Procédé de soudage de tôles avec préchauffage et postchauffage pour supprimer les tensions internes dans les tôles soudées, et dispositif pour la mise en aeuvre de ce procédé Lors de la réalisation d'assemblages soudés, le préchauffage est recommandé ou requis pour éviter les fissures dans le cordon ou dans la zone voisine de celui-ci.
Ce traitement consiste, en effet, à porter une zone importante des tôles à souder à une tem pérature suffisamment élevée, comprise en général entre 250 et 3500 C, de sorte que le refroidissement du cordon de soudure et de la zone avoisinante se fait ensuite à des vitesses relativement faibles. Un traitement de préchauffage sera donc nécessaire dans de nombreux cas, en particulier lorsque les tôles sont épaisses, ou si l'on utilise des arcs électriques de faible énergie rapportée à l'unité de longueur des soudures, ou encore dans le cas de pièces de formes compliquées.
D'autre part, après soudure et quelquefois pen dant soudage, pour des tôles de très fortes épaisseurs, il est imposé un postchauffage local ou complet qui est obtenu en portant au moins une portion des tôles à une température voisine de 6000. Dans les cas de fortes épaisseurs, il est recommandé de passer di rectement du préchauffage à ce postchauffage à une température plus élevée sans retour à la température ambiante.
Ces traitements thermiques sont actuellement exécutés au moyen d'appareillages dont le type dé pend des caractéristiques des éléments à souder. Sur les pièces de grandes dimensions, le préchauffage est généralement assuré par une série de rampes à propane, ou encore par un ensemble de résistances électriques rayonnant directement sur la tôle, mais dont la température est nécessairement beaucoup plus élevée que celle du traitement thermique considéré.
Pour des préchauffages et des postchauffages localisés, on utilise de préférence des chauffages par induction à moyenne fréquence. Enfin, il a été utilisé quelquefois des panneaux rigides munis de résistan ces, placés au plus près des tôles à souder pour certains préchauffages localisés.
Il n'y a pas grande difficulté à réaliser ces trai tements en atelier, où l'on dispose de fours et de moyens de manutention convenables ; par contre, avec les techniques actuelles, ces traitements sont souvent impossibles sur les chantiers.
En outre, ils présentent divers autres inconvé nients parmi lesquels il faut signaler en premier lieu les déperditions d'énergie dues aux températures éle vées auxquelles sont portés les éléments chauffants et corrélativement la difficulté pour le soudeur d'opé rer dans une atmosphère surchauffée. En second lieu, ces procédés de chauffage connus ne permettent pas d'assurer le chauffage simultané des deux faces des tôles à souder ;
il en résulte l'apparition de défauts importants particulièrement graves lorsqu'il s'agit d'enceintes dont la paroi a une forte épaisseur et qui doivent être soumises à une pression relative ment élevée en service.
La présente invention a pour objet un procédé de soudage avec préchauffage et postchauffage pour supprimer les tensions internes dans les tôles sou dées, caractérisé par le fait que les tôles à souder sont chauffées sur les deux faces, sur la zone où la soudure doit être déposée, ainsi que de part et d'autre de cette zone sur une distance au moins égale à cinq fois l'épaisseur des tôles,
ce chauffage étant localement interrompu dans la zone à souder pendant l'opération de soudage proprement dite. Grâce à ce procédé, on peut assurer le maintien à une température suffisamment élevée de tout l'en semble à souder avant, pendant et après l'opération de soudage. Lorsque celle-ci est terminée, il est facile d'augmenter l'intensité du chauffage pour pro céder à la suppression des tensions internes dans les tôles soudées.
La présente invention sera notamment applicable dans le cas où l'on désire souder les éléments cons titutifs d'une enceinte fermée et en particulier, si la réalisation d'une telle enceinte, de forme générale cylindrique, doit comporter l'exécution de soudures le long d'une ou plusieurs génératrices du cylindre. Dans ces conditions, on aura d'ailleurs intérêt à assurer le chauffage de toute l'enceinte tant sur la surface extérieure que sur la surface intérieure de l'enceinte.
On élimine ainsi au maximum les risques dus au retrait de soudure, qui, comme on le sait, provoque l'apparition de contraintes dangereuses, notamment dans le cas où de telles enceintes doivent être ultérieurement soumises à des pressions internes élevées. Grâce au procédé selon l'invention, on peut donc améliorer les caractéristiques de résistance des ensembles soudés et par conséquent augmenter leur durée d'utilisation.
De plus, il est ainsi possible de réaliser des enceintes de forme compliquée et de dimensions importantes sans rencontrer les difficul tés qui se présentaient jusqu'à ce jour au cours de l'utilisation des procédés classiques de préchauffage et de postchauffage.
La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il com porte une pluralité de matelas isolants souples à l'in térieur desquels sont disposées des résistances élec triques de chauffage, les matelas situés de part et d'autre de la zone où la soudure doit être déposée étant fixes pendant l'opération de soudage et disposés de façon à ménager entre eux un espace suffisant pour permettre l'opération de soudage, ledit espace étant comblé par des matelas amovibles susceptibles d'être enlevés pendant l'opération de soudage.
Au moyen de ces matelas, on localise les sources de chaleur au contact même ou en regard très pro che des pièces à souder de toute forme, et on peut éviter des déperditions de calories grâce à un iso lement thermique souple suffisant.
On conna%t d'ailleurs des matériaux isolants dont la conductibilité thermique est très faible, ce qui per met de réduire le flux des fuites thermiques à des valeurs de l'ordre de quelques centaines de watts par mètre carré, sans nécessiter des épaisseurs de matelas supérieures à 20 ou 30 cm.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution du dispositif pour la mise en aeuvre du procédé objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation d'un matelas pour chauffer des tôles à souder ; La fig. 2 est une vue suivant II-Il de la fig. 1. La fig. 3 est une vue suivant III-III de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe transversale dans un ensemble de deux tôles destinées à être soudées et recouvertes de matelas. Cette coupe transversale est faite dans les matelas en suivant une ligne passant par la surface de séparation des matelas adjacents tels qu'ils sont représentés sur la fig. 5.
La fig. 5 est une vue en élévation d'une face d'en ensemble de tôles recouvertes de matelas.
La fig. 6 représente un autre dispositif pour le chauffage de tôles à souder.
Si l'on se reporte plus particulièrement aux fig. 1, 2 et 3, on voit un matelas A constitué par une enve loppe souple 1 dont les bords périphériques présen tent la forme de chevrons. Cette enveloppe 1 est réalisée en une matière présentant une résistance mécanique suffisante et une ininflammabilité aux températures de service. Cette enveloppe 1 peut être constituée, par exemple, en fibre d'amiante. Les che vrons la apparaissent en creux sur deux côtés, les chevrons lb apparaissent en relief sur les deux autres côtés.
A l'intérieur de ce matelas sont disposées des résistances électriques représentées schématiquement en 2, susceptibles d'être connectées au moyen des bornes 3 à un circuit électrique d'alimentation. L'en veloppe 1 est remplie d'un matériau souple assurant une isolation thermique et électrique convenable.
De préférence, le matériau isolant est de la silice et le volume intérieur de l'enveloppe 1 est rempli par de la laine de silice dont le coefficient de conducti- bilité est voisin de 0,35 10-4 Joule/s.cm. oC. Une épaisseur de 20 à 30 cm suffira pour limiter les fui tes thermiques à quelques centaines de watts par mètre carré. Cependant, on pourra utiliser tout autre matériau isolant, notamment le kieselguhr.
Si l'on se reporte maintenant aux fig. 4 et 5, on voit comment sont disposés les matelas A pour assu rer le chauffage des tôles 4 et 5 destinées à être sou dées le long de leurs bords 4cr et 5a. Ces figures représentent une portion d'un ensemble à souder, qui peut être constitué de tôles 4 et 5 planes ou cylin driques. Les matelas A sont imbriqués les uns dans les autres grâce à la forme en chevrons de leur péri phérie. De façon plus précise, les rangées de matelas A s'étendent sur une largeur de tôle au moins égale à cinq fois l'épaisseur de la tôle, de part et d'autre de la zone à souder, mais sont disposées de façon à ménager un espace suffisant au voisinage de la zone à souder pour permettre à l'opérateur d'accé der à cette zone.
Cependant, dans le cas particulier du soudage de tôles cylindriques, délimitant une enceinte, on aura intérêt à disposer les matelas A sur la totalité des surfaces interne et externe de l'enceinte. On a d'ailleurs précisé plus haut les avantages d'une telle disposition.
Par ailleurs, et de préférence, des matelas A' de plus faible épaisseur que les matelas A seront dispo sés entre ces matelas A et la zone à souder. De toute façon, un espace libre sera ménagé entre les bords inférieur et supérieur des deux matelas A' situés en regard l'un de l'autre.
Des matelas A et A' sont disposés de chaque côté des tôles 4 et 5 sur toute la longueur de la zone à souder. Les matelas A et A' sont normale ment fixes pendant l'opération de soudure, grâce à des moyens de support non représentés. Entre les bords en regard des deux matelas A', on dispose des matelas B de forme sensiblement parallélépipé dique mais dont les dimensions sont assez faibles pour permettre leur amovibilité au cours de l'opéra tion de soudage.
Bien entendu, les matelas A, A' et B comportent tous des résistances électriques de chauffage qui sont connectées à un circuit d'alimentation au moyen de conducteurs non représentés. De préférence, la liaison électrique au circuit d'alimentation s'effectuera en parallèle. Cette disposition présente en effet l'avantage de permettre un remplacement facile de chacun des matelas dans le cas où l'une des résis tances électriques de chauffage qui est située à l'in térieur serait détériorée.
Le dispositif de chauffage tel qu'il vient d'être décrit s'utilise de la façon suivante : les matelas tels que Bi, B. et B@ étant dans la position représentée sur la fig. 5, on supposera qu'entre B., et B3 il existe un espace E d'une longueur sensiblement égale à celle d'un matelas B. La zone où la soudure doit être déposée est donc accessible à l'opérateur qui peut effectuer son travail, le soudage pouvant être, par exemple, autogène ou à l'arc. Lorsque l'opération de soudage est terminée dans l'espace E, l'opérateur enlève le matelas B,, qu'il place de façon adjacente au matelas B..
Il y a alors entre les matelas B;3 et B4 un espace d'une dimension voisine de celle de l'es pace E qui permet à l'opérateur d'effectuer son tra vail. Les matelas B sont ainsi déplacés de proche en proche jusqu'à ce que la soudure soit entièrement réalisée.
Grâce au dispositif décrit, on peut maintenir les tôles à souder sur une largeur suffisante à une tem pérature convenable avant, pendant et après l'opé ration de soudage. On évite ainsi les risques de dé formation et de concentration des contraintes au cours de l'opération de soudage ce qui est particuliè rement désirable dans le cas du soudage de tôles de forte épaisseur.
Si l'on se reporte maintenant à la fig. 6, on voit une variante avantageuse du dispositif tel qu'il est représentés sur les fig. 4 et 5. Les matelas chauffants amovibles situés dans l'espace compris entre les mate las fixes A' sont constitués par deux bornes Ci et C., susceptibles d'être enroulées ou déroulées sur elles-mêmes. Comme on le voit sur le dessin, on laisse entre les bandes Ci et C., un espace E' suffi samment dégagé pour permettre à l'opérateur l'accès de la zone à souder.
Lorsque la soudure est déposée sur les tôles 4 et 5, dans la région apparaissant dans l'espace E', on déplace la bande Ci en la déroulant quelque peu dans le sens Fi de façon qu'elle vienne recouvrir la zone qui vient d'être soudée. En même temps, on déplace la bande C2 en l'enroulant dans le sens E2 de façon à dégager un nouvel espace E' permettant le dépôt de la soudure.
Dans ces conditions, de même que dans le pro cessus décrit en référence aux fig. 4 et 5, la zone qui vient d'être soudée, ainsi que la zone qui va être soudée, sont chauffées en permanence et sont par conséquent maintenues à une température suffi samment élevée permettant la réalisation de la sou dure des tôles 4 et 5 dans de bonnes conditions.
Lorsque la soudure a été effectuée sur toute la lon gueur des tôles 4 et 5, on recouvre complètement la zone où la soudure a été déposée avec les bandes Ci et C. ou avec les matelas amovibles B et on assure de façon connue un postchauffage à une tempéra ture voisine de 600 destiné à supprimer les tensions internes dans les tôles soudées.
Sheet metal welding process with preheating and postheating to remove internal tensions in the welded sheets, and device for implementing this process When making welded assemblies, preheating is recommended or required to avoid cracks in the cord or in the area adjacent to it.
This treatment consists, in fact, in bringing a large area of the sheets to be welded to a sufficiently high temperature, generally between 250 and 3500 C, so that the cooling of the weld bead and of the surrounding area is then carried out at relatively low speeds. A preheating treatment will therefore be necessary in many cases, in particular when the sheets are thick, or if low energy electric arcs are used in relation to the unit length of the welds, or in the case of parts of complicated shapes.
On the other hand, after welding and sometimes during welding, for very thick sheets, a local or complete post-heating is imposed which is obtained by bringing at least a portion of the sheets to a temperature close to 6000. In these cases for large thicknesses, it is recommended to switch directly from preheating to postheating at a higher temperature without returning to ambient temperature.
These heat treatments are currently carried out by means of equipment, the type of which depends on the characteristics of the elements to be welded. On large parts, preheating is generally provided by a series of propane ramps, or even by a set of electrical resistors radiating directly onto the sheet, but the temperature of which is necessarily much higher than that of the heat treatment considered.
For localized preheating and postheating, medium frequency induction heaters are preferably used. Finally, it has sometimes been used rigid panels provided with resistances, placed as close as possible to the sheets to be welded for certain localized preheating.
There is no great difficulty in carrying out these treatments in the workshop, where furnaces and suitable handling means are available; on the other hand, with current techniques, these treatments are often impossible on construction sites.
In addition, they have various other drawbacks among which it is necessary to point out in the first place the energy losses due to the high temperatures to which the heating elements are brought and correspondingly the difficulty for the welder to operate in an overheated atmosphere. Secondly, these known heating methods do not make it possible to ensure the simultaneous heating of the two faces of the sheets to be welded;
this results in the appearance of significant defects which are particularly serious in the case of enclosures with a very thick wall and which must be subjected to a relatively high pressure in service.
The present invention relates to a welding process with preheating and postheating to remove internal tensions in the welded sheets, characterized in that the sheets to be welded are heated on both sides, on the area where the weld is to be deposited. , as well as on either side of this zone for a distance at least equal to five times the thickness of the sheets,
this heating being locally interrupted in the zone to be welded during the welding operation proper. By virtue of this method, it is possible to ensure that the entire assembly to be welded is maintained at a sufficiently high temperature before, during and after the welding operation. When this is finished, it is easy to increase the intensity of the heating to proceed to the elimination of internal stresses in the welded sheets.
The present invention will be particularly applicable in the case where it is desired to weld the constituent elements of a closed enclosure and in particular, if the production of such an enclosure, of generally cylindrical shape, must include the execution of welds along one or more generatrices of the cylinder. Under these conditions, it will also be advantageous to ensure the heating of the entire enclosure both on the exterior surface and on the interior surface of the enclosure.
The risks due to weld shrinkage are thus eliminated as much as possible, which, as is known, causes the appearance of dangerous stresses, in particular in the case where such enclosures must subsequently be subjected to high internal pressures. Thanks to the method according to the invention, it is therefore possible to improve the resistance characteristics of the welded assemblies and consequently to increase their duration of use.
In addition, it is thus possible to produce enclosures of complicated shape and large dimensions without encountering the difficulties which have hitherto arisen during the use of conventional preheating and postheating processes.
A subject of the present invention is also a device for implementing this method. This device is characterized in that it comprises a plurality of flexible insulating blankets inside which are arranged electric heating resistors, the blankets located on either side of the area where the weld is to be deposited. being fixed during the welding operation and arranged so as to leave sufficient space between them to allow the welding operation, said space being filled by removable mattresses capable of being removed during the welding operation.
By means of these mattresses, the heat sources are located in contact with or very close to the parts to be welded of any shape, and loss of heat can be avoided by virtue of sufficient flexible thermal insulation.
Insulating materials are known, moreover, of which the thermal conductivity is very low, which makes it possible to reduce the flow of thermal leaks to values of the order of a few hundred watts per square meter, without requiring thicknesses of mattresses greater than 20 or 30 cm.
The appended drawing represents, by way of example, some embodiments of the device for the implementation of the method which is the subject of the invention.
Fig. 1 is an elevational view of a mat for heating sheets to be welded; Fig. 2 is a view along II-II of FIG. 1. FIG. 3 is a view along III-III of FIG. 1. FIG. 4 is a cross section through an assembly of two sheets intended to be welded and covered with mattresses. This cross section is made in the mattresses along a line passing through the separation surface of the adjacent mattresses as shown in fig. 5.
Fig. 5 is an elevational view of a face of an assembly of sheets covered with mattresses.
Fig. 6 shows another device for heating sheet metal to be welded.
If we refer more particularly to FIGS. 1, 2 and 3, we see a mattress A consisting of a flexible envelope 1 whose peripheral edges have the shape of chevrons. This envelope 1 is made of a material having sufficient mechanical strength and non-flammability at operating temperatures. This envelope 1 can be made, for example, of asbestos fiber. The chevrons appear hollow on two sides, the chevrons lb appear in relief on the other two sides.
Inside this mattress are arranged electrical resistors shown schematically at 2, capable of being connected by means of the terminals 3 to an electrical supply circuit. The envelope 1 is filled with a flexible material ensuring suitable thermal and electrical insulation.
Preferably, the insulating material is silica and the internal volume of the casing 1 is filled with silica wool, the coefficient of conductivity of which is close to 0.35 10 -4 Joule / s.cm. oC. A thickness of 20 to 30 cm will suffice to limit thermal leaks to a few hundred watts per square meter. However, any other insulating material can be used, in particular kieselguhr.
If we now refer to fig. 4 and 5, we see how the mattresses A are arranged to ensure the heating of the sheets 4 and 5 intended to be welded along their edges 4cr and 5a. These figures show a portion of an assembly to be welded, which can be made up of flat or cylindrical sheets 4 and 5. The A mattresses are nested one inside the other thanks to the herringbone shape of their periphery. More precisely, the rows of mattresses A extend over a sheet width at least equal to five times the thickness of the sheet, on either side of the zone to be welded, but are arranged so as to spare sufficient space in the vicinity of the area to be welded to allow the operator to access this area.
However, in the particular case of welding cylindrical sheets, delimiting an enclosure, it will be advantageous to arrange the mattresses A on all of the internal and external surfaces of the enclosure. The advantages of such a provision have also been specified above.
Furthermore, and preferably, mattresses A 'of thinner thickness than the mattresses A will be arranged between these mattresses A and the zone to be welded. In any event, a free space will be provided between the lower and upper edges of the two mattresses A 'situated opposite one another.
Mattresses A and A 'are arranged on each side of the sheets 4 and 5 over the entire length of the zone to be welded. The mattresses A and A 'are normally fixed during the welding operation, thanks to support means, not shown. Between the opposite edges of the two mattresses A ', there are mattresses B of substantially parallelepiped shape but whose dimensions are small enough to allow their removable during the welding operation.
Of course, the mattresses A, A 'and B all include electrical heating resistors which are connected to a supply circuit by means of conductors not shown. Preferably, the electrical connection to the supply circuit will be carried out in parallel. This arrangement has the advantage of allowing easy replacement of each of the mattresses in the event that one of the electric heating resistors which is located inside is damaged.
The heating device as just described is used as follows: the mattresses such as Bi, B. and B @ being in the position shown in FIG. 5, it will be assumed that between B., and B3 there is a space E of a length substantially equal to that of a mattress B. The zone where the weld is to be deposited is therefore accessible to the operator who can carry out his work, welding being able to be, for example, autogenous or with the arc. When the welding operation is completed in the space E, the operator removes the mattress B ,, which he places adjacent to the mattress B ..
There is then between the mattresses B; 3 and B4 a space of a dimension close to that of the space E which allows the operator to carry out his work. The mattresses B are thus moved step by step until the weld is completely carried out.
Thanks to the device described, it is possible to maintain the sheets to be welded over a sufficient width at a suitable temperature before, during and after the welding operation. This avoids the risk of deformation and concentration of stresses during the welding operation, which is particularly desirable in the case of welding of very thick sheets.
If we now refer to fig. 6 shows an advantageous variant of the device as shown in FIGS. 4 and 5. The removable heating mattresses located in the space between the fixed mates A 'consist of two terminals Ci and C., capable of being rolled up or unrolled on themselves. As can be seen in the drawing, between the bands Ci and C., a space E 'sufficiently clear is left to allow the operator access to the zone to be welded.
When the weld is deposited on the sheets 4 and 5, in the region appearing in the space E ', the strip Ci is moved by unwinding it somewhat in the direction Fi so that it comes to cover the area which has just been removed. be welded. At the same time, the strip C2 is moved by winding it in the direction E2 so as to release a new space E 'allowing the deposition of the weld.
Under these conditions, as in the process described with reference to FIGS. 4 and 5, the zone which has just been welded, as well as the zone which is going to be welded, are permanently heated and are consequently maintained at a sufficiently high temperature allowing the realization of the welding of the sheets 4 and 5 in good conditions.
When the weld has been carried out over the entire length of the sheets 4 and 5, the area where the weld has been deposited is completely covered with the bands Ci and C. or with the removable mattresses B and postheating is ensured in a known manner. a temperature close to 600 intended to suppress internal tensions in the welded sheets.