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" NOUVEAU PROCEDE DE SOUDURE"
Dans les opérations de soudure, on s'est préoccupe jusque oe jour des déformations, des tensions internes, introduites par le retrait XX du métal de la soudure, sans @ apporter de solution définitive pour oertains problèmes par- tiouliers à l'industrie.
Les nombreuses solutions proposées sont simplement des palliatifs et par exemple dans l'état actuel de la soudure à l'aro quand l'opérateur doit entreprendre la construction de pièces où la soudure joue un rôle important, seul le recuit permet d'annuler tous les efforts internes, oette opération
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serait à conseiller par exemple pour des ballons de chaudières ou pour des réservoirs destinés à subir de hautes températu- res en contenant des fluides sous des pressions importantes.
Inexécution de certains grands bâtis en fortes épais- saura ou même des récipients indiqués ci-dessus nécessité des apporte de métal très importants qui sont. actuellement faits relativement lentement et si l'on emploie le procédé de soudure à l'aro, bien que celui-ci soit un des plus éoono... miques, l'opération est onéreuse et demande une main-d'oeuvre parfaitement exercée.
Ainsi qu'on le sait, les conditions d'opération sont telles que le poids de métal déposé en un temps donné, ne peut être augmenté dans faire oourir de graves dangers à la structure en cours de soudure. fous les procédés de soudure communément trouvés dans l'industrie sont sujets, pour des caussanalogues, aux incon- vénients indiqués ci-dessus.
L'inventeur a pensé qu'il était intéressant de pouvoir faire des Soudures très épaisses ou des apports massifs de métal sans être gêné ou par le retrait ou par le coût de l'o- pérat ion, et conseille la technique suivante faisant l'objet de la présente invention.
Les pièces à souder sont préalablement chauffées dans leur entier au rouge, ou seulement dans des parties telles que le retrait de l'ensemble n'aura pas de conséquences fâcheuses et la soudure est faite de préférence dans une enceinte fer- mée ou en sortant la pièce de l'organe de chauffage et en opérant dans l'atmosphère.
Le chauffage au rouge de structures importantes, la soudure étant effectuée aussitôt, aura pour résultat de neu-
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traliser les effets du retrait car le métal soudé se oontrac- tera en mêmetemps que la pièce elle-même, au moment du refroidissement.
L'invention prévoie de plus une amélioration de oette méthode de soudure avec une modification très légère à la technique déjà décrite.
Les pièces étant amenées à la température convenable soit environ le rouge, dans une enoeinte oonstituant un tour, on fait arriver à la fin du chauffage un gaz approprié qui a pour objet de chasser l'air} et si nécessaire de ré- duire les oxydesile la soudure , oe gaz auxiliaire sera par exemple de l'hydrogène, du gaz à l'eau, gaz d'éclairage acétylène, eto... dont on oonnait déjà les qualités réduc- trices, qui aident considérablement à obtenir une grande pureté du métal de soudure.
Les pièces à souder pourront être montées sur des pla- teaux ou des bancs en matière réfraotaire ou sur des bâtis en aoier résistant au feu par exemple l'aoier niokel-ohrome, de oette façon, il sera possible de déplacer des structures à souder pour les amener dans la position la plus favorable par rapport à l'outil de soudure.
A l'intérieur du four on pourra aménager les guides néoessaires pour maintenir l'outil de soudage en position convenable, ces guides pourront s'il y a lieu être refroidis ou exécutés en aoier résistant au feu.
Après exécution de la soudure la pièce pourra être réchauffée de nouveau de façon à être normalisée, un refroi- dissement très lent favorisera l'obtention de bonnes qua- lités mécaniques, ces qualités seront uniformes dans toute la pièce.
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La méthode de soudure décrite ci-dessus permet de faire des soudures importantes très rapidement car la pièce étant chaude on pourra employer des électrodes d'un diamètre plus fort et des intensités dans l'arc plus grandes, ce que l'on ne pourrait faire si la pièce restait froide ou à tem- pérature faiblement élevée.
Les Soudures ainsi exécutées sur la pièce chaude sont plus saines car le bain de fusion restant longtemps liquide les gaz peuvent s'échapper, les oxydes et les laitiers s'é- lèvent mieux à la surface et la pièce terminée est analogue à une piété reoutie, exempte d'efforts internes.
Cette méthode permet de réaliser les soudures des grosses épaisseurs avec les meilleures garanties de sécurité et de certitude dans la régularité des qualités mécaniques.
Le grain du métal déposé par leprocédé suivant l'invention est uniforme et on ne fait pas de différence entre le grain du métal lui-même, celui de la zone adjacente à la soudure et celui de la soudure elle-même; quand il est fait usage de la soudure à l'aro et d'un gaz réducteur la soudure est forgeable et la structure miororaphique est exempte d'aiguilles.
Il sera possible également de chauffer le flan devant servir à l'exécution de la pièce finale, le former en le sortant du four, le rentrer dans le four puis effectuer la soudure sur la pièce rouge dans l'enceinte fermée.
L'invention a en outre pour objet différente disposi- tifs permettant la mise en pratique du procédé indique ci-dess- sus; particulièrement peur l'invention de réservoirs à haute pression en acier de forte épaisseur., ou de tubes de grandes dimensions. dans lesquels on prévoit un bano support
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à déplacements mécaniques pour les dondures longitudinales on circulâmes.
L'un de oes dispositifs est oaraotérisé car la com- binaison d'un four pour le chauffage préalable et comportant des moyens pour l'arrivée d'un gaz réducteur, la pièce étant placée à l'intérieur du four sur un bano fixe muni de moyens assurant la rotation de la pièce à souder; et un a-opareil de soudage mobile par rapport à la pièce.
Un autre de ces dispositifs est caractérisé par la combinaison d'un four permettant le chauffage préalable de la pièce à souder, d'une plate terme mobile portant la pièce et circulant sur un chemin de roulement approprié,de moyens permettant mécaniquement l'introduotion et la sortie de la plate forme dans ou hors du four; des moyens étant prévus pour permettre la rotation sur la plate-forme de la pièce à souder, et d'un poste de soudure fixe ou mobile à la volon- té de l'opérateur, ce poste étant muni de tous les appareils de commande voulus afin que l'opérateur puisse manoeuvrer l'appareil de soudure et provoquer les déplaoements longitu- dinaux ou en rotation de la pièce à souder afin de conduire convenablement l'opération de soudure.
Un autre objet de la présente invention réside dans un dispositif particulièrement destiné à effectuer la soudure longitudinale des tubes de gros diamètre et de forte épaisseur avec seulement un chauffage local préalable de la zone où se fait la soudure.
Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte:
1 Une ohambre à la partie supérieure de laquelle est pratiquée une ouverture de dimensions telles que la pièce à souder, laquelle repose à l'intérieur de la chambre sur
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un bano, ne fasse saillie à l'extérieur que partiellement.
2 Des moyens assurant le chauffage progressif partiel de la zone à souder et convenablement disposée à la partie supérieure de la chambre.
3 Un postede soudure fixe permettant à l'opéra- teur d'effectuer l'opération de soudure.
Dans cette troisième ré alisation, il est prévu, à '; l'intérieur de la chambre, un dispositif mécanique d'ntrai- nement de la pièce à souder. En outre, on dispose à proximité de la machine automatique de soudure à l'arc un beo permettait l'arrivée d'un gaz auxiliaire tel que l'hydrogène pour pro- voquer la réduction des oxydes de la soudure.
D'autres caractéristiques de l'invention résulteront de la description qui va suivre:
Au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple,
La fig. 1 est une coupe schématique longitudinale d'un mode de réalisation aveo bano fixe.
La fig. 2 est une coupe transversale de la fig. 1. en La fig. 3 est une vue perepective de l'ensemble d'une installation avec banc mobile permettant le chauffage total préalable de la pièce à souder.
La fig. 4 est une coupe transversale schématique du four de chauffage, contenant le bano mobile portant la pièce à souder.
La fig. 5 est une coupe schématique transversale montrant la banc sorti du four et le poste de soudure en action.
La fig. 6 est une coupe schématique transversale montrant une variante du système mécanique du banc mobile..
La fig. 7 est une aorcps partielle longitudinale
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correspondant à la fig' 6.
La fig. 8 est une vue similaire à celle de la fig.6, mais représentant une autre variante du système d'entraîne- ment.
La fig. 9 est une coupe partielle longitudinale correspondant à la fig. 8.
La fig. 10 est une coupe schématique transversale d'une installation dans laquelle on n'effectue qu'un chauf- fage préalable local de la pièce à souder.
La fig. 11 est une vue en plan correspondant à la fig 10.
Suivant le mode d'exécution représenté aux figures 1 et 2, la virole 101 et les fonds 102 et 103 sont assemblés au préalable, par des points pour tenir les différents élé- mente en place, on pourrait de préférence faire un cordon de soudure au tond du chanfrein qu'il est d'usage courant de prévoir pour souder les pièces de grosse épaisseur, ce oor- don de soudure a pour but de contenir le métal en tusion dé- posé par les couches suivantes; celles-ci seront faites sur la pièce chaude et seront en effet plus fluides. On obtien- dra le même résultat en plaçant sous le oint une contre-pla- que qui sera simplement pointée à l'aro et qui contiendra le métal en fusion en maintenant la structure dans sa forme.
La virole ainsi préparée est placée sur un bâti 104 qui peut animer la pièce du mouvement de rotation nécessaire pour faire la soudure des deux fonds 102 et 103.
La pièce à souder repose sur des galets 105 qui sont commandés par un arbre solidaire d'un système mécanique 106
L'outil de soudage 107 est représenté à l'extrémité d'un grand bras 108 lequel peut être animé de préférence
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d'un mouvement latéral de balancement permettant de lier les deux bords à réunir.
Le bras 108 et l'outil de soudage 107 doivent être protégés contre la haute température du four et il est prévu que ces pièces seront calorifugées ou parcouries par une air- culation d'eau de refroidissement.
L'appareil de soudure qui commande l'outil de soudage 107 est représenté en 109, il est monté sur un chariot 110 qui peut se déplacer à la volonté de l'opérateur à la vitesse nécessaire pour la bonne exécution du travail, les rails 111 qui supportent le chariot peuvent être montée eux mêmes à leums extrémités sur des galets qui roulent sur un chemin de rou- lement transversal 113.
De cette façon, après que le travail de soudure a été effectué on peut relever le bras 108 et déplacer l'appareil de soudure 109, le chariot 110, les rails 111, latéralement pour dégager la partie supérieure du four
La pièce à souder est installée à l'intérieur d'une enceinte en matière réfraotaire dont la figure 1 représente les parois verticales 114 assemblées entre elles, il peut être avantageusement prévu des ouvertures ou regards 115 qui permettront au soudeur de suivre le travail de sa machine; la partie supérieure du four eat constituée par des dalles em matière réfractaire montées sur des supporta et ces dallée 116 pourront être déplacées horizontalement pour découvrir la pièce et permettre la sortie du four par un pont roulant.
A titre d'exemple, on a représenté un chauffage par un gaz amené par des buses 117, et on a représenté des chicanes 118 qui ont pour but de briser le jet de flamme et de rendre l'atmosphère du four plus uniforme.
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Dans lamode de réalisation représenté aux figures 3 à 5, l'installation comprend un four 1 susceptible d'être chauffé par des foyere2, Toutefois, on peut prévoir tout autre système de chauffage. Les gaz ohauda sont dirigés par des conduits 3 et évacués par des ouvertures 4 en différents pointe à l'intérieur du four. Un ventilateur 5 permet de mo- difier à volonté la combustion et de régler ainsi la tempéra- ture du four. Des portes 6, à coulisse ou d'un autre système, permettent de fermer le four.
La pièce à souder 7 est placée sur un bano monté sur roues qui est susceptible de se déplacer sur des rails 8 se prolongeant extérisure rment au four. La plate-forme 9 du ban est munie de galets 10 sur lesquels la pièce 7 repo- se directement. Des parois isolantes 11 sont prévues pour protéger la partie inférieure du bano contre la chaleur. Les parois 11 sont prolongées en Il Il le long du banc et sont de ferme propre à réaliser un joint dans des oanaux 12 plaoés le long des parois intérieures du tour, ces oanaux sont rem- plis de matière réfraotaire pulvérulente; la figure 4 repré- sente clairement ce détail de réalisation.
Cette disposition des parois isolantes formant joint a pour autre avantage de localiser les gaz chauds uniquement dans la partie supérieure du four, d'oÙ économie de chauff age.
Un dispositif mécanique 13 est préu pour assurer l'in- troduotion dans le four et la sortie du bano mobile.
Ce dispositif peut être, comme représenté à la figure 3, constitué par un treuil 14 sur lequel est enroulé un oâ- ble dont un brin 15 est attaché à l'avant du banc 9 et l'autre brin 16, qui passe sur des poulies de renvoi 17, est attaché à l'arrière du bano en traversant la paroi arrière du four.
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En faisant tourner le treuil dans le sens voulu :Il est posai ble d'introduire dans le four ou d'en sortir le bano mobile.
Pour assurer la rotation de la pièce 7 sur le banc, on a prévu un dispositif 18 susceptible d'entraîner un arbre 19 solidaire des galets 10a par l'intermédiaire d'un embra- yage 19a d'un type approprié.
Un poste d'observation et de commande 20 est monté sur rails, comme représenté aux figures 3 et 5. Ce poste oom- prend une cabine 20 à l'intérieur de laquelle l'opérateur prend place; les tableaux et appareils de commandes auto- matiques 21 sont placés dans la cabine à. la portée de l'opé- rateur. Un écran de proteotion ou paroi isolante 20a est disposé entre le poste 20 et le banc mobile afin de s'opposer aux radiations de la chaleur dégagée par la pièce .
La paroi avant de la cabine porte un tube d'observa- tion 22 à l'extrémité duquel est disposé un miroir réflé- chissant 23, orientable par l'opérateur , et dans lequel ce dernier voit par réflexion l'aro de la zone de soudure où 11 travaille. L'extrémitédu tube 22 supporte l'appareil de soudure 24 proprement: dit.
Cet appareil sera monté de faqon orientable et sa manoeuvre commandée del'intérieur de la cabine,
L'emploi du dispositif décrit ci-dessus est le sui- vant :
La pièce à. souder étant mise en place sur les galets 10 du banc mobile 9, on enferme dans le four cet ensemble et on chauffe toute la pièce à la température déterminée.
La pièce est ensuite sortie du four avec la bano et l'opé- retour exécute de la oabine la soudure de la pièce.; il est utile de rappeler que la pièce a été préalablement préparée,
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c'est-à-dire que les fonds sont maintenus en place par des pointe de soudure, et que le joint longitudinal 1 reçoit intérieurement une contre plaque p qui sert à contenir le métal en fusion pendant la soudure, la contre-plaqué p peut être bien entendu enlevée après soudure de lapièce.
Pour effectuer la soudure du joint j l'opérateur fait avancer la cabine au fur et à mesure de l'exécution du travail. Pour effectuer la soudure des fonds aux joints j1 et j2, le banc mobile est déplacé de façon à ce que l'embrayage 19-19a soit en prise, et la cabine est amenée en position convenable; 1'opérateur effectue alors son travail en oommandant la rotation de la pièce par le dispositif 18.
Comme il s'agit ioi de soudure de pièces de forte épaisseur il est intéressant de noter que lorsqu'il est im- possible d'exécuter toutes les soudures en une seule passe, on peut, grâce au dispositif décrit, faire chauffer la pièce autant de fois qu'il est nécessaire.
Lorsque toutes les soudures sont exécutées, on replace la pièce avec le bano dans le four afin de la recuire et d'en assurer un refroidissement lent à l'abri de l'air.
Bien entendu on peut prévoir l'arrivée d'un gaz aumi- liaire convenable à l'aro de soudure afin de provoquer la réduction des oxydes comme déjà spécifie.
Les/déplacementa du bano mobile 9 peuvent être assurée de différontes manières ; au lieu d'un treuil comme représen- té aux figures 3 et 5 on peut disposer, soit comme représenté aux figures 6 et 7, une roue tangente 25 montée folle sur un des essieux du banc mobile et en prise avec une vis sans fin 26 disposée longitudinalement entre les rails, l'entra!- acotionné nement de la vis sans fin étant assuré par un moteur de la cabine par l'opérateur. De part et d'autre de la roue 26 des
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embrayages 26a et 86 sont disposés, l'embrayage 26a ayant pour but de permettre l'entraînement des roues et le déplace- ment longitudinal du banc mobile, l'embrayage 26b ayant pour but d'assurer, lorsqu'il est en prise, la rotation des galets 10a et par suite celle de la pièce à souder.
Soit encore, comme représenté aux figures8 et 9, au moyen d'une crémaillà0 re 27 placée longitnâinal emant sur le cote du banc mobile 9 et en prise avec une roue dentée 28 en%rainée par un moteur actionné de la cabine.
On décrira maintenant le dispositif représenté aux figures 10 et 11 qui est particulièrement destiné à la sou- dure longitudinale des tubes de gros diamètre et de forte épaisseur avec chauffage local préalable de la zone de sou- dure.
Ce dispositif comporte un tunnel 30 dont la paroi supérieure est ouverte à sa partie centrale en 31 sut toute sa longueur et sur une partie seulement de sa largeur. A l'intérieur de ce tunnel un bano fixe de support 32 est placé; sur ce banc fixe de support est disposée une série de galets fous horizontaux 33 sur lesquels le tube à souder repose.
En outre, un certain nombre de rouleaux verticaux 34 sont disposés comme il est représenté. Les rouleaux 34 sont striés sur leur surface en contact avec le tube et sont des- tinés à assurer l'entraînement dudit tube (dans le sens de la flèche F figure 9). La commande des rouleaux 34 peut être effi feotuée de toute manière convenable par exemple au moyen des vis sans fin 35 et des roues tangentes 36. En dehors de l'en- traînement du tube à souder, les rouleaux 34 assurent encore par pression le maintien en contact des borda du joint j.
Le chauffage local préalable du tube est réalisé au
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moyen xxxx d'un foyer 37 reposant sur la paroi supérieure du tunnel et disposé de façon à chauffer par radiation la partie du tube qui fait saillie du tunnel en 38; pour acti- ver la combustion de ce foyer et assurer un chauffage plus rapide on peut placer des souffleurs 39 empêchant les gaz chauds de remonter et les dirigeant vers la surface du tube.
Dans le voisinage immédiat et à la suite du foyer 37, sont placés des brûleurs 40, ces brûleurs ont pour but de complè- ter le chauffage de la zone de soudure et permettent d'assu- xxx rer, au moyen d'un robinet 41, un réglage de la tempé- ratnre.
La maohine de soudage 42 qui sera de préférence une machine de soudure automatique à l'aro, est montée de façon orientable sur un support 43 fixé sur le dessus du tunnel. Un beo 44 est placé à proximité de l'aro, ce beo sert à diriger un gaz auxiliaire pour la réduction des oxydes; ce beo peut être monté directement sur l'appareil de soudure de façon à suivre ce dernier dans ses déplacements; lerégla- ge du débit du gaz auxiliaire s'effectue par un robinet 45.
Un écran 46 est placé entre l'appareil de sou- dure et les brûleurs 40 de façon à isoler la flamme de ces brûleurs de celle de l'aro et du bec 44.
Une plate forme 47 est placée latéralement au tunnel, les appareils de commande d'avance des rouleaux d'entraîne- ment 34 ainsi que ceux de la maohine de soudure sont fixés sur la paroi du tunnel afin que l'opérateur puisse commodé- ment exécuter la soudure et manoeuvrer les appareils on temps voulu.
Un écran 48 peut être disposé au-dessus du tunnel de façon à protéger l'opérateur contre la chaleur du foyer 37.
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Suivant la figure 10 on remarquera que les galets 34 sont montés sur des supports mobiles afin de permettre l'adaptation du dispositif à des tubes de différente dia- mètres; les galets sont bien entendu montés de façon à pou- voir être remplaces facilement suivant le diamètre des tu- bes à souder.
Le fonctionnement de ce dispositif se comprend aisément, le tube étant introduit entre les galets 34 peut être animé d'une vitesse constante, la zone de soudure est chauffée préalablement grâce à la présence du foyer 37 et des brûleurs 40, l'opérateur exécute la soudure du joint J d'une manière continue en réglant la marche de l'appareil et la température de chauffage,
Un des grands avantages de ce dispositif est qu'il est possible, en plaçant en enfilade sur le tunnel une série de machines xxx à souder, d'exécuter en une seule passe la soudure de tubes de très grande épaisseur, ai l'on suppose une épaisseur de trois centimètres on disposerait à la suite l'une de l'autre , trois machines, la première exécutant la soudure à fond sur un centimètre d'épaisseur,
la seconde augmenterait la soudure d'un centimètre d'épaisseur et la dernière assurerait la fin de la soudure, ces opérations se faisant simultanément il n'y a pas 1 ieu de réchauffer le tube et une grande vitesse de travail est obtenue dans les meilleures conditions possibles et suivant le procédé de l'invention.
Bien entendu, les dispositifs déortie ne sont pas limités aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été choissi qu'à titre d'exemple. On pourra sans sortir du cadra de 1'invention, apporter différentes modifications
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plus particulièrement en oe qui concerne les dispositifs de commande mécanique, par exemple on peut assurer les déplacements du bano et la rotation de lapièce au moyen de moteurs blin- dés placée directement sous la bano mobile. Les appareils de soudure peuvent être aussi de tous types connus.
Les différentes modalités de la présente invention ont été citées pour montrer que le procédé de soudure faisant l'objet de ce brevet est susceptible de s'adapter aux appli- cations les plus diverses, il peut rendre de grands services aussi bien pour la soudure de gros bâtis de machines exécutés en tôles et profilés soudés, la soudure de ballons de ohau- dières, la fabrication de tubes soudés par tronçons eu en joints continue, enfin tous travaux de répétition, eto...
Dans tous les cas, il en résulte un produit nouveau possédant de hautes qualités, la soudure est saine, régulière rapide et économique, la structure ne présente pas de défor- mations et il n'existe pas d'efforts internes susceptibles de déterminer des ruptures en service.
En maintenant la structure après soudure pendant près d'une heure, à une température de 850 suivie d'un refroidis- sement lent on obtient un produit normalisé de haute qualité.