Procédé de soudage et appareil pour sa mise en aeuvre La présente invention se rapporte à un procédé de soudage à l'arc électrique et à un appareil pour sa mise en oeuvre. Ledit procédé s'applique en particulier au soudage de feuilles relativement minces de métaux tels que l'alu minium à des vitesses relativement élevées, c'est-à-dire de l'ordre de 914 cm par minute et même plus.
Dans l'industrie, la tendance à réunir les métaux par soudage à l'arc est plus grande aujourd'hui qu'elle ne l'a jamais été auparavant. Dans bien des cas, cependant, le soudage à l'arc ne permet pas l'assemblage rapide selon une ligne, à cause des vitesses relativement faibles, de par exemple 610 cm par minute et même moins, auxquelles on peut faire de bonnes soudures. Ce serait donc un grand pro grès de pouvoir faire des soudures à l'arc, solides et saines, à des vitesses supprimant cette limitation de la cadence de production.
Les expériences effectuées dans ce sens, spécialement pour les procédés de soudage à l'arc, ont fait voir les inconvénients qui parais sent inhérents au soudage aux hautes vitesses, le plus marquant de ceux-ci étant le creu sage<B> .</B> Le creusage est dû au fait que les forces de l'arc déplacent une partie du métal fondu de telle façon que la zone fondue de la pièce en travail n'est pas entièrement remplie du métal de soudure, des encoches profondes subsistant, qui affaiblissent le joint en créant des zones de concentration de contrainte.
Le but de cette invention est donc de four nir un procédé de soudage à l'arc propre à être exécuté à des vitesses plus élevées que celles que l'on a pu obtenir précédemment, tout en donnant des soudures saines, exemptes de creusures.
Conformément au procédé selon l'invention, on forme un arc entre une pièce métallique à souder et une électrode métallique fusible por tée par une torche de soudage à arc et protégée par un gaz inerte, et on produit un déplacement:
relatif entre ladite torche et ladite .pièce, le long du chemin de soudage ; ce procédé est caractérisé en ce qu'on réchauffe le cordon de soudure avec au moins un arc agissant après le premier et formé entre ledit cordon de sou dure et une électrode métallique non consom mable portée par une torche de- soudage à arc et protégée par un gaz inerte, cette dernière torche. étant disposée derrière la première tor che dans le sens d'avancement de la soudure, à faible distance de cette première torche.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, quelques formes d'exécution de l'appareil selon l'invention. La fig. 1 est une vue partiellement en élé vation de côté et partiellement en coupe, d'un appareil de soudage à arcs en tandem.
La fig. 2 est une coupe par la ligne 2-2 de la fig. 1.
Les fig. 3 et 4 sont des coupes transver sales respectivement d'une soudure ordinaire et d'une soudure obtenue par le procédé selon l'invention.
La fig. 5 est une vue fragmentaire en élé vation de côté d'un appareil pour souder des tubes.
La fig. 6 montre schématiquement une va riante à trois arcs ; et la fig. 7 montre une variante à deux arcs. En soudant à des vitesses relativement grandes avec une électrode unique, on a cons taté qu'il se produit un grave creusage des bords du cordon de soudure. Cependant, au cours d'expériences avec des appareils compre nant deux électrodes ou plus en tandem, nous avons découvert qu'en employant au moins une électrode de soudage en métal non consom mable avec protection par du gaz inerte et une électrode de soudage en métal fusible avec protection par du gaz inerte, on peut obtenir des soudures saines sans creusures, même à des vitesses de 914 cm et plus par minute.
Par exemple, un courant de soudage à l'arc de l'ordre de 500 ampères est nécessaire pour effectuer une soudure ordinaire avec une élec trode unique de métal non consommable avec protection par un gaz inerte, de feuilles d'alu- minium de 1,27 mm d'épaisseur, à une vitesse de l'ordre de 1524 cm par minute. Le cordon de soudure résultant est rugueux, fortement creusé, et a une apparence filamenteuse.
Dans un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, une torche de sou dage 10 de tête, avec protection par un gaz inerte, pourvue d'une électrode fusible par la quelle passe un courant de soudage de l'ordre de 300 ampères, et une torche arrière de sou dage 12,à protection par gaz inerte, pourvue d'une électrode 14 non consommable, refroidie à l'eau, et parcourue par un courant de l'ordre de 320 ampères, ces torches étant toutes deux alimentées en courant continu et à polarité positive (inverse), ont été disposées en tandem serré (fig. 1), avec des distances entre les centres des électrodes comprises entre 1,9 et 3,2 cm.
De l'argon de pureté commerciale, amené à raison de 849 litres par heure, a été utilisé pour protéger chacun des arcs. On a soudé bord à bord, en 18, fig. 4, avec des résultats tout à fait satisfaisants, des feuilles d'aluminium 16, d'une épaisseur de 1,27 mm à une vitesse de soudage de 1524 cm par mi nute. Il n'y a pas eu de creusure, la pénétration a été complète, et le métal additionnel était uni à celui des pièces 16 de façon à former un cordon de soudure lisse tout le long du joint.
Opérant selon le procédé ci-dessus décrit, on a interrompu les arcs avant que le soudage fût achevé. La partie 19, fig. 3, de la soudure qui avait été soumise à l'arc de l'électrode de soudage fusible de tête 20, mais qui n'avait pas encore été atteinte par l'arc de l'électrode réfractaire 14 de la torche 12, montrait une pénétration complète. Cependant, elle présen tait des creusures 22 considérables et une for mation en bourrelet du cordon solidifié.
En revanche, à la partie 18, fig. 4, de la soudure où l'arc de la torche 12 avait agi, et sur toute la longueur du joint à partir de ce point jusqu'à son commencement, la soudure était parfaite ment saine, dans le sens précédemment indiqué. On peut donc conclure que l'arc initial, quoique produisant une pénétration complète, avait be soin de l'action de façonnage de l'arc suivant pour que soit produite une soudure saine, sans aucune creusure.
Dans le soudage avec électrodes multiples, il se produit des effets magnétiques provenant du courant transporté par chacune des élec trodes. Dans le cas d'une torche de soudage de tête à électrode fusible, alimentée en cou rant continu et de polarité positive, et d'une torche de soudage venant ensuite, à électrode non consommable, alimentée de même en cou rant continu et de polarité positive, le champ magnétique du courant de soudage de l'arc de tête a tendance à attirer vers l'avant l'arc d'ar rière, de façonnage, à un degré tel que cela annihile le pouvoir de façonnage par la chaleur de ce dernier.
L'arc de soudage de l'électrode fusible est naturellement intense et énergique tandis que l'arc de soudage de l'électrode non consommable qui suit est comparativement mou et faible. Avec une étroite proximité de ces deux arcs, comme c'est le cas dans l'appa reil décrit, l'arc de tête exerce une forte in fluence sur l'arc H qui vient après.
Comme le but principal de la torche munie d'une élec trode non consommable est de façonner le métal déposé par l'électrode fusible, son arc doit être aussi vertical que possible ou éven tuellement juste un peu incliné vers l'avant pour se rapprocher plus étroitement de l'arc de l'électrode fusible, de façon à utiliser la chaleur produite par la torche de tête pour façonner le cordon de soudure. Dans un travail de soudage d'acier inoxydable ou d'aluminium, le courant qui convient le mieux est un courant continu avec électrodes positives: L'électrode de cuivre 14, refroidie à l'eau, de la seconde torche utilise aussi du courant continu et est également positive.
Comme des arcs de mêmes sens s'attirent, et comme l'arc de l'électrode fusible est considérablement plus fort, il attire vers l'avant l'arc de l'électrode non consom mable jusqu'à lui faire prendre une position presque horizontale, en lui enlevant son pou voir de faire disparaître les creusures produites. On peut, par exemple, employer des enroule ments de concentration 24, fig. 7, pour éliminer ce phénomène nuisible, mais nous avons cons taté que les ajustements du courant sont diffi- ciles et que tout soufflage d'arc endommage les enroulements 24.
C'est pourquoi on utilisera de préférence un électro-aimant de déflexion de l'arc, comprenant un enroulement 25 et un noyau 45, fig. 1, qui est très efficace pour contrôler l'attraction de l'arc de tête sur l'arc H suivant, du fait que cet enroulement exerce son action à distance et, par là, ne subit pas de dommage. Le courant fourni à l'enroule ment 25 sera choisi de façon à développer, entre les pôles P P du noyau 45, un champ magnétique suffisant pour modifer l'effet de l'arc de l'électrode fusible à un point tel que l'arc de l'électrode non consommable n'est tout au plus que faiblement défléchi vers l'avant.
Il est indiqué de prévoir les moyens de concentration magnétique de l'arc décrits ci- dessus et comprenant; soit un électro-aimant, soit un aimant permanent, au moins pour la seconde torche.
Avec un appareil à trois torches en tandem, comme celui représenté à la fig. 6, qui com prend une torche 10 à électrode fusible ali mentée par du courant continu et de polarité positive, une torche 12 à électrode non consommable alimentée par du courant continu et de polarité négative (directe), et une tor che 26 à électrode non consommable alimentée en courant continu et de polarité positive, il n'est plus besoin de prévoir des moyens pour la déflexion ou la concentration magnétique de l'arc.
Avec une telle disposition, en em ployant un courant de soudage de l'ordre de 300 ampères pour l'électrode fusible de tête 20, de 200 ampères pour la seconde électrode 14, en tungstène, et de 180 ampères pour la der nière électrode 28, en métal refroidi à l'eau, et un écoulement de 849 litres par heure d'ar gon de pureté technique. pour protéger l'arc dans chaque cas, on a fait une soudure d'une feuille d'aluminium de 1,27 mm d'épaisseur, à une vitesse de 1524 cm à la minute, qui ne présentait aucune creusure. L'examen de la soudure a montré une pénétration incomplète par l'arc de tête et une pénétration ultérieure complète par le second arc, et le façonnage de la soudure par le troisième arc.
Des facteurs comme le nombre des élec trodes, l'intensité du courant, le voltage, la polarité et les distances séparant les torches à électrode non consommable et celle à élec trode fusible, peuvent varier suivant les cas. Lorsqu'on diminue l'espace entre les électrodes, le chauffage et les effets magnétiques doivent être modifiés en conséquence ; on effectuera une diminution du courant pour affaiblir les effets magnétiques nuisibles et éviter -une sur chauffe du métal.
Lorsque l'électrode de tête est fusible, l'arc initial peut produire une pénétration complète, ceci permettant l'utilisation de l'arc ou des arcs suivants pour le façonnage. Cependant une pénétration par degrés peut être réalisée en utilisant, à la suite de l'électrode de tête, deux torches jumelées à électrodes non consom mables alimentées chacune en courant, continu et de polarité positive.
Par exemple, en utilisant de l'argon comme gaz de protection et un courant de l'ordre de 500 ampères, on a fait la soudure de feuilles d'aluminium de 1,27 mm à une vitesse de 1651 cm par minute, laquelle, à l'examen, montrait une pénétration partielle du fait du premier arc, et une pénétration com plète ainsi qu'un façonnage de la soudure par les arcs suivants.
Les vitesses atteintes en opérant de la ma nière décrite ci-dessus sont considérablement plus grandes que cela n'avait été possible par les procédés de soudage à l'arc antérieurs. Par ces derniers, on a pu atteindre des vitesses maxima de soudage de l'ordre de 610 cm par minute, et seulement avec des succès limités.
L'efficacité de l'arc ou des arcs qui suivent l'arc de tête est augmentée par l'effet de pré chauffage de la pièce traitée par l'arc de tête. L'arrangement serré des électrodes l'une der rière l'autre, ainsi que la grande vitesse du déplacement- permet une pénétration par degrés plus facile et un façonnage plus efficace, par le second ou le troisième arc, du cordon de soudure en déplacement, dont le métal est déjà proche de son point de fusion.
Le procédé décrit peut être utilisé, par exemple, pour la fabrication de tubes d'irriga tion transportables. L'aluminium est employé pour cela avec grand avantage à cause de sa faible densité et de sa résistance à la corrosion. Avec les procédés industriels connus, une bande d'aluminium était mise de façon continue sous forme de tuyau, et le joint longitudinal pouvait être soudé à l'aide d'une électrode non consom mable à protection par gaz inerte, avec du courant continu et l'électrode étant positive, à une vitesse maximum de soudage de 457 cm par minute.
Cette vitesse était imposée par l'opération de soudage, alors que la machine à former le tuyau aurait pu travailler à une vitesse de l'ordre de 2286 cm par minute. Une augmentation de la vitesse de soudage appor tera donc une économie notable dans le prix de fabrication de ces tuyaux.
Avec un appareil comprenant une torche de soudage de tête à électrode fusible et une torche postérieure à électrode non consom mable, et dans lequel on emploie de l'argon commercialement pur comme gaz de protection dans chaque torche, le soudage bord à bord d'aluminium a pu être effectué à une vitesse de 1905 cm par minute. La fig. 5 montre un appareil 30 de formation de tuyaux comprenant un poste de soudage de joint 32 par lequel passe un tuyau 34 actionné par des jeux de rouleaux horizontaux 36 et 38 et par des jeux de rouleaux verticaux 40 et 42. Le poste 32 comporte deux torches de soudage 10 et 12 res pectivement à électrode fusible et à électrode non consommable, disposées en tandem comme montré à la fig. 1.
La distance entre les deux arcs de soudage disposés en tandem joue un rôle important. L'arc de l'électrode 14 (en cuivre) refroidie à l'eau, de la torche 12, n'a qu'un faible pouvoir pour fondre le métal de la pièce en travail. Si les deux torches sont trop espacées l'une de l'autre, la température du cordon fondu et du métal de base immédiatement adjacent baisse de façon appréciable avant que la soudure atteigne le second arc. L'action de refonte et de façonnage de cette seconde torche, à élec trode non consommable, est alors insuffisante.
En revanche, si les deux torches sont placées à proximité l'une de l'autre, par exemple à une distance de 2,54 cm, l'action de refonte de la seconde torche est apte à éliminer la creu- sure et à façonner le cordon de soudure.