Procédé de soudure en bout. Les procédés de soudure en bout connus sont: 10 la soudure électrique par résistance, 20 la soudure électrique par étincelles, 30 la soudure autogène par pression ou soudure au chalumeau par pression.
1e Dans la soudure électrique par résis tance, les pièces, usinées au préalable de façon à s'adapter exactement, sont poussées l'une contre l'autre. Un courant intense tra verse les extrémités à souder et les chauffe sur une certaine longueur de part et d'autre de la surface de contact, jusqu'au moment où un ramollissement suffisant est atteint. Le refoulement qui s'opère alors produit un bourrelet caractéristique aux dépens de la longueur de la pièce. En dehors d'une ma chine lourde, chère et encombrante, l'usinage préalable et les travaux de finissage pour enlever la surépaisseur du bourrelet sont coûteux et le travail est relativement lent.
Le refoulement, qui est accompagné d'une perte de longueur correspondante, est assez consi dérable. La résistance aux efforts, surtout aux efforts dynamiques, se trouve sensible ment diminuée par rapport à celle d'une pièce correspondante non soudée. Ce fléchissement de la résistance est dû à la transformation profonde que le matériau a subie sur une zone assez large de part et d'autre de la soudure.
20 Pour éviter ces inconvénients, on a créé le procédé de la soudure électrique par étin- celles. Ce procédé ne demande plus l'usinage des extrémités; un arc fond les surfaces à souder sans échauffement nuisible des parties adjacentes. Un refoulement rapide projette les parties fondues à la surface où elles for ment alors une simple petite bavure ou arête facile à enlever au burin. Les caractéristiques mécaniques se trouvent grandement amélio rées parce que la zone de soudure est très étroite, si bien que la structure du métal reste intacte jusqu'au. voisinage immédiat de cette zone. La résistance mécanique est voisine de celle d'une pièce homogène et le refoulement minime est sans aucune importance dans la plupart des cas.
Par contre, l'appareillage électrique pour ce procédé est très coûteux et l'appel de courant au moment de la soudure est tellement considérable qu'il n'est pas tou jours possible d'installer une telle machine.
<B>30</B> Le procédé de soudure autogène par pression utilise la flamme nxy-acétylénique comme source de chaleur et correspond tout à fait à la soudure électrique par résistance exposée dans le paragraphe 10 ci-dessus, mais sans l'emploi d'une machine à souder encom brante. Les surfaces doivent être usinées au préalable pour s'adapter exactement. L'échauf fement est graduel et relativement lent. Il est conduit de façon à ce que les extrémités à souder se ramollissent sur une certaine lon gueur.
Le refoulement subséquent est assez considérable et donne lieu à la formation d'un bourrelet d'une longueur à peu près égale au diamètre lorsqu'il s'agit d'une pièce cylindrique. Le procédé présente l'avantage de pouvoir être exécuté avec un poste de sou dure de faible capacité. Cependant, les incon vénients de la soudure électrique par résis tance ne peuvent pas être évités par cette mé thode utilisant la flamme oxy-acétylénique.
Lorsqu'on essaye d'accélérer la soudure dans le procédé de soudure autogène par pres sion en employant des becs d'une puissance plus grande, on n'obtient que des fusions lo cales qui laissent des trous latéraux, sans parvenir à accélérer et à améliorer la sou dure, parce que la chaleur nécessaire est ame née aux surfaces à souder en majeure partie par conduction.
Le procédé selon la présente invention vise à vaincre ces difficultés et est caracté risé en ce qu'on chauffe intensément et avec rapidité les surfaces à souder, en faisant agir les flammes sur ces surfaces elles-mêmes, et en ce qu'on amène, avec rapidité, ces sur faces en contact lorsque leur couche superfi cielle est arrivée à la fusion.
Par exemple, dans le cas de la soudure en bout de deux pièces cylindriques d'après le nouveau procédé, il ne s'agit plus d'un échauffement latéral lent, mais d'un échauf fement frontal tellement fort et rapide qu'on obtient une soudure identique à la soudure électrique par étincelles avec tous ses avan tages sans en nécessiter l'appareillage coû teux, lourd et encombrant.
Il n'est plus nécessaire d'avoir des sur faces usinées au préalable parce qu'il est facile de fondre toutes les aspérités émer geant de celles-ci.
En général, on aura avantage à compen ser les pertes des surfaces latérales par rayonnement et convection par une gradation des flammes ou par un léger chauffage auxi liaire de ces surfaces.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux manières d'exécuter le pro cédé selon l'invention.
Fig. 1 montre, schématiquement, deux pièces destinées à être soudées bout à bout par pression. Fig. Ibis représente les deux pièces selon fig. 1, après soudure par le procédé connu de soudure autogène par pression.
Fig. 2 illustre le premier exemple d'exé cution du procédé selon l'invention.
Fi-. 2bis montre, schématiquement, les deux pièces soudées par le procédé illustré par la fig. 2.
Fig. 3 se rapporte à un deuxième exemple d'exécution du procédé selon l'invention. Considérant les fig. 1 et Ibis, deux barres rondes 1, 2 sont à souder bout à bout. Par le procédé connu de soudure autogène par pression, on obtient, après soudure, une pièce telle que celle représentée sur la fig. Ibis, plus courte que la longueur initiale totale des barres 1 .et 2 et présentant un fort ren flement dans la région médiane en 3.
Dans l'exemple d'exécution du procédé selon l'invention, que montre la fig. 2, on opère comme suit: On chauffe intensément et avec rapidité les surfaces 4 .et 5 des pièces 1 et 2 qui sont les surfaces à souder l'une contre l'autre. Pour cela, on fait agir les flammes 6, 7 d'un chalumeau sur ces surfaces 4, 5 elles-mêmes, préalablement disposées en regard l'une de l'autre, comme le montre cette fig. 2. Les flammes 6 et 7 agissent sur lés surfaces à. souder à la fois par convection, rayonnement et conduction. Pour cela, on dispose ces flammes dans l'espace compris entre ces sur faces.
Dès que la couche superficielle des sur faces 4.et 5 est arrivée à la fusion, on enlève les flammes 6 et 7 de la position qu'elles occupent entre ces surfaces et on rapproche très rapidement ces dernières l'une de l'autre pour les appliquer l'une sur l'autre avant qu'elles aient eu le temps de se refroidir. On obtient ainsi une pièce soudée - présentant l'aspect de la fig. 2bis. On remarquera immé diatement les avantages que présente la forme de la pièce b selon fig. 2bis par rap port à celle qu'indique la fig. Ibis.
Dans l'exemple selon fig. 3, on a une série de flammes 6 qui agissent sur la surface 4 et une série de flammes 7 qui agissent sur la surface 5.
Cette manière de procéder offre l'avan tage de permettre un chauffage plus uni forme sur toute l'étendue de ces surfaces 4 et 5.
En vue de réaliser un. chauffage uni forme, on peut aussi donner un mouvement relatif entre les flammes et les surfaces à souder, pendant le chauffage des surfaces.
Suivant la matière à souder et la façon dont l'échauffement aura été conduit, le temps disponible sera plus ou moins grand pour amener les pièces de la position de chauffage dans la position de soudure propre ment dite. Ce temps assez court est en géné ral de l'ordre d'une fraction de seconde.
On peut augmenter <B>le</B> temps disponible en chauf fant la partie' centrale au début un peu plus fort et en continuant, pendant le rapproche ment, le chauffage contre les pertes de cha leur par convection et rayonnement, ce qui permet en même temps de maintenir une atmosphère neutre ou réductrice pendant toute la durée de la soudure.
En opposition à la soudure autogène par pression, il serait préférable, dans le procédé selon l'invention, d'utiliser pour le mouve ment de rapprochement, non pas des dispo sitifs à main lents, mais plutôt des moyens automatiques, à ressort par exemple, des moyens électriques ou pneumatiques s'y prê tant très bien aussi. Dans ce cas, le déclen chement, qui pourrait être automatique, se ferait au moment où les surfaces à souder auraient atteint la température de soudure. L'impulsion pour le déclenchement pourrait être donnée par un thermocouple, un pyro mètre ou un instrument analogue.
Pour des matières sensibles aux tensions thermiques, telles qu'aciers spéciaux ouf onte, on peut prévoir un préchauffage comme il est pratiqué couramment, par exemple, dans la soudure électrique à l'arc de fonte.
En général, la flamme oxy-acétylénique sera la source de chaleur la plus commode. Cependant, il sera parfois préférable d'utili ser des flammes plus douces comme, par exemple, pour la soudure de matières thermo plastiques. L'acier inoxydable, d'autre part, peut nécessiter la flamme d'hydrogène atomi que. On peut même se passer dans certains cas d'une source de gaz et utiliser la flamme électrique obtenue par soufflage magnétique d'un arc.
Ce dernier procédé peut être inté ressant quand il s'agit de souder des pièces de section inégale, ou bien d'alliages à point de fusion ou de conductibilité thermique,dif- férents, qui se prêteraient mal à la soudure électrique par rapprochement.
Ajoutons que, dans le nouveau procédé, on chauffe les surfaces à souder des pièces avec la partie la plus chaude de la flamme tout en employant des flammes plus puis santes et plus nombreuses que pour la sou dure autogène par pression.
Le tableau ci-après donne un exemple comparatif sur la base d'un. exemple prati que, pour faire ressortir les, avantages du procédé que l'on vient de décrire vis-à-vis du procédé usuel de soudure autogène par pression.
EMI0003.0027
Soudure <SEP> selon <SEP> l'invention
<tb> Soudure <SEP> autogène <SEP> par <SEP> pression <SEP> (à <SEP> titre <SEP> indicatif <SEP> seulement, <SEP> sans <SEP> en
<tb> limiter <SEP> la <SEP> portée)
<tb> <I>Préparation</I>
<tb> égaliser <SEP> les <SEP> surfaces, <SEP> nettoyer <SEP> les <SEP> bords <SEP> nulle
<tb> <I>Soudicre <SEP> de <SEP> barres <SEP> de <SEP> fer</I>
<tb> <I>diamètre</I> <SEP> temps <SEP> chalumeau <SEP> consommation <SEP> temps <SEP> chalumeau <SEP> cousommation
<tb> 10 <SEP> mm <SEP> 1 <SEP> min. <SEP> 600 <SEP> L <SEP> 10L <SEP> 20 <SEP> sec. <SEP> 2 <SEP> X <SEP> 600 <SEP> L <SEP> 7 <SEP> L
<tb> 20 <SEP> mm <SEP> 2 <SEP> min. <SEP> 750 <SEP> L <SEP> 25 <SEP> L <SEP> 40 <SEP> sec.
<SEP> 2 <SEP> X <SEP> 600 <SEP> L <SEP> 13 <SEP> L
EMI0004.0000
Soudure <SEP> selon <SEP> l'invention.
<tb> Soudure <SEP> autogène <SEP> par <SEP> pression <SEP> (à <SEP> titre <SEP> indicatif <SEP> seulement, <SEP> sans, <SEP> en
<tb> limiter <SEP> la <SEP> portée)
<tb> <I>Largeur <SEP> du <SEP> bourrelet</I>
<tb> égal <SEP> ou <SEP> supérieur <SEP> au <SEP> diamètre <SEP> environ <SEP> égal <SEP> à <SEP> 1/1o <SEP> du <SEP> diamètre
<tb> <I>Consommation <SEP> de <SEP> chaleur</I>
<tb> <I>en <SEP> moyenne <SEP> en <SEP> %</I> <SEP> 100 <SEP> 50
<tb> <I>Finissage</I> <SEP> usinage <SEP> presque <SEP> nul
<tb> <I>Résistance <SEP> au <SEP> choc <SEP> en</I>
<tb> <I>d'une <SEP> pièce <SEP> non <SEP> soudée</I> <SEP> 63 <SEP> 76
Butt welding process. Known butt welding methods are: electrical resistance welding, 20 electrical spark welding, autogenous pressure welding or pressure torch welding.
1e In electric resistance welding, the parts, which have been previously machined to fit exactly, are pushed together. An intense current flows through the ends to be welded and heats them over a certain length on either side of the contact surface, until sufficient softening is achieved. The discharge which then takes place produces a characteristic bead at the expense of the length of the part. Apart from a heavy, expensive and cumbersome machine, the pre-machining and finishing work to remove the excess thickness from the bead is expensive and the work is relatively slow.
The repression, which is accompanied by a corresponding loss of length, is quite considerable. The resistance to forces, especially to dynamic forces, is significantly reduced compared to that of a corresponding non-welded part. This resistance sag is due to the deep transformation that the material has undergone over a fairly large area on either side of the weld.
In order to avoid these drawbacks, the process of electric spark welding was created. This process no longer requires the machining of the ends; an arc melts the surfaces to be welded without harmful heating of the adjacent parts. A rapid upsetting projects the molten parts to the surface where they then form a simple small burr or edge which is easy to remove with a chisel. The mechanical characteristics are greatly improved because the weld area is very narrow, so that the metal structure remains intact until. immediate vicinity of this area. The mechanical resistance is close to that of a homogeneous part and the minimal backflow is of no importance in most cases.
On the other hand, the electrical equipment for this process is very expensive and the current draw at the time of welding is so considerable that it is not always possible to install such a machine.
<B> 30 </B> The autogenous pressure welding process uses the nxy-acetylene flame as the heat source and fully corresponds to the electrical resistance welding set out in paragraph 10 above, but without the use a bulky welding machine. Surfaces must be pre-machined to fit exactly. Heating is gradual and relatively slow. It is carried out so that the ends to be welded soften over a certain length.
The subsequent upsetting is quite considerable and gives rise to the formation of a bead of a length approximately equal to the diameter in the case of a cylindrical part. The method has the advantage of being able to be carried out with a hard sou station of low capacity. However, the drawbacks of electrical resistance welding cannot be avoided by this method using the oxy-acetylene flame.
When trying to speed up the weld in the autogenous pressure welding process by employing more powerful nozzles, only local fusions are obtained which leave side holes, without being able to accelerate and improve hard welding, because the necessary heat is generated at the surfaces to be welded mainly by conduction.
The method according to the present invention aims to overcome these difficulties and is characterized in that the surfaces to be welded are heated intensely and rapidly, by causing the flames to act on these surfaces themselves, and in that, with rapidity, these surfaces in contact when their surface layer has arrived at the fusion.
For example, in the case of butt welding of two cylindrical parts according to the new process, it is no longer a question of a slow lateral heating, but of a frontal heating so strong and rapid that one obtains welding identical to electric spark welding with all its advantages without requiring expensive, heavy and bulky equipment.
It is no longer necessary to have surfaces machined beforehand because it is easy to melt all the asperities emerging from them.
In general, it will be advantageous to compensate for the losses of the side surfaces by radiation and convection by a gradation of the flames or by a slight auxiliary heating of these surfaces.
The appended drawing represents, by way of example, two ways of carrying out the process according to the invention.
Fig. 1 shows, schematically, two parts intended to be welded end to end by pressure. Fig. Ibis represents the two pieces according to fig. 1, after welding by the known autogenous pressure welding process.
Fig. 2 illustrates the first example of execution of the method according to the invention.
Fi-. 2a shows, schematically, the two parts welded by the process illustrated in FIG. 2.
Fig. 3 relates to a second example of execution of the method according to the invention. Considering fig. 1 and Ibis, two round bars 1, 2 are to be welded end to end. By the known autogenous pressure welding process, after welding, a part such as that shown in FIG. Ibis, shorter than the total initial length of bars 1 and 2 and showing a strong bulge in the middle region at 3.
In the example of execution of the method according to the invention, shown in FIG. 2, the procedure is as follows: The surfaces 4. And 5 of the parts 1 and 2 are heated intensely and with rapidity, which are the surfaces to be welded against one another. For this, the flames 6, 7 of a torch are made to act on these surfaces 4, 5 themselves, previously arranged opposite one another, as shown in this FIG. 2. Flames 6 and 7 act on surfaces to. soldering by convection, radiation and conduction. For this, these flames are placed in the space between these surfaces.
As soon as the superficial layer of the surfaces 4 and 5 has arrived at fusion, the flames 6 and 7 are removed from the position they occupy between these surfaces and the latter are very quickly brought together to apply them one on top of the other before they have had time to cool down. A welded part is thus obtained - having the appearance of FIG. 2bis. The advantages of the shape of the part b according to FIG. 2a compared to that shown in fig. Ibis.
In the example according to fig. 3, we have a series of flames 6 which act on the surface 4 and a series of flames 7 which act on the surface 5.
This procedure offers the advantage of allowing a more uniform heating over the entire extent of these surfaces 4 and 5.
In order to achieve a. uniform heating, it is also possible to give a relative movement between the flames and the surfaces to be welded, during the heating of the surfaces.
Depending on the material to be welded and the way in which the heating has been carried out, the time available will be greater or lesser to bring the parts from the heating position to the actual welding position. This rather short time is generally of the order of a fraction of a second.
You can increase <B> the </B> time available by heating the central part at the start a little stronger and by continuing, during the approach, the heating against heat losses by convection and radiation, which at the same time allows a neutral or reducing atmosphere to be maintained throughout the duration of the weld.
As opposed to autogenous pressure welding, it would be preferable, in the process according to the invention, to use for the approaching movement, not slow hand devices, but rather automatic means, for example spring. , electric or pneumatic means are also very suitable. In this case, the triggering, which could be automatic, would take place when the surfaces to be welded would have reached the welding temperature. The impetus for triggering could be given by a thermocouple, pyro meter or the like.
For materials sensitive to thermal stresses, such as special ouf onte steels, preheating can be provided as is commonly practiced, for example, in electric arc welding.
In general, the oxy-acetylene flame will be the most convenient source of heat. However, it will sometimes be preferable to use softer flames as, for example, for the welding of thermoplastic materials. Stainless steel, on the other hand, may require the flame of atomized hydrogen. It is even possible in certain cases to do without a gas source and use the electric flame obtained by magnetic blowing of an arc.
The latter process can be of interest when it comes to welding parts of unequal cross-section, or of alloys with different melting point or thermal conductivity, which would not lend themselves well to electrical welding by approximation.
Let us add that, in the new process, the surfaces to be welded of the parts are heated with the hottest part of the flame while using more powerful and more numerous flames than for autogenous hard solder by pressure.
The table below gives a comparative example on the basis of. practical example, in order to bring out the advantages of the process just described with respect to the usual autogenous pressure welding process.
EMI0003.0027
Welding <SEP> according to <SEP> the invention
<tb> Autogenous <SEP> welding <SEP> by <SEP> pressure <SEP> (at <SEP> title <SEP> indicative <SEP> only, <SEP> without <SEP> in
<tb> limit <SEP> the <SEP> scope)
<tb> <I> Preparation </I>
<tb> equalize <SEP> the <SEP> surfaces, <SEP> clean <SEP> the <SEP> edges <SEP> null
<tb> <I> Welding <SEP> of <SEP> bars <SEP> of <SEP> iron </I>
<tb> <I> diameter </I> <SEP> time <SEP> torch <SEP> consumption <SEP> time <SEP> torch <SEP> cousumation
<tb> 10 <SEP> mm <SEP> 1 <SEP> min. <SEP> 600 <SEP> L <SEP> 10L <SEP> 20 <SEP> sec. <SEP> 2 <SEP> X <SEP> 600 <SEP> L <SEP> 7 <SEP> L
<tb> 20 <SEP> mm <SEP> 2 <SEP> min. <SEP> 750 <SEP> L <SEP> 25 <SEP> L <SEP> 40 <SEP> sec.
<SEP> 2 <SEP> X <SEP> 600 <SEP> L <SEP> 13 <SEP> L
EMI0004.0000
Welding <SEP> according to <SEP> the invention.
<tb> Autogenous <SEP> welding <SEP> by <SEP> pressure <SEP> (at <SEP> title <SEP> indicative <SEP> only, <SEP> without, <SEP> in
<tb> limit <SEP> the <SEP> scope)
<tb> <I> Width <SEP> of the <SEP> bead </I>
<tb> equal <SEP> or <SEP> greater than <SEP> than <SEP> diameter <SEP> approximately <SEP> equal <SEP> to <SEP> 1 / 1o <SEP> of <SEP> diameter
<tb> <I> Consumption <SEP> of <SEP> heat </I>
<tb> <I> in <SEP> average <SEP> in <SEP>% </I> <SEP> 100 <SEP> 50
<tb> <I> Finishing </I> <SEP> machining <SEP> almost <SEP> zero
<tb> <I> Resistance <SEP> to <SEP> shock <SEP> in </I>
<tb> <I> of a <SEP> part <SEP> not <SEP> welded </I> <SEP> 63 <SEP> 76