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"PROCEDE DE SOUDAGE ET PRODUITS EN RESULTANT"
Cette invention a trait au soudage de profilés ou autres produits ouvrés en fer et en acier tels que: tôles d'acier, tubes d'acier, pièces d'acier laminées ou matricées, etc. par le procédé consistant à produire une jonction en métal ferreux le long des bords contigus des pièces de ce genre. Ces pièces sont usuellement faites d'aciers de teneurs en carbone faibles ou moyennes ou, dans ces derniers temps et d'une façon croissante, d'aciers à teneur d'alliage re- lativement faible, tels que ceux contenant jusqu'à 1,50% environ de manganèse, les aciers dits au silico-manganèse, etc.
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D'une façon essentielle et fondamentale, la présente invention tire parti des diverses propriétés du carbone par des moyens qui n'avaient pas été appliqués jusqu'à ce- jour en ce qui¯concerne le soudage. Ces propriétés du carbone ont leur maximum d'effet dans un milieu non oxy- dant. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le carbone et le milieu non oxydant sont tous deux fournis par l'acétylène, mais ils pourraient être fournis d'une autre manière. L'application du carbone peut, ou non, coïncider avec le soudage, mais est de préférence combinée avec lui et le soudage est de préférence effectué dans un milieu non oxydant.
Parmi les propriétés du carbone qui interviennent dans cette invention, on citera les suivantes: 1) Il réagit avec l'oxyde de fer pour donner naissance à du fer et à de l'oxyde de carbone; 2) il est soluble dans le fer et rapidement absorbé par le fer chauffé à blanc; 3) il abaisse le point de fusion de l'alliage de fer et de carbone; 4) il augmente l'échelle des points de solidification du mélange de fer et de carbone; 5)-il protège d'autres in- grédients d'alliage, spécialement conjointement avec un milieu réducteur.
On décrira plusieurs façons d'utiliser ces effets du carbone. Bien que toutes ces façons soient considérées comme rentrant dans le cadre de cette invention, elles ne sont pas toutes également désirables mais sont indiquées dans le but de faire comprendre le présent procédé de soudage perfectionné.
Jusqu'à ce jour, la flamme oxy-acétylénique neutre était universellement adoptée pour l'établissement des sou- dures autogènes par le gaz entre les pièces d'acier telles que : profilés, plaques, tubes, etc., la pratique usuelle consistant à appliquer cette flamme neutre de façon à fon- dre les bords contigus des pièces à joindre et à remplir l'espace entre les surfaces fondues par. du métal résultant.
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de la fusion d'une tige ou barrette d'acier ou de composi- tion à ingrédients d'alliage. Dans cette flamme neutre le réglage des proportions de l'oxygène et de l'acétylène fournis est tel qu'il assure la température maximum à la pointe du cône de soudage de la flamme oxy-acétylénique.
Cette proportion comprend approximativement 104 parties d'oxygène pour 100 parties d'acétylène, en volume.
Le réglage est usuellement déterminé approximativement par l'aspect de la flamme en ce sens que lorsque la quantité d'acétylène fournie est supérieure à la proportion ci-dessus, un cône intermédiaire, appelé ci-après "fleuron", commence à apparaître à l'extrémité du dard ou cône interne blanc, la longueur de ce fleuron augmentant à mesure que l'excès d'acétylène augmente. Cette flamme, dite "neutre", exerce sur le métal de base une action oxydante qui tend à augmen- ter au cours du soudage, ce qui rend son état "neutre" difficile à maintenir.
Le mode opératoire usuellement appliqué pour établir un joint bout à bout ou à rapprochement entre deux tôles, par exemple, consiste à biseauter les bords des tôles à souder suivant un angle de 45 environ et à les placer à peu près parallèlement et presque en contact. On applique alors une flamme soudante "neutre" pour fondre profondément les parois de la rainure en V à 90 et remplir cette rainure du métal fondu produit par la fusion d'une barrette de sou- dure. Le soudeur s'efforce d'empêcher que la masse de métal fondue avance le long de la rainure plus rapidement que s'effectue la fusion profonde de la tôle ou métal de base par la flamme soudante. A cet effet, il manipule à la fois le chalumeau à souder et la barrette de soudure dont il maintient l'extrémité dans la masse fondue.
Dans le soudage autogène des pièces d'acier, en particulier, la nature oxydante de la flamme neutre est la
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source de divers inconvénients et. de résultats médiocres parmi lesquels on citera les suivants:
1) Dans le soudage effectué avec la flamme dite "neutre", un degré considérable de surchauffage au-dessus du point de fusion est nécessaire dans le but de communi- quer au métal une fluidité suffisante pour éliminer par flottage les particules d'oxyde produites. En effet, si ces particules étaient emprisonnées dans la soudure en cours de solidification, elles deviendraient des solutions de continuité non métalliques affaiblissant cette soudure.
Le surchauffage du métal à un degré trop élevé au-dessus de son point de fusion aboutit à une absorption excessive de gaz, le gaz absorbé se dégageant par la suite lorsque le métal se refroidit de nouveau à son point de solidifica- tion. Comme la surface supérieure se refroidit plus rapide- ment que l'intérieur de la masse fondue, une partie de ce gaz est emprisonnée et donne naissance à des "soufflures".
Une température trop élevée favorise aussi l'oxydation tant dans le métal déposé que le long des parois de la rainure en V à mesure que le soudage se poursuit et que le métal de base est porté à une température élevée.
2) La formation de recouvrements résultant de l'étalement de la masse fondue sur le métal de base non fondu. Lorsque ceci arrive, la pellicule d'oxygène revêtant le métal de base non fondu empêche la production d'une bonne soudure autogène entre les deux pièces.
3) Pour établir une soudure en V unique avec la flamme neutre, il est nécessaire de fondre les extrémités ou sommets des biseaux, ce qui permet usuellement au métal de passer à travers ; contre, si ces sommets ne sont pas fondus, il en résulte généralement une pénétration insuffi- sante et il reste au fond de la rainure en V un interstice ou partie incomplètement soudée et remplie d'oxyde. L'un et l'autre de ces résultats sont courants lorsqu'on effectue
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le soudage avec la flamme dite "neutre" et sont nettement préjudiciables dans la plupart des travaux.
4) Les ingrédients d'alliage de la tige de soudure sont appauvris et la teneur en carbone est réduite à une valeur indésirable. Deux inconvénients que présente cette combustion des ingrédients d'alliage, et du carbone, sont d'élever le point de fusion du métal de remplissage et de diminuer l'échelle de ses points de solidification.
Jusqu'à ce jour, dans le soudage autogène des profilés, etc. (aciers à teneur en carbone faible ou modé- rée) à l'aide de la flamme oxy-acétylénique neutre, toute variation du réglage neutre, que ce soit vers un excès d'oxygène ou vers un excès d'acétylène, était considérée comme indésirable. La demanderesse a découvert qu'un excès d'acétylène s'élevant à 6-10 % environ par rapport à la proportion d'acétylène de la flamme "neutre" est au con- traire nécessaire pour créer un état plus neutre en ce qui concerne son effet sur le métal de remplissage. En d'autres termes, en ce qui concerne l'effet de la flamme sur le métal de remplissage, on obtient avec une seule flamme des conditions se rapprochant davantage de l'état neutre lorsque le rapport volumétrique de l'oxygène fourni à l'acétylène est de 97 à 100 environ.
Avec une flamme de ce genre, le carbone et les autres ingrédients de l'acier res- tent pratiquement non oxydés et de qualité inchangée. Dans la présente description, dans le but de se conformer à l'usage, la flamme sera désignée selon son aspect, c'est- à-dire qu'elle sera appelée "neutre" lorsque le fleuron ou cône intermédiaire vient juste de disparaître du cône interne blanc"à excès d'acétylène" lorsque le cône interne sera prolongé par un fleuron épais.
L'objet principal de la présente invention est de faire en sorte que les parois de la rainure formée entre les pièces à souder absorbent du carbone à titre de prépa-
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ration à la réception du métal de remplissage. Ceci peut être effectué avant le soudage, par exemple par cémentation, ou par une fusion superficielle préliminaire des surfaces à l'aide d'une flamme à excès d'acétylène. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'absorption du carbone est combinée avec l'opération de soudage par l'application d'une flamme "à excès d'acétylène" selon la définition précédente.
Quoique des soudures excellentes aient été obtenues avec une seule flamme, suivant la présente invention, lorsque le rapport volumétrique de l'oxygène à l'acétylène est approximativement de 97 à 100, l'excès d'acétylène appli- qué peut varier entre les limites d'une échelle assez gran- de. D'une façon générale, et sur la base d'une détermination visible, une flamme unique convenablement réglée peut va- rier d'un point où le fleuron intermédiaire vient juste d'apparaître à un point où il atteint une à trois fois la longueur du cône interne blanc, mesurée à partir de l'ex- trémité de ce cône.
Toutefois, il n'existe pas de réglage unique de l'excès d'acétylène susceptible de satisfaire à tous les désidérata parce que les becs ou ajutages à une seule flamme peuvent être de différentes dimensions, on peut faire usage de plusieurs becs, comme dans le soudage à plusieurs flammes, et le mode de manipulation de la ou des flammes (direction, point d'application et mouvement) est susceptible de varier avec différents soudeurs. Dans la pratique, la façon la plus simple actuellement connue de la demanderesse de définir les limites de la quantité d'acétylène en excès qui convient pratiquement pour la plu- part des cas dépend de certaines particularités visibles et faciles à discerner de l'opération de soudage.
En général, l'excès d'acétylène employé est suffisant lorsque la surface, non soudée située à une faible distance en avant de la sou- dure fond superficiellement de façon spontanée en raison de
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ltabsorption de carbone par le métal chauffé à blanc et d'un abaissement du point de fusion de la couche superfi- cielle ainsi carburée. L'aspect "mouillé" de la surface du métal de base sur une courte distance en aval de la soudure indique au soudeur que la quantité de carbone absorbée par cette surface est suffisante et que la flamme est convenablement réglée.
Le soudeur peut aussi discerner facilement le moment où la quantité d'acétylène en excès employée est trop grande, car l'aspect des étincelles produites par la masse fondue au cours du soudage constitue alors le critérium, les étincelles du type scintillant devenant plus nombreuses que d'ordinaire, ces étincelles scintillantes étant la caractéristique d'un acier à haute teneur en carbone usé par une meule en émeri. Entre ces limites, un réglage précis n'est pas essentiel, la quanti- té désirable d'acétylène en excès dépendant d'une part de l'ajutage ou bec du chalumeau, de ses dimensions et du nombre d'ajutages employés et d'autre part de la soudure ainsi que, dans une faible mesure, de la manipulation, de la position de la flamme, etc.
Lorsqu'on soude bout à bout des tôles de chaudière ou des tronçons de tube d'acier, par exemple, le mode de biseautage et d'assemblage des pièces à souder peut être sensiblement le même, dans le présent procédé, que s'il s'agissait de souder à l'aide de la flamme neutre, excepté qu'on peut constituer une rainure beaucoup plus étroite, par exemple à 60 , et rapprocher davantage les éléments, alorsqu'il est pratiquement nécessaire de constituer une rainure plus large, telle qu'un V de 90 , lorsqu'on effec- tue le soudage à l'aide de la flamme neutre à cause de la difficulté d'assurer la pénétration de la flamme jusqu'au fond de la rainure.
On peut adopter à volonté le soudage en avançant ou le soudage en reculant, ce dernier mode opératoire étant préférable et particulièrement avantageux
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dans ce procédé lorsqu'on effectue le soudage à la main avec une flamme unique produite par le type de chalumeau à souder qui existe à l'heure actuelle.
Dans certains cas, une tige de soudure, si l'on se sert dtune telle tige dans le présent procédé comme on le fait actuellement, peut être maintenue presque verticalement par rapport à l'ou- vrage, mais il est préférable de la maintenir suivant un angle aigu avec cet ouvrage en l'inclinant dans une direc- tion qui l'éloigne du chalumeau et en engageant son extré- mité inférieure dans la masse d'acier fondu que renferme la rainure, mais il est préférable que la tête du chalumeau à souder soit maintenue presque horizontalement ou qu'elle ne soit que légèrement inclinée par rapport à une position horizontale, afin que la flamme qui en émerge soit ou bien pratiquement horizontale, ou bien faiblement inclinée, par exemple de 30 environ, par rapport au plan de la soudure.
La chaleur est dirigée principalement vers l'extré- mité de la tige de soudure et il est préférable que le métal de base ne soit jamais chauffé au point de fusion de l'acier par la flamme du chalumeau. En temps ordinaire, dans le soudage à la flamme neutre, la tête du chalumeau et la flamme sont inclinées de 60 environ par rapport au plan de la soudure. Le présent procédé de soudage à excès d'acétylène effectue une autre simplification de la technique du soudage en ce sens qu'il n'est pas nécessaire d'effectuer une manipulation spéciale ou un mouvement de pivotement transversal du chalumeau et de la tige de sou- dage en travers de la rainure ainsi qu'il est nécessaire dans le soudage à la flamme neutre.
Il suffit usuellement de faire mouvoir la tête pratiquement horizontale du chalumeau d'une faible distance dans la direction de la rainure, alternativement dans un sens et en sens inverse, au-dessus de la partie non soudée de la rainure, la flamme tournée vers la tige; afin que la flammé à excès d'acétylène
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vienne continuellement frapper la tige de remplissage pour fondre cette tige à la vitesse convenable et que, lorsque la flamme est déplacée d'une faible distance à l'écart de la tige; elle chauffe et carbure les surfaces adjacentes de la rainure. Dans certains cas, ce mouvement du chalumeau et de la flamme n'est pas nécessaire. La flamme peut être maintenue fixe par rapport à la soudure, à une faible distance de cette soudure et enregard de la tige de remplissage.
Le front avançant de la soudure ré- fléchit une quantité considérable de la chaleur et une partie de la flamme vers l'avant, le long de la rainure non soudée, ce qui contribue à préparer les parois de la rainure en vue de la réception du métal fondu et de leur union avec ce métal. Les parois de la rainure sont aussi préchauffées par conduction. Pendant l'opération de souda- ge entière, la masse fondue, l'extrémité fondante de la tige et les surfaces de la rainure sur le point d'être soudées sont bien entendu enveloppées et protégées contre l'oxydation par la flamme à excès d'acétylène.
Lorsque l'opération de soudage élève la température des surfaces adjacentes de la rainure au blanc soudant, le métal de base situé à une faible distance en avant de la masse fondue peut absorber rapidement du carbone. Le carbone peut être appliqué soit sous forme d'une pâte convenable, soit sous forme d'un composé carburant, soit encore par le contact avec un bloc de graphite, mais il est préférable de le dériver de la flamme soudante elle- même en fournissant à cet effet à celle-ci un excès suffi- sant d'acétylène et en la manipulant de la façon décrite.
Dans le soudage d'un joint en V suivant l'invention, avec une flamme à excès d'acétylène convenablement manipulée, la pellicule superficielle du métal de base fond sur une courte distance (environ 12 millimètres lorsqu'on soude des tôles d'acier de 10 millimètres) à l'avant de la masse
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fondue mobile. Ceci est dû au fait que le métal de base voisin de la soudure est porté au blanc soudant et absorbe rapidement le carbone de la flamme. En raison de l'effet du carbone sur le fer, dont il abaisse le point de fusion, le carbone provoque la fusion spontanée de cette pellicule superficielle, c'est-à-dire à une température sensiblement inférieure au point de fusion du métal de base original.
Cette action est facilitée et protégée par le milieu non oxydant assuré par la flamme à excès d'acétylène lorsque cette flamme a été réglée pour fournir la quantité de carbone nécessaire pour précarburer la surface.
La masse fondue qui avance et se répand par-dessus les surfaces fondues ainsi préparées se comporte d'une manière très différente de celle dont elle se comporte dans le cas de la flamme neutre. Contrairement au mode opératoire adopté dans ce dernier cas, il n'est'pas nécessaire de fon- dre la matière de base avec la flamme du chalumeau, étant donné que sa surface fond spontanément. Avec la flamme neutre la surface adjacente à la masse fondue est "sèche", la masse fondue ne la "mouille" pas et avance au contraire avec un ménisque convexe analogue à celui du mercure sur le verre, ou au ménisque de soudure fondue sur du cuivre solide n'ayant pas été traité par le fondant.
Par contre, dans le présent procédé, la surface adjacente est usuellement "mouillée" de 12 millimètres environ à l'avant de la masse fondue qui avance, avec un ménisque concave, comme le ménisque de soudure sur du cuivre convenablement préparé. Lorsque le métal de la masse fondue entre en contact avec les surfaces carburées fondues, le carbone se distribue de lui-mêmepâr diffusion et les métaux de base et de remplissage constituent un alliage parfait et un joint autogène.
Comme les surfaces de la rainure ne sont de préférence fondues que superficiel- lement, la forme initiale de ces surfaces reste.inchangée dans le joint fini, et les surfaces de contact qui existent
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entre deux éléments unis directementou entre des éléments de ce genre'et le métal de remplissage intercalé sont exemp- tes de laitier et dbxyde à un degré susceptible d'être dis- cerné au microscope comme marquant ou définissant les surfa- ces initiales. Il existe -- physiquement et chimiquement --- entre les métaux de remplissage et de base une transition graduelle qui est effectuée par diffusion après solidifica- tion plutôt que par fusion comme dans le soudage à la flamme neutre.
L'effet de pénétration de chaleur dans le métal de base, dans le présent procédé, est nettement inférieur à celui qui intervient dans le soudage à la flamme neutre.
Par exemple, lorsqu'on soude une tôle de 10 millimètres avec une flamme dite "neutre", la profondeur du métal chauffé au-dessus du point de recristallisation de l'acier est de 10 millimètres environ, tandis que, dans le soudage à excès d'acétylène suivant le présent procédé, la profondeur moyenne n'excède pas 3 à 4 millimètres environ. En général, la structure du métal de base est modifiée jusqu'à une profon- deur d'une moitié au tiers de la profondeur à laquelle elle est modifiée par le soudage à la flamme neutre, dans le cas d'organes de mêmes dimensions. De plus, l'effet de chaleur du métal de base va en diminuant vers le fond de la rainure en V.
La pellicule superficielle fondue à grande teneur en carbone réagit sur ses contours avec la pellicule d'oxyde qui est présente même sur des surfaces nettoyées mécanique- ment. La réaction est indiquée par une légère formation de mousse provoquée par l'échappement du produit gazeux de la réaction, celle-ci étant terminée immédiatement et lais- sant la surface exempte d'oxyde et prête à s'unir au métal fondu. Ceci évite la nécessité d'éliminer l'oxyde superfi- ciel par flottage, ainsi 'qu'il est nécessaire dans le sou- dage à la flamme neutre; en outre, l'inclusion d'oxyde sous forme d'une pellicule est sensiblement éliminée, de même
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que d'autres types d'inclusions, qu'elles soient visibles ou invisibles au microscope.
Comme la surface du métal de base est exempte d'oxyde et fond au-dessous de son point de fusion initial, le métal de remplissage peut être appliqué à une température beaucoup plus basse qu'avec la flamme neutre, ce qui élimine sensiblement l'absorption du gaz et empêche les soufflures. Des vitesses de soudage plus grandes peuvent être obtenues avec la flamme à excès d'acé- tylène en raison de la formation de la pellicule superficiel- le de haute teneur en carbone, étant donné que, malgré la température inférieure de la flamme à excès d'acétylène, la soudure s'accomplit plus rapidement puisque le métal de base n'exige pas de fusion directe et profonde et que le métal de remplissage n'a pas besoin d'être chauffé à une température aussi élevée que dans le soudage à la flamme neutre.
On réalise par conséquent de grandes économies de temps et de gaz.
Parmi les autres caractéristiques du présent procédé qui contribuent à assurer un soudage plus rapide et plus économique, on citera les suivantes: Il n'existe pas d'oxydes à éliminer par flottage ; tige de remplissage fond plus rapidement; l'habileté et les manipulations nécessaires sont moindres;la quantité de chaleur nécessaire par unité de surface est moindre; on peut appliquer une quantité de chaleur plus grande par unité de surface ; et l'on peut utiliser efficacement une rainure plus étroite.
Dans le présent procédé, une buse ou bec de chalumeau possédant un orifice beaucoup plus grand que cela serait praticable dans le soudage à la flamme neutre peut être utilisé pour souder une épaisseur donnée de métal de base, principalement à cause du fait qu'il faut moins d'habilité et de manipula- tions et qu'on peut souder à une vitesse plus grande. Une vitesse plus grande résulte même de l'emploi du même numéro de bec, ce qui diminue la quantité de chaleur dépensée par
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mètre linéaire de soudure ou par kilo de métal fondu. Cet accroissement de vitesse permet à son tour l'utilisation d'un bec plus gros tout en assurant le maintien d'une sou- dure excellente.
Il devient aussi possible d'employer une tige de remplissage beaucoup plus grosse que dans le sou- dage à la flamme neutre (pour la même épaisseur de métal de base), ce qui facilite la soudure et permet de chauffer la tige plus efficacement. De plus, les éléments d'alliage tels que le carbone, le manganèse, le silicium, etc. du métal de soudage ne sont pas diminués; par conséquent, le point de fusion de l'acier ne subit aucun accroissement, pas plus que l'échelle de ses points de solidification n'est diminuée. Non seulement le métal est désoxydé par l'acétylène, mais l'oxydation est empêchée en raison de la gaine de gaz réducteur enveloppant l'extrémité inférieure de la tige, le métal fondu et les zones adjacentes des organes en cours de soudage.
Les renseignements suivants, obtenus comme résultat d'un certain nombre d'essais comparatifs de vitesses de travail, consommation de gaz et quantité de métal déposé de la tige de remplissage feront comprendre la nature des économies qu'il est possible de réaliser grâce à la présente invention dans le soudage à la main le long d'une rainure en V simple de tôles d'acier de 10 m/m d'épaisseur avec une flamme unique.
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Type <SEP> de <SEP> flamme
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<tb> Vitesse <SEP> de <SEP> soudage <SEP> Excès <SEP> neutre <SEP> d'acétylène
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<tb> Mètres <SEP> par <SEP> heure................... <SEP> 1,2 <SEP> - <SEP> 1,8 <SEP> 3,6 <SEP> - <SEP> 5,1
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<tb> Poids <SEP> de <SEP> tige <SEP> fondu <SEP> par <SEP> heure <SEP> (kg). <SEP> 0,9 <SEP> - <SEP> 1,3 <SEP> 2,7 <SEP> - <SEP> 3,6 <SEP>
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<tb> Consommation <SEP> de <SEP> gaz
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<tb> Volume <SEP> d'oxygène <SEP> par <SEP> kg <SEP> de
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<tb> tige <SEP> fondu <SEP> (m3)...... <SEP> 0,73 <SEP> 0,51
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<tb> Volume <SEP> d'acétylène <SEP> par <SEP> kg <SEP> de
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<tb> tige <SEP> fondu <SEP> (m3)......
<SEP> 0,71 <SEP> 0,53
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En ce qui concerne la table ci-dessus, on remarquera que les renseignements relatifs au soudage à la flamme neutre sont basés sur l'emploi d'une flamme aussi grande que celle qui peut être manipulée en toute sécurité sur l'épais-
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seur de tôle indiquée, savoir la flamme fournie par un bec Oxweld N 10 ayant un orifice de 2,5 m/m de diamètre et consommant environ 1,02 mS d'oxygène par heure et environ 0,97 m3 d'acétylène par heure ; que les renseignements relatifs au soudage à l'aide de la flamme à excès d'acéty- lène sont basés sur l'emploi du numéro de bec directement supérieur, savoir d'un bec Oxweld n 12 ayant un orifice de 3 m/m de diamètre et consommant environ 1,84 m3 d'oxygène et 1,87 m3 d'acétylène par heure.
Il va de soi que si, dans le but de réaliser une vitesse plus grande, on fait usage d'un bec plus gros avec une flamme neutre dans les conditions données, on obtient des soudures de qualité inférieure, même si le soudeur est très habile; tandis que la qualité des soudures obtenues avec la flamme à excès d'acétylène, plus rapide, est meilleure que celle des meilleures soudu- res obtenues à l'aide de la flamme neutre et exige moins d'habileté de la part du soudeur.
Comme la pellicule d'oxyde du métal de base est éliminée par la pellicule fondue recouvrant les sur- faces des rainures juste en avant de la zone de soudure, on évite la formation de recouvrements, en particulier au fond d'une rainure à V simple ; de plus, les sommets des biseaux des pièces à unir n'ont plus besoin d'être fondus par la flamme du chalumeau en vue d'assurer la pénétration et un soudage complet comme cela est nécessaire avec la flamme neutre, de sorte que le métal fondu ne risque pas de traverser le V et de constituer des saillies sur la face de dessous du joint.
L'action de la flamme à excès d'acétylène sur la tige de soudure est aussi nettement avantageuse en ce sens que la surface extrêmement chauffée de la tige absorbe . le carbone de la flamme, de telle sorte qu'elle fond rapi- dement à une température plus basse que son point de fu- sion normal. Dans le but d'accélérer encore la fusion de
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la tige et l'opération de soudage considérée dans son en- semble, on peut préchauffer la tige, la pièce ou les deux et fournir ainsi avantageusement une quantité de chaleur supplé- mentaire pour l'opération de soudage.
Ce préchauffage de la tige peut être effectué de façons diverses, par exemple en utilisant un chalumeau de soudage à plusieurs becs dont l'un dirige une flamme de chauffage (avec ou sans excès d'acéty- lène) vers la tige à une faible distance de l'extrémité de fusion de cette tige et dont l'autre ou les autres dirigent la flamme de soudage à excès d'acétylène vers la rainure et la masse de métal fondu. On pourrait encore dévier une cer- taine partie de la chaleur de la flamme à souder à excès d'a- cétylène en dirigeant cetteflamme versle haut le long de la tige de façon à préchauffer celle-ci. Bien que la composition chimique et les ingrédients d'alliage d'une tige d'acier pro- pre à être appliquée dans le présent procédé puissent varier considérablement, on a'trouvé que certaines compositions conviennent mieux que d'autres.
Toutefois, d'une façon géné- rale, une tige de' soudure satisfaisante pour le but envisagé peut contenir 0,05 à 0,50 % de carbone, 0,50 à 1,75 % de manganèse, 0,20 à 1,50 % de silicium. Par exemple, grâce au présent procédé, on a obtenu avec une seule flamme à excès d'acétylène d'excellentes soudures entre des pièces laminées en acier telles que des tôles d'acier et des sections de tube de 10 m/m d'épaisseur à l'aide d'une tige d'acier con- tenant 0,11 à 0,20 % environ de carbone; 0,90 à 1,15 % envi- ron de manganèse ; à 0,42 % environ de silicium; pas plus de 0,04 % environ de chacun des éléments : et phosphore ; le reste étant principalement composé de fer.
En plus des avantages marqués précédemment énumérés et des économies réalisées dans la vitesse de soudage et la consommation de gaz, la flamme à excès d'acétylène présente l'avantage qu'elle est moins sujette à donner lieu à des re- tours de flamme que la flamme neutre, qu'elle empêche l'en- crassement ou obstruction de l'orifice de l'ajutage, que l'o-
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xyde du métal de base ne passe pas dans la soudure, comme cela a lieu dans le soudage à la flamme neutre, et qu'on ob- tient des soudures dont la teneur en carbone est au moins aussi grande que celle des pièces soudées et dont les qualités physiques sont supérieures à celles qu'il est possible d'ob- tenir avec la flamme neutre.
La demanderesse n'ignore pas qu'une flamme à excès d'acétylène avait déjà été utilisée dans une mesure limitée pour des buts spéciaux tels que le dépôt d'alliages spéciaux, comme par exemple le dépôt d'un alliage non ferreux de tungs- tène, chrome, cobalt sur des surfaces d'acier pour constituer un revêtement résistant à l'usure; le soudage d'alliages spéciaux tels que le fer au chrome et l'acier au nickel; et le traitement de pièces d'acier à haute teneur en carbone telles que les rails en acier.
Toutefois, en pareils cas, le but et la manière de procéder sont tous deux très différents, ce qu'on cherche à réaliser en déposant l'alliage non ferreux étant de produire une couche relativement mince et résistant à l'usure sur une surface de métal; dans les autres cas, le but est de constituer un milieu non oxydant ou d'introduire une quantité supplémentaire de carbone dans le métal de sou- dure déposé ou dans la pièce traitée, afin de créer une teneur plus grande en carbone et une surface plus dure.
Bien que les avantages et résultats perfectionnés exposés précédemment soient obtenus de la façon la plus sa- tisfaisante à l'aide d'une flamme à excès d'acétylène appli- quée à la fois comme source de chaleur à haute température et comme source de carbone de la manière décrite, on peut, dans certains cas, se servir dtune flamme neutre oxy-acétylé- nique ou d'un arc électrique à titre de source de chauffage à haute température et appliquer une flamme d'acétylène in- dépendante dans la zone chauffée par cet arc ou flamme neu= , tre, améliorant ainsi notablement le mode d'action de ce dernier lorsqu'il est appliqué dans le soudage de profilés et
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pièces en acier laminé.
Dans certains cas, par exemple lors- qu'on fait usage de plusieurs flammes de gaz, il se peut que la quantité totale d'acétylène de la flamme de chauffage considérée dans son ensemble n'excède pas le volume d'oxygène fourni) bien que les diverses flammes ainsi utilisées puis- sent néanmoins être appliquées de telle manière que les bords contigus à souder soient carburés et soudés suivant la présente invention.
Au lieu d'une seule flamme à excès d'acétylène telle que celle précédemment décrite, on peut ap- pliquer conjointement des flammes ou groupes de flammes oxy- acétyléniques réglés indépendamment; par exemple, on peut diriger une flamme dite "neutre" ou une flamme contenant un excès modéré d'acétylène sur la masse de métal fondu, prin- cipalement dans le but de fondre le métal de remplissage et de chauffer les parties à unir, et diriger une autre flamme contenant un excès plus grand d'acétylène vers les bords contigus du métal de base, à l'avant de la masse de métal fondu, principalement pour carburer le métal de base.
La ou les flammes carburantes mentionnées en dernier lieu peuvent être composées d'acétylène seulement, mais il est préférable d'appliquer avec ce gaz une quantité suffisante d'oxygène ou autre gaz à haute pression pour lui communiquer une vitesse suffisante pour repousser la ou les flammes du groupe de fu- sion et de chauffage et provoquer la rencontre de la ou des flammes carburantes avec le métal de base en un point situé juste en avant de la masse de métal fondu. Avec des flammes ou groupes de flammes réglés indépendamment de la façon précédemment décrite, il est possible de faire usage d'un mé- tal de remplissage ou tige de soudure composé de fer presque pur ou d'un acier dont la teneur en carbone est inférieure à 0,10 % et la teneur en d'autres ingrédients, tels que le man- ganèse, le silicium et le nickel, négligeable.
Il est bien entendu que le présent procédé peut être appliqué à la fois au soudage à la main et au soudage à la machine et'qu'il est non seulement applicable au soudage bout
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à bout ou à rapprochement, mais aussi au soudage à recouvre- ment et au soudage à cordon ou filet. Ces modes de soudage font partie de la présente invention, étant donné que le terme "contigu" employé pour désigner la relation des pièces à unir s'applique aussi bien à des bords ou surfaces dispo- sés à recouvrement qu'à des bords ou surfaces juxtaposés. Il est préférable que les bords ou surfaces à unir soient d'abord débarrassés de la rouille et de la couche d'oxyde inhérente au laminage, par exemple par une opération de brossage à la brosse métallique, meulage, fraisage, etc.
En effet, si l'épaisseur de la couche d'oxyde était considéra- ble,cette matière pourrait empêcher l'absorption du carbone et nuire de quelque autre manière à l'opération de soudage.
Il est généralement préférable d'appliquer comme métal de remplissage une tige de métal propre à produire un joint soudé suivant le présent procédé, mais on peut, dans certains cas, supprimer entièrement ou partiellement une tige de ce genre et obtenir le métal de remplissage en tout ou en partie en fondant des parties du métal de base et faisant couler ce métal sur des surfaces adjacentes convena- blement préparées du métal de base, c'est-à-dire sur les surfaces du métal de base qui ont été modifiées par la carbu- ration et chauffées à une température fondant ces surfaces modifiées. En outre, dans certains cas, on peut créer un joint soudé entre des pièces laminées en amenant simplement leurs surfaces en contact direct après qu'elles ont été mouil- lées superficiellement de la manière décrite.
Par conséquent; dans tous les cas, il est essentiel que les bords contigus des pièces soient carburés et chauffés à une température qui fond un métal neuf ou modifié de ce genre, mais non le métal de base qui se trouve au-dessous; et d'amener alors.des surfaces fondues ou préparées de ce genre en contact direct pour les unir de cette façon ou produire un joint soudé entre les dites surfaces par la fusion dtun métal de remplissage provenant d'une tige de métal distincte, des pièces elles-
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mêmes ou à la fois d'une tige de métal et du métal de base et en faisant couler ce métal de remplissage fondu sur les surfaces fondues superficiellement du métal de base.