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PROCEDE.DE SOUDURE BOUT A BOUT
La presente invention a trait a un procède de soudure de pièces métalliques ferreuses, telles que des rails, plaques, tuyaux, etc., en acier, et plus particulièrement à un procédé de ce genre appliquant une combinaison de soudure par pression et de soudure par fusion.
Dans un procédé de soudure par pression de rails d'acier et analogues, les pièces à souder sont usuellement appliquées l'une contre l'autre en butant bout à bout, et les faces en contact, pendant qu'elles sont sous une pression de contact élevée, sont chauffées indirectement par conduction de chaleur, à travers les corps de ces pièces vers ces faces.
On continue à chauffer et à maintenir la pression élevée bout à bout jusqu'à ce que la surface séparatrice ou interface entre les extrémités ,en contact soit à la température de soudure, après quoi la soudure se produit. On a observé
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que l'application de chaleur et de pression sur l'interface formée par les deux pièces métalliques avait tendance à produire l'évasement des extrémités en contact de l'ouvrage, et qu'en conséquence, les surfaces externes des parties évasées s'épanouissent pour former des crevasses ou fissures, qui sont sujettes à oxydation et par suite nuisent à la solidité de la soudure.
Conformément à la présente invention, on a constaté qu'une légère fusion de l'extérieur du joint, en particulier des parties évasées ou refoulées, pendant que l'ouvrage est encore chaud, non seulement assure une union complète par soudure des pièces de l'ouvrage, mais encore assure l'obtention de la température désirée sur l'interface, pendant la soudure par pression. En outre, la combinaison des soudures par pression et par fusion faite de cette manière donne un joint soudé de plus grande solidité et ductilité que ceux faits par soudure par pression seule.
Les buts de la présente invention sont, entre autres, d'offrir un procédé de soudure de pièces métalliques par soudure par pression dans lequel l'obtention de la température optimum de soudure par pression à l'interface des pièces est assuré; d'offrir un procédé le soudure de pièces métalli- ques dans lequel on remédie à la crevasse ou fissure formée par le refoulement ou l'évasement à l'endroit de l'interface, par suite de la soudure par pression, par une opération supplémentaire superficielle de soudure par fusion; et d'offrir un joint soudé ayant des caractéristiques supérieures de solidité et de ductilité.
Dans le dessin ci-joint:
Figs. 1 et 2 représentent schématiqueruent des étapes successives de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Fig. 3 est une coupe, à plus grande échelle, d'un joint
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partiellement terminé; et
Fig. 4 est une vue analogue à Fig. 3 d'un joint terminé.
Pour la commodité, les principes de l'invention vont être décrits dans leur applicationà la soudure de pièces métalliques creuses, en particulier de corps tubulaires, tels que desfronçons de tube en acier. Cette application n'a été choisie qu'à titre d'exemple, et il doit être en- tendu que l'invention n'est pas limitée à cet exemple, mais est applicable également à la soudure d'autres formes de pièces métalliques telles que plaques, rails et éléments de construction en acier.
Dans la mise en pratique de l'invention telle qu'elle est représentée-dans le dessin, deux pièces tubulaires en acier ou en fer, telles que les,tronçons de tuyaux P, sont fermement maintenues, leurs faces extrêmes adjacentes butant l'une contre l'autre pour former une interface I. De prfé- rence, avant que les pièces P soient mises en place, les faces extrêmes en contact sont convenablement dressées, par exemple par meulage, rabotage, ou tournage, de.façon que les faces/extrêmes, on obtient un contact de surface sensi- blement complet sur la superficie entière de 1'interface, ce qui exclut presqu'entièrement de l'interface l'air et d'autres éléments nuisibles.
Après ' mise en alignement des pièces P, une pression appropriée peut être appliquée dans le sens de leur axe, pour mieux assurer encore l'exclusion de toute matière étrangère de l'interface. La pression dé- siréë est de préférence de 35 à 425 kilogs par centimètre carré:
Il est bon de chauffer l'interface à la température convenable en chauffant le travail, de préférence de part
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et d'autre de l'interface, et dans toute son étendue, et à une distance n'excédant pas 2,5cm., etde préférence 1, 27 cm, ou moins, à partir de l'interface. Toutefois la chaleur peut être appliquée directement sur l'interface.
Une source de chaleur préférée est une flamme de gaz oxy-combustible, telle que celle résultant de la combustion de l'acétylène dans une a.tmosphère d'oxygène, quoique d'autres moyens de chauffage, tels qu'un chauffage par résistance électrique ou par induction, puissent être employés. Un procédé préféré d'application de la chaleur consiste à faire aller et venir, ou à f ire osciller, une source unique de chaleur à haute température sur l'ouvrage à l'endroit de l'interface, mais une ou plusieurs sources de chaleur peuvent être utilisées de part et d'autre de l'interface, ou appliquées tant au côté interne qu'au côté externe, ou aux deux côtés opposés, de l'ouvrage, ou bien une source unique de chaleur peut être dirigée vers l'ouvrage directement à l'endroit de l'interface.
Comme on le voit sur la fig. 1, la source de chaleur à haute temuérature peut comporter un brùleur annulaire R auquel un mélange combus- ti:ble peut être fourni par un ajutage approprié B. Si on le désire le brûleur R peut être refroidi par un fluide refroidisseur approprié arrivant aux brûleurs et en partant par les conduits C. L'utilisation d'un second brûleur R', appliqué du même côté de l'ouvrage est représentée en pointillé sur la Fig. 1, et la Fig. 3 représente, en pointillé, l'application d'un second brûleur R' du côté opposé de l'ouvrage.
Pour réaliser le stade initial du procédé de soudure selon l'invention, on allume le brûleur R et on le fait aller et venir ou osciller axialement ou longitudinalement par rapport à l'ouvrage, de sorte que la chaleur est conduite
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à travers le corps de métal des pièces P à l'interface r jusqu'à ce que l'interface atteigne une température de 1000 à 1300 . Une température de soudure appropriée est d'environ 1230 Pendant l'opération de chauffage, la dilatation thermique des pièces P augmente la pression à l'endroit de l'interface, et les faces extrêmes en contact des pièces P sont réunies par soudure sous pression.
Pendant l'opération de chauffage initiale, et une fois que la température à l'endroit de l'interface a atteint une température d'environ 1000 , les parois des tuyaux tendent à s'évaser ou à s'épanouir à l'endroit de l'interface, vers la source de chaleur. Cet évasement ou épanouissement fait qu'un rebord étroit, sur le pourtour de l'interface, est exposé à la chaleur et ainsi s'oxyde en produisant une fissure circonférencielle F. Si on exerce une pression axiale plus grande, ceci n'a pour effet que d'ouvrir davantage le joint et on ne peut pas réaliser la soudure de la partie oxydée de l'interface.-, Cette fissure est représentée, quelque peu exagérée sur la fig. 3 du dessin.
Conformément à la présente invention, on réalise l'ob- 'tention de la température optimum de soudure par pression sur l'interface, l'élimination de la fissure ou crevasse dans l'épanouissement ou évasement, et une amélioration de la solidité et de la ductilité du joint, en soudant par fusion l'interface dans toute la profondeur de la fissure, pendant que l'ouvrage est encore chaud, et de préférence sous pression. La soudure par fusion n'est que superficielle, car seule la surface extrême externe de l'épanouissement ou évasement, c'est-à-dire seul le métal adjacent à la fissure ou crevasse, est fondu, et que la superficie totale de l'inter-
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face correspondant au profil primitif projeté des pièces del'ouvrage n'estsoudée que sous pression, etnon-par fusion.
Comme l'opération initiale de soudure par pression a lieu de préférence une température d'environ 1230 , la soudure par fusion peut être facilement faite en déplaçant le brûleur R pour l'amener dans l'alignement de l'interface, comme on le,voit sur la Fig. 2. On continue à chauffer en ce point pendant le court laps de temps nécessaire pour faire monter à la tempér@ture de fusion la surface extrême externe du métal épanoui ou évasé au voisinage de la fissure F.
Bien que ceci constitue le procédé perfectionné de réalisation du stde de soudure par fusion, il est évident que ce stade peut être réalisé à l'aide d'une source de chaleur d'intensité suffisante pour produire lprofondeur et la largeur voulues de fusion.
Comme l'opération de soudure p@r fusion est effec- tuée immédiatement après l'opération de soudure par pression, pendant que le joint est encore chaud et sous pression, la chaleur résiduelle de l'interface est avantageusement utilisée pour augmenter l'économie totale du procédé. L'apparence du joint terminé est représentée, quelque peu exagérée, ans la Fig. 4, dans laquelle la partie soudée par fusion de l'inter- face I ost indiquée en W.
Comme exemple des résultats améliorés que l'on obtient grâce au procédé selon l'invention, plusieurs soudures de tuyaux ont été faites dans lesquelles la fissure s'étendait sur environ un quart de la circonférence du tuyau. Une fois la fissure soudée par fusion, des essais de cintrage de tron- çons de ce tuyau faits à l'endroit du joint de soudure ont montré -le façon nette que la fissure avait été entièrement éliminée et que le joint était entièrement soudé.
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Les tableaux ci-dessous montrent les résultats d'une série d'essais comparatifs faits sur des joints soudés faits uniquement par soudure par pression et sur des joints faits par le procédé de la présente invention, et ils font ressortir les caractéristiques supérieures de solidité et de ductilité que possèdent les joints faits selon la présente invention.
Joints faits par soudure par pression seulement.
EMI7.1
<tb>
<tb>
Epaisseur <SEP> Résistance <SEP> Pourcentage <SEP> Valeur <SEP> de <SEP> cintrage
<tb> de <SEP> la <SEP> pla- <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> d'allongement <SEP> % <SEP> d'allongement
<tb> que <SEP> essayée <SEP> kg/cmq <SEP> sur <SEP> 51 <SEP> mm. <SEP> sur <SEP> 12mm7
<tb> ---------------------------------------------------------------
<tb> 19 <SEP> mm. <SEP> 3,77 <SEP> S <SEP> 7 <SEP> % <SEP> 20 <SEP> % <SEP> S.S.
<tb>
19 <SEP> mm. <SEP> 4,07 <SEP> P <SEP> 15 <SEP> % <SEP> 31 <SEP> % <SEP> S.S.
<tb>
12,7 <SEP> mm. <SEP> 3,78 <SEP> S <SEP> 8,5 <SEP> % <SEP> 30 <SEP> % <SEP> S.P.
<tb>
Joints faits par le procède de la présente invention.
EMI7.2
<tb>
<tb> Epaisseur <SEP> Résistance <SEP> Pourcentage <SEP> Valeur <SEP> de <SEP> cintrage
<tb> de <SEP> la <SEP> pla- <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> d'allongement <SEP> d'allongement
<tb> que <SEP> essayée <SEP> kg/emq <SEP> sur <SEP> 51 <SEP> mm. <SEP> sur <SEP> 12mm7.
<tb>
<tb>
19 <SEP> mm. <SEP> 464 <SEP> P <SEP> 7 <SEP> % <SEP> 18 <SEP> % <SEP> S.S.
<tb>
19 <SEP> mm. <SEP> 4,6 <SEP> P <SEP> 9 <SEP> % <SEP> 34 <SEP> % <SEP> S.S.
<tb>
12,7 <SEP> mm. <SEP> 4.06 <SEP> P <SEP> 10 <SEP> % <SEP> 48 <SEP> % <SEP> P.P.
<tb>
S = rupture de la soudure
P rupture de la plaque = moyenne de deux valeurs dans tous les cas.
Nota: Dans tous les cas, l'épanouissement avait été éliminé avant l'essai.
On remarquera que les joints soudés faits par le pro- cédé de la présente invention présentent un gain marqué de solidité dans tous les cas, et dans le cas d'une plaque de 19 mm., ce gain s'est élevé à environ 705 kg/ cmq. En outre, l'a valeur moyenne de cintrage a sensiblement augmenté.
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En avant recours à la fusion superficielle du métal immédi@tement après l'opération de soudure sous pression, l'obtention d'une température de l'interface approchent de la température de solidus est assurée. Comme les propriétés de la soudure dépendent de l'obtention de la température optimum à l'interface, les joints soudés faits par le procédé de la présente invention possèdent des caractéristiques de solidité et de ductilité qui sont supérieures à celles qu'on a pu réaliser jusqu'ici.