement un procédé perfectionné de soudage 'de métaux à-l'arc sous gaz protecteur, permettant de souder l'une à l'autre deux plaques d'aluminium épaisses. L'invention concerne encore plus particulièrement un procédé automatique perfectionné de soudage de métaux à l'arc sous gaz protecteur, permettant de souder des plaques d'aluminium en position horizontale, c'est-àdire que les plaques à réunir sont disposées pratiquement verticalement et que le joint de soudure à former est pratiquement horizontal.
La présente invention a pour objet de fournir un procédé de soudage permettant un important dépôt de métal d'apport, un soudage rapide et de bonne qualité de pièces d'aluminium épaisses en position horizontale, sans qu'il soit nécessaire de'procéder à
un "rétro-piquage".
Le soudage classique des plaques d'aluminium épaisses se
fait actuellement par le procédé de soudage à l'arc sous gaz protecteur en un certain nombre de passes multiples, typiquement un minimum de 18 passes pour une plaque épaisse de 25,4 mm par exemple, à un minimum de 55:-passes pour une plaque épaisse de
76,2 mm par exemple. Par exemple, la présente invention permet
de souder en un plus petit nombre de passes, typiquement en 4 passes, avec une grande qualité de soudure, des plaques de 25,4
à 38 mm d'épaisseur, ce qui diminue le prix de revient du soudage ainsi que le nombre des réparations nécessaires.
Par ailleurs, le soudage classique des plaques d'aluminium épaisses en position horizontale nécessite des vitesses de soudage relativement grandes pour compenser l'effet de la pesanteur sur
le bain de fusion, mais de telles vitesses ont un effet négatif sur la taille et la qualité du cordon de soudure qui est déposé, et donc sur la quantité du métal de soudure de bonne qualité qui est déposé à chaque passe.
La présente invention fait appel à une vitesse de soudage plus faible que dans les procédés classiques pour assurer un dépôt maximal de métal d'apport et pour garantir qu'une quantité suffisante de métal est déposée, pour combler par exemple environ
90% du joint de soudure. Un avantage du procédé selon la présente invention est qu'aux vitesses plus faibles il est possible de conserver un bain de fusion plus important et que l'on obtient ainsi un dépôt plus épais sans perte de métal. L'avantage qui en <EMI ID=1.1>
est le temps, en minutes, pendant lequel l'arc est en fonctionnement, par heure. Par exemple, après chaque passe de soudage,
il faut faire reculer le chariot jusqu'à sa position de départ
ou commencer la passe suivante. Ce temps de recul diminue la durée d'arc, c'est-à-dire le rendement global du soudage. Ainsi, chaque minute pendant laquelle l'arc est en fonctionnement diminue les frais d'exploitation globaux.
Dans le présent procédé, des vitesses de soudage types pour la passe "racine" sur les épaisseurs suivantes sont :
<EMI ID=2.1>
Le soudage classique des plaques d'aluminium épaisses suscite également des difficultés en raison de la nécessité de rétro-piquer complètement la zone de la racine pour assurer une pénétration suffisante de la soudure, et en raison de la nécessité d'un usinage spécial des surfaces du joint préalablement au soudage. Les procédés d'enlèvement du métal comprennent le rétro-piquage,
le fraisage, le goujage et le meulage, chaque procédé nécessitant un matériel légèrement différent. Le rétro-piquage est l'un des procédés que l'on utilise pour enlever le métal très oxydé de la face envers d'une soudure.
Un procédé de soudage automatique de métaux à l'arc sous gaz protecteur est décrit dans le brevet des E.U.A. N[deg.] 2 916 600.
Dans ce procédé, un joint bout-à-bout en forme de K horizontal
est disposé de façon à permettre le dépôt de la soudure en un cordon sur chaque face, le but recherché par le breveté étant d'améliorer-le soudage de ces mêmes joints par rapport au procédé de soudage "à l'arc immergé". Cependant, le procédé de soudage
à l'arc immergé et le procédé perfectionné dudit brevet sont fondamentalement applicables surtout au soudage de l'acier,
et non de l'aluminium. On pense qu'il n'est pas possible de souder des plaques épaisses, notamment des plaques d'aluminium, par le procédé de"ce brevet des E.U.A, qui implique que l'arc frappe la racina du joint à souder, en raison de la différence de point de fusion qui existe entre l'aluminium et l'acier, et c'est pourquoi le soudage classique des plaques d'aluminium épaisses nécessite
le recours à des passes multiplès, ainsi qu'on l'a dit plus haut.
Selon la présente invention, il est procuré un procédé de soudage permettant de souder des pièces de métal épaisses, qui consiste à disposer les pièces à souder l'une au-dessus de l'autre, et en aboutement par un bord de chacune de façon à former un joint sensiblement horizontal, au moins la pièce inférieure étant biseautée au niveau de ce joint, à faire avancer une électrode consommable vers le joint tout en maintenant un arc de courant continu entre l'électrode consommable et le métal de base et en maintenant un courant de gaz protecteur inerte autour de l'arc et sur le métal fondu, procédé caractérisé en ce qu'on maintient
un arc de courant continu puissant avec un courant électrique dont la caractéristique tension-intensité présente une pente de 7 à
10 volts par 100 ampères, ledit courant électrique arrivant
en polarité inverse, on fait avancer l'électrode consommable
à une vitesse réglée de façon à ne pas s'écarter de plus ou moins 0,75% de la vitesse voulue, et on la guide avec précision de
façon qu'elle ne s'écarte pas de plus ou moins 2,3 mm du bord inférieur du biseau qui se trouve près de la face de ladite pièce inférieure, l'arc étant maintenu entre le bout de l'électrode
et ledit bord du biseau.
Ainsi, le présent procédé de soudage est un procédé automatique perfectionné de soudage de métaux à l'arc sous gaz protecteur, permettant de souder des plaques d'aluminium placées de façon à former un joint horizontal. Dans ce procédé de soudage, on fait avancer une électrode consommable à une vitesse précise vers le matériau de base tout en faisant en sorte que l'arc frappe toujours le bord inférieur du joint et non la racine de ce dernier, le soudage se faisant avec une grande intensité de courant de soudage.
Sur les planches de dessins annexées :
la figure 1 est une représentation schématique, partiellement en coupe, d'un procédé de soudage selon l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe d'un joint de soudage pouvant être obtenu selon l'invention ; la figure 3 est une représentation schématique , partiellement en coupe, d'un procédé de soudage classique, représenté pour les besoins de la comparaison ; et la figure 4 est une photomicrographie d'une coupe de soudure faisant apparaître la microstructure d'une soudure selon l'invention, avec un grossissement égal à 2,5.
Le présent procédé de soudage permet de réaliser un soudage de bonne qualité, en position horizontale, de plaques d'aluminium
<EMI ID=3.1>
déposée en un nombre de passes considérablement moindre que celui qui est nécessité par les procédés classiques. A-titre d'exemple,
<EMI ID=4.1>
environ 95% de soudure, dans le soudage de plaques de 38 mm.
Dans la mise en oeuvre de la présente invention, il est important de disposer d'un courant de grande intensité et de caractéristiques stables, et d'assurer une vitesse d'avance de l'électrode consommable qui est réglée avec précision.
Il est préférable d'utiliser une alimentation en courant électrique qui fournit un courant dont la caractéristique de pente est comprise entre 7 et 10 V/100 A. Des alimentation en courant électrique convenables comprennent l'alimentation "Lincoln SA600" et l'alimentation "Airco Dual 600", ou tout groupe ayant des caractéristiques d'énergie constantes.
On peut utiliser des intensités de soudage élevées, de préférence de 400 à 600A. On préfère encore des intensités de 420 A
ou davantage, et habituellement au moins 460 A pour les passes "racine" sur les plaques de 25,4 mm et de 38 mm d'épaisseur.
On obtient des résultats uniformes en assurant une vitesse constante d'avance de l'électrode consommable. Il est préférable
<EMI ID=5.1>
de plus ou moins 0,75% de la vitesse voulue.
La vitesse voulue dépend de l'épaisseur des pièces à souder
et des autres variables du procédé, certaines vitesses types de l'électrode, à titre d'exemple, étant 120 mm/seconde à 460 A sur des plaques de 38 mm et 137 mm/seconde à 560 A pour des plaques de.51 mm.
On peut utiliser pour assurer la régulation de la vitesse
un dispositif de commande d'alimentation de fil métallique "Détection Science Modèle SY1195B", avec une vitesse linéaire constante du fil métallique exacte à plus ou moins 0,25% près,
ou bien une commande d'alimentation de fil métallique "Linde SCC-17" pour une vitesse constante à plus ou moins 0,75% près. Une vitesse d'électrode précise assure l'effet d'entraînement qui permet une pénétration importante dans le matériau de base, en supprimant ainsi la nécessité du rétro-piquage.
Le point clé pendant le dépôt du métal d'apport est l'impact de l'électrode sur le bord inférieur plutôt que sur la racine du joint. Cela permet au métal fondu de remonter le biseau en faisant fusionner les'deux plaques, et de diriger la solidification de l'électrode fondue.
L'électrode est ainsi dirigée qu'elle permet au métal déjà fondu de jouer le rôle d'un barrage pour le métal qui vient de fondre. Cela signifie que l'arc sert toujours à maîtriser la
fusion du matériau de base. Par suite de l'intensité élevée ,et
de la grande taille du bain de fusion qui résulte de la vitesse précise de l'électrode, la pénétration est possible. L'angle du chalumeau est inférieur à l'angle du biseau pour permettre à l'électrode de bien frapper le bord inférieur. Un angle de
chalumeau préféré est de 15 à 30[deg.] par rapport à l'horizontale, l'optimum étant égal à 25[deg.]. Cela provoque un effet de tourbillon dans le bain de fusion en permettant une bonne fusion, en
diminuant la porosité et en empêchant le piégeage des oxydes.
Avant la présente invention, toutes les soudures horizontales de métaux à l'arc sous gaz protecteur dans l'aluminium nécessitaient un rétro-piquage complet à cause des inclusions d'oxyde.
Un autre point dont il faut tenir compte est l'effet du guidage du cordon de soudure. Si l'électrode cesse de frapper le bord supérieur du joint, il risque de se produire un défaut de fusion
au centre de la soudure. Si le chalumeau était dirigé sur la-racine du joint, la grande intensité utilisée aurait pour résultat une "purge" du métal en fusion et donc une qualité médiocre. Par conséquent, il faut maintenir un guidage précis du cordon de soudure en l'empêchant de préférence de s'écarter de + 2,3 mm, ou mieux de � 1,6 mm, de la position voulue. Le guidage du cordon de soudure peut être contrôlé par une sonde, mais la commande visuelle directe du guidage par le soudeur est tout aussi efficace.
Une quantité suffisante de gaz protecteur inerte doit obligatoirement être prévue pour l'important bain de fusion. Dans la pratique actuelle, on peut éventuellement utiliser comme gaz protecteur des combinaisons d'argon et d'hélium. Le débit type
des gaz est d'environ 1,4 m /heure d'argon et 4,25 m /heure d'hélium. Un bec de chalumeau de 19 mm de diamètre convient pour ces débits
de gaz.
On peut utiliser des joints de différents modèles. Un modèle préféré de joint est le joint bout-à-bout en forme de K horizontal, la plaque inférieure étant biseautée. Dans les procédés classiques, un usinage spécial des bords du joint qui sont disposés bout-â-bout est nécessaire. Un avantage de la présente invention est
<EMI ID=6.1>
surface du joint peut être soit découpée à la scie soit fraisée
avec des finis de surface atteignant typiquement 500 RMS. Pour la propreté, on a recours à un essuyage de solvant avec un agent dégraissant quelconque, et au brossage avec des soies en acier inoxydable.
Un modèle de joint préféré qui s'est révélé particulièrement utile est un joint en forme de K retourné à 40[deg.] avec une partie pleine de 1,6 mm. Ce joint ne nécessite de découpage que sur
une surface des plaques disposées bout-à-bout et réduit donc les frais de préparation du soudage.
Le présent procédé de soudage fait appel à une position horizontale du joint, les pièces à souder étant disposées de
manière convenable, à la verticale ou autrement. Par exemple,
le soudage en position horizontale peut comporter des soudures horizontales sur des réservoirs de stockage cylindriques ou sphériques. La plaque cylindrique du réservoir serait dans les véritables positions de la pièce verticale et du joint horizontal ; mais des soudures horizontales sur un réservoir sphêrique formeraient divers angles avec la verticale.
On est parvenu, conformément à la présente invention, à
une pénétration cohérente et reproductible des soudures, et à
des soudures non poreuses. Les propriétés mécaniques des soudures sont égales à celles obtenues avec le procédé à passes multiples
ou tout autre procédé de soudage de l'aluminium. L'effet global
des avantages procurés par les opérations décrites est une diminution du temps et du coût du soudage.
Considérons maintenant les dessins, sur lesquels les figures
1 et 2 représentent une forme de réalisation préférée de la
présente invention. La figure 1 représente deux plaques d'aluminium
<EMI ID=7.1>
en cours de soudage. Une seule passe, à une vitesse relativement faible de 286 mm/mn de cordon de soudure 5, a déposé du métal d'apport occupant presque complètement l'une des faces de l'espace entre la plaque biseautée la et la plaque supérieure 1 qui se
<EMI ID=8.1>
On fait avancer dans le bec de chalumeau 2 une électrode
<EMI ID=9.1>
dans le chalumeau de soudage, de la manière habituelle, un courant continu qui arrive en polarité inverse (positive) (non représenté). Il est également prévu une alimentation en gaz protecteur (non représentée), comme d'habitude. Le chalumeau et l'électrode
<EMI ID=10.1>
suivant l'épaisseur des plaques.
Au lieu de former l'arc entre le bout de l'électrode et
la racine du joint, comme dans les procédés classiques, on dispose le bec du chalumeau et l'électrode par rapport aux plaques à souder de telle sorte que l'arc soit maintenu en un point compris entre le bord inférieur du joint et l'angle de la plaque inférieure
(biseautée).
Comme l'indique la flèche 4 qui représente la trajectoire suivie par le métal fondu, la force du courant de grande intensité
(au moins 450 A) et la grande vitesse relative d'avance du fil métallique font monter le bain de fusion le long du biseau,
et l'enfoncent dans et un peu au-delà de la racine, en assurant ainsi la pénétration de la racine. Le reste du métal fondu coule de la racine le long du bord plat de la plaque supérieure 1 et vers l'extérieur au-delà du bord de la plaque supérieure en formant un cordon de renfort.
Aucun rétro-piquage de la face de la zone de la racine n'est nécessaire.
Un modèle de joint préféré est représenté plus en détail sur la figure 2. La plaque supérieure 1 rejoint la plaque inférieure biseautée la au niveau de_la partie pleine 7, en formant un joint bout-à-bout en forme de K retourné. L'angle de biseautage est de 40[deg.] environ.
Pour les besoins de la comparaison, il est représenté sur la figure 3 une illustration du modèle de joint et de l'opération de soudage pour le soudage classique de plaques d'aluminium
5083-0 de 38 mm d'épaisseur.
La plaque supérieure lb et la plaque inférieure le sont disposées bout-à-bout, un usinage spécial des bords des plaques
par un outil tournant étant nécessaire sur chacune de ces deux plaques pour former le joint.
On fait avancer dans le chalumeau 2 une électrode consommable 3, en fil d'aluminium de 1,6 mm de diamètre, le chalumeau et l'électrode étant maintenus en position horizontale de façon à former l'arc entre le bout de l'électrode et la racine du joint.
Des passes multiples ont déposé un certain nombre de cordons de soudure 8 à des vitesses de soudage relativement grandes,
de 508 mm à 890 mm/mn. Ces vitesses sont nécessaires pour compenser la pesanteur et empêcher le roulement du bain de fusion aux intensités de soudage de 260 à 280 A et avec des tensions d'arc
de 28 à 34 V.
Il est nécessaire de rétro-piquer la seconde face de la zone de la racine 6 pour assurer une pénétration suffisante de la soudure, avant de souder la seconde face.
On réalise d'une manière similaire une soudure classique de plaques de 76,2 mm (non représentées) avec des passes multiples
<EMI ID=11.1>
Ces vitesses sont nécessaires pour compenser la pesanteur et empêcher le roulement du bain de fusion aux intensités de soudage de 260 à 280 A, et avec des tensions d'arc de 28 à 34 V.
L'exemple suivant est fourni pour illustrer une forme de réalisation de la présente invention.
EXEMPLE
On a soudé l'une à l'autre des plaques d'aluminium 5083-0 épaisses en utilisant le modèle de joint, la disposition de chalumeau et l'opération de soudage qui sont décrits ci-dessus relativement aux figures 1 et 2. Le tableau 1 donne les paramètres utilisés :
<EMI ID=12.1>
<EMI ID=13.1>
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
On peut voir en comparant la figure 1 qui correspond à la présente invention, à la figure 3 qui correspond aux procédés classiques, que dans ces derniers le joint forme un biseau large. Cela est nécessaire pour permettre au chalumeau de pénétrer dans le joint pour allumer l'arc à la racine du joint, et pour permettre le maintien de la bonne longueur d'arc. Par contre, le procédé selon la présente invention utilise un modèle de joint plus étroit. On y parvient en redirigeant l'arc vers le bord de la plaque inférieure. Il faut donc moins de métal pour combler le joint.
Parmi les avantages qui résultent du procédé, de soudage perfectionné selon la présente invention, par rapport aux
procédés classiques, mentionnons les suivants.
1. La préparation des bords n'est nécessaire que sur une
seule face du joint, et cela peut être fait avec un matériel de sciage peu coûteux.
2. La pénétration à partir des deux faces est suffisante pour
éliminer la nécessité d'un rétro-piquage.
3. La consommation de gaz protecteur peut être réduite de
36% environ.
4. La consommation de courant électrique peut être réduite de
33% environ.
5. La durée d'arc peut être réduite de 68% environ.
6. La durée de la course de retour peut être réduite de 86%
environ.
7. Le temps total peut être réduit de 74% environ.
8. La quantité totale de métal déposée peut être réduite de
75%.
REVENDICATIONS
1. Procédé de soudage permettant de souder des pièces de métal épaisses, qui consiste à disposer les pièces à souder l'une au-dessus de l'autre et bout-à-bout par un bord de chacune de façon à former un joint sensiblement horizontal, au moins la pièce inférieure étant biseautée au niveau de ce joint, à faire avancer une électrode consommable vers le joint tout en maintenant un arc de courant continu entre l'électrode consommable et le métal de base et en maintenant un courant de gaz protecteur inerte autour de l'arc et sur le métal fondu,
caractérisé en ce qu'on maintient un arc de courant continu de grande intensité avec un courant électrique dont la caractéristique tension-intensité présente une pente type de 7 à
10 volts par 100 ampères, ledit courant électrique arrivant
en polarité inverse, on fait avancer l'électrode consommable
à une vitesse réglée de façon à ne pas s'écarter de plus ou moins 0,75% de la vitesse voulue, et on règle avec précision la position de l'électrode de façon qu'elle ne s'écarte pas de plus ou moins 2,3 mm du bord inférieur du biseau qui se trouve près de la face de ladite pièce inférieure, l'arc étant maintenu entre le bout
de l'électrode et ledit bord du biseau.
ALUMINUM COMPANY OF AMERICA
The present invention relates to a welding process, and more particularly to an improved metal arc welding process under protective gas, for welding two thick aluminum plates to each other. The invention still more particularly relates to an improved automatic metal arc welding process under protective gas, making it possible to weld aluminum plates in a horizontal position, that is to say that the plates to be joined are arranged practically vertically and that the solder joint to be formed is practically horizontal.
The object of the present invention is to provide a welding process allowing a large deposit of filler metal, rapid and good quality welding of thick aluminum parts in a horizontal position, without the need to proceed to
a "backstitching".
Conventional welding of thick aluminum plates is
currently made by the shielding gas arc welding process in a number of multiple passes, typically a minimum of 18 passes for a 25.4mm thick plate for example, to a minimum of 55: -pass for a thick plate of
76.2 mm for example. For example, the present invention allows
to weld in a smaller number of passes, typically in 4 passes, with a high quality of weld, plates of 25.4
at 38 mm thick, which reduces the cost of welding as well as the number of necessary repairs.
Furthermore, conventional welding of thick aluminum plates in a horizontal position requires relatively high welding speeds to compensate for the effect of gravity on
the weld puddle, but such speeds have a negative effect on the size and quality of the weld bead which is deposited, and therefore on the amount of good quality weld metal which is deposited with each pass.
The present invention uses a lower welding speed than in conventional methods to ensure maximum deposit of filler metal and to ensure that a sufficient amount of metal is deposited, for example to fill approximately
90% of the solder joint. An advantage of the process according to the present invention is that at lower speeds it is possible to maintain a larger molten bath and that a thicker deposit is thus obtained without loss of metal. The advantage that in <EMI ID = 1.1>
is the time, in minutes, that the arc is in operation, per hour. For example, after each welding pass,
the carriage must be moved back to its starting position
or start the next pass. This setback time decreases the arc duration, that is to say the overall welding efficiency. Thus, every minute that the arc is in operation decreases the overall operating costs.
In the present process, typical weld speeds for the "root" pass over the following thicknesses are:
<EMI ID = 2.1>
Conventional welding of thick aluminum plates also presents difficulties due to the need to completely backstitch the root area to ensure sufficient penetration of the weld, and due to the need for special machining of the surfaces. joint prior to welding. Metal removal processes include backstitching,
milling, gouging and grinding, each process requiring slightly different equipment. Backstitching is one of the processes used to remove heavily oxidized metal from the reverse side of a weld.
An automatic metal arc welding process under protective gas is described in U.S. Patent No. N [deg.] 2,916,600.
In this process, a horizontal K-shaped butt joint
is arranged so as to allow the deposition of the weld in a bead on each face, the aim sought by the patentee being to improve the welding of these same joints compared to the “submerged arc” welding process. However, the welding process
submerged arc and the improved process of said patent are fundamentally applicable especially to the welding of steel,
and not aluminum. It is believed that it is not possible to weld thick plates, especially aluminum plates, by the process of this US patent, which involves the arc striking the root of the joint to be welded, due to the difference in melting point that exists between aluminum and steel, and that is why conventional welding of thick aluminum plates requires
the use of multiple passes, as we said above.
According to the present invention, there is provided a welding method making it possible to weld thick pieces of metal, which consists of placing the pieces to be welded one above the other, and abutting at one edge of each so to form a substantially horizontal joint, at least the lower part being bevelled at the level of this joint, to advance a consumable electrode towards the joint while maintaining a direct current arc between the consumable electrode and the base metal and maintaining a current of inert protective gas around the arc and on the molten metal, a process characterized in that one maintains
a powerful direct current arc with an electric current whose voltage-current characteristic has a slope of 7 to
10 volts per 100 amperes, said electric current arriving
in reverse polarity, the consumable electrode is advanced
at a speed set so as not to deviate by plus or minus 0.75% from the desired speed, and it is guided with precision
so that it does not deviate more or less 2.3 mm from the lower edge of the bevel which is located near the face of said lower part, the arc being maintained between the tip of the electrode
and said edge of the bevel.
Thus, the present welding process is an improved automatic metal arc welding process under protective gas, allowing aluminum plates placed so as to form a horizontal joint to be welded. In this welding process, a consumable electrode is advanced at a precise speed towards the base material while ensuring that the arc always hits the lower edge of the joint and not the root of the latter, the welding being done with high welding current intensity.
On the attached drawing boards:
FIG. 1 is a schematic representation, partially in section, of a welding process according to the invention; Figure 2 is a sectional view of a welding joint obtainable according to the invention; Figure 3 is a schematic representation, partially in section, of a conventional welding process, shown for the purposes of comparison; and FIG. 4 is a photomicrograph of a weld section showing the microstructure of a weld according to the invention, with a magnification equal to 2.5.
The present welding process enables good quality welding, in horizontal position, of aluminum plates.
<EMI ID = 3.1>
deposited in a number of passes considerably less than that required by conventional methods. For exemple,
<EMI ID = 4.1>
about 95% weld, in welding 38mm plates.
In carrying out the present invention, it is important to have a high current and stable characteristics, and to ensure a feed rate of the consumable electrode which is precisely controlled.
It is preferable to use a power supply which supplies a current with a slope characteristic between 7 and 10 V / 100 A. Suitable power supplies include the "Lincoln SA600" power supply and the "power supply" Airco Dual 600 ", or any group with constant energy characteristics.
High welding currents can be used, preferably 400 to 600A. We still prefer intensities of 420 A
or more, and usually at least 460 A for "root" passes on 25.4mm and 38mm thick plates.
Uniform results are obtained by ensuring a constant feed rate of the consumable electrode. It is better to
<EMI ID = 5.1>
plus or minus 0.75% of the desired speed.
The desired speed depends on the thickness of the parts to be welded
and other process variables, some typical electrode speeds, by way of example, being 120mm / second at 460A on 38mm plates and 137mm / second at 560A for 51mm plates .
It can be used to regulate the speed
a "Science Detection Model SY1195B" wire feed control device, with a constant linear wire speed of the wire accurate to within plus or minus 0.25%,
or a "Linde SCC-17" wire feed control for constant speed within plus or minus 0.75%. A precise electrode speed ensures the driving effect which allows a large penetration into the base material, thus eliminating the need for backstitching.
The key point during filler metal deposition is the impact of the electrode on the bottom edge rather than the root of the joint. This allows the molten metal to move up the bevel, fusing the two plates, and directing the solidification of the molten electrode.
The electrode is so directed that it allows the already molten metal to act as a barrier for the metal which has just melted. This means that the arc is still used to master the
fusion of the base material. As a result of the high intensity, and
Due to the large size of the weld pool which results from the precise speed of the electrode, penetration is possible. The torch angle is less than the bevel angle to allow the electrode to hit the bottom edge well. An angle of
preferred torch is 15 to 30 [deg.] from the horizontal, the optimum being 25 [deg.]. This causes a vortex effect in the weld pool allowing good melting, in
reducing porosity and preventing the trapping of oxides.
Prior to the present invention, all horizontal metal shielding gas arc welding in aluminum required full backstitching due to oxide inclusions.
Another point to consider is the effect of guiding the weld bead. If the electrode stops hitting the top edge of the gasket, there is a risk of a melt failure.
in the center of the weld. If the torch was directed at the root of the joint, the high intensity used would result in "bleeding" of the molten metal and therefore poor quality. Therefore, precise guidance of the weld bead must be maintained, preferably preventing it from deviating by +2.3 mm, or better still 1.6 mm, from the desired position. The weld bead guidance can be controlled by a probe, but the direct visual control of the welder guidance is just as effective.
A sufficient quantity of inert protective gas must necessarily be provided for the large weld pool. In current practice, combinations of argon and helium can optionally be used as protective gas. Typical flow
of gas is about 1.4 m / hour of argon and 4.25 m / hour of helium. A 19mm diameter torch nozzle is suitable for these flow rates
gas.
Gaskets of different models can be used. A preferred joint design is the horizontal K-shaped butt joint with the bottom plate being bevelled. In conventional processes, special machining of the edges of the gasket which are arranged end to end is required. An advantage of the present invention is
<EMI ID = 6.1>
joint surface can be either saw cut or milled
with surface finishes typically reaching 500 RMS. For cleanliness, wiping solvent with any degreasing agent is used, and brushing with stainless steel bristles.
A preferred seal design which has been found to be particularly useful is a 40 [deg.] Upturned K-shaped seal with a 1.6mm solid portion. This seal only requires cutting on
a surface of the plates arranged end-to-end and therefore reduces the costs of preparation for welding.
The present welding process uses a horizontal position of the joint, the parts to be welded being arranged in
conveniently, vertically or otherwise. For example,
horizontal welding can include horizontal welds on cylindrical or spherical storage tanks. The cylindrical plate of the tank would be in the true positions of the vertical part and of the horizontal joint; but horizontal welds on a spherical tank would form various angles with the vertical.
In accordance with the present invention, it has been achieved
consistent and reproducible weld penetration, and
non-porous welds. The mechanical properties of the welds are equal to those obtained with the multiple pass process
or any other aluminum welding process. The overall effect
one of the advantages provided by the operations described is a reduction in the time and cost of welding.
Now consider the drawings, in which the figures
1 and 2 show a preferred embodiment of the
present invention. Figure 1 shows two aluminum plates
<EMI ID = 7.1>
during welding. A single pass, at a relatively low speed of 286 mm / min of weld bead 5, deposited filler metal almost completely occupying one of the faces of the space between the beveled plate 1a and the upper plate 1 which itself
<EMI ID = 8.1>
An electrode is advanced in the torch nozzle 2
<EMI ID = 9.1>
in the welding torch, in the usual manner, a direct current which arrives in reverse (positive) polarity (not shown). A supply of protective gas (not shown) is also provided, as usual. The torch and the electrode
<EMI ID = 10.1>
depending on the thickness of the plates.
Instead of forming the arc between the tip of the electrode and
the root of the joint, as in conventional processes, the nozzle of the torch and the electrode are placed in relation to the plates to be welded so that the arc is maintained at a point between the lower edge of the joint and the angle of the lower plate
(beveled).
As indicated by arrow 4 which represents the trajectory followed by the molten metal, the force of the current of great intensity
(at least 450 A) and the relative high speed of advance of the metal wire causes the molten pool to rise along the bevel,
and push it into and a little beyond the root, thus ensuring root penetration. The remainder of the molten metal flows from the root along the flat edge of the top plate 1 and outward beyond the edge of the top plate forming a bead of reinforcement.
No backstitching of the face of the root zone is necessary.
A preferred joint design is shown in more detail in Figure 2. The upper plate 1 joins the beveled lower plate 1a at the solid portion 7, forming an inverted K-shaped butt joint. The bevel angle is approximately 40 [deg.].
For the sake of comparison, Figure 3 shows an illustration of the joint model and the welding operation for conventional welding of aluminum plates.
5083-0 38 mm thick.
The upper plate lb and the lower plate the are arranged end to end, special machining of the edges of the plates
by a rotating tool being necessary on each of these two plates to form the seal.
A consumable electrode 3, made of aluminum wire 1.6 mm in diameter, is advanced in the torch 2, the torch and the electrode being kept in a horizontal position so as to form the arc between the tip of the electrode and the root of the joint.
Multiple passes deposited a number of weld beads 8 at relatively high welding speeds,
from 508 mm to 890 mm / min. These speeds are necessary to compensate for gravity and prevent the rolling of the weld pool at welding currents of 260 to 280 A and with arc voltages.
from 28 to 34 V.
It is necessary to backstitch the second face of the area of the root 6 to ensure sufficient penetration of the weld, before welding the second face.
A conventional weld of 76.2 mm plates (not shown) is carried out in a similar manner with multiple passes.
<EMI ID = 11.1>
These speeds are necessary to compensate for gravity and prevent the rolling of the weld pool at welding currents of 260 to 280 A, and with arc voltages of 28 to 34 V.
The following example is provided to illustrate one embodiment of the present invention.
EXAMPLE
Thick 5083-0 aluminum plates were welded together using the joint pattern, torch arrangement, and welding operation which are described above with respect to Figures 1 and 2. table 1 gives the parameters used:
<EMI ID = 12.1>
<EMI ID = 13.1>
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
It can be seen by comparing FIG. 1 which corresponds to the present invention, with FIG. 3 which corresponds to conventional processes, that in the latter the joint forms a wide bevel. This is necessary to allow the torch to penetrate the joint to ignite the arc at the root of the joint, and to help maintain the correct arc length. In contrast, the method according to the present invention uses a narrower seal model. This is achieved by redirecting the arc to the edge of the bottom plate. So less metal is needed to fill the joint.
Among the advantages which result from the improved welding process according to the present invention, compared to
Conventional methods include the following.
1. Edge preparation is only necessary on a
face of the joint, and this can be done with inexpensive sawing equipment.
2. The penetration from both sides is sufficient to
eliminate the need for backstitching.
3. The consumption of protective gas can be reduced by
Around 36%.
4. Electric current consumption can be reduced by
About 33%.
5. Arc time can be reduced by approximately 68%.
6. The return stroke time can be reduced by 86%
about.
7. The total time can be reduced by approximately 74%.
8. The total amount of metal deposited can be reduced by
75%.
CLAIMS
1. Welding process making it possible to weld thick metal pieces, which consists in placing the pieces to be welded one above the other and end-to-end through one edge of each so as to form a substantially joint. horizontal, at least the lower part being bevelled at the level of this joint, to advance a consumable electrode towards the joint while maintaining a direct current arc between the consumable electrode and the base metal and while maintaining a current of protective gas inert around the arc and on the molten metal,
characterized in that a direct current arc of great intensity is maintained with an electric current whose voltage-intensity characteristic presents a typical slope of 7 to
10 volts per 100 amperes, said electric current arriving
in reverse polarity, the consumable electrode is advanced
at a speed adjusted so as not to deviate by plus or minus 0.75% of the desired speed, and the position of the electrode is precisely adjusted so that it does not deviate by plus or minus 2.3 mm from the lower edge of the bevel which is near the face of said lower piece, the arc being held between the tip
of the electrode and said edge of the bevel.