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: "PERFECTIONNEMENTS AU SOUDAGE PAR PRESSION "
La présente invention se rapporte au soudage bout à bout des pièces métalliques, par pression, c'est-à-dire réalisé soit avec contact préalable des bords et chauffage ultérieur suivi d'une compression, soit avec chauffage des bords initialement écartés puis pressés l'un contre l'autre. Comme source de cha- leur, on utilise une flamme telle que la flamme oxy-acétyléni- que, ou un courant électrique, induit par exemple.
Dans ces procédés de soudage et quand les bords des pièces à réunir ntont pas été chanfreinés au préalable, le refoulement du métal rendu plastique par la chaleur, indispensable à la bonne interpéné- tration des particules métalliques en contact, provoque la for- mation naturelle d'un bourrelet ; celui-ci renforce la soudure et sert en même temps d'exutoire aux impuretés contenues dans le joint, ainsi que cela est expliqué dans le brevet 471. 924 déposée par la demanderesse le 18 Mars 1947 pour " Perfection- nements dans le soudage de pièces par fusion et pression" à laquelle s'applique particulièrement la présente invention, mais dans certains cas ce bourrelet est gênant et doit être enlevé par une opération d'usinage ultérieure.
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L'invention a pour but de diminuer et même d'éviter la formation de ce bourrelet ; a en effet constaté dans l'exé- cution des procédés en question, qu'on arrive en prenant des précautions convenables assurant l'élimination de l'oxygène hors du joint, et notamment en suivant les dispositions du brevet ci-dessus rappelé, à réduire à une très faible valeur les inclusions d'impuretés. On peut donc sans inconvênient,di- minuer et même pratiquement supprimer ce bourrelet jusqu'à n'obtenir dans la région du joint qu'une très légère surépais- seur de métal. A cet effet l'invention consiste à appliquer sur les pièces à l'endroit du joint, perpendiculairement à la pres- sion de soudage et à l'instant où cette dernière est exercée, une pression limitant la formation naturelle du bourrelet.
Lorsqu'il s'agit de souder un joint de grande longueur, par exemple deux tôles, cette pression peut être exercée,après enlèvement éventuel du moyen de chauffage, par un bloc agis- sant par son propre poids, ou par un bloc pressé contre les pièces par une force extérieure; à l'endroit du joint la face de ce bloc au contact de ce joint est munie d'une légère rai- nure si on veut seulement diminuer le bourrelet qui se forme- rait naturellement. Lorsqu'il s'agit de souder bout à bout des pièces telles que barres, feuillards, tubes, etc., cette pres- sion peut être obtenue simplement par l'introduction rapide autour des pièces à souder, à l'endroit du joint, d'une bague résistante qui peut coulisser sur celles-ci avec plus ou moins de jeu et qui est retirée après exécution de la soudure.
La réaction de cette bague sur le bourrelet qui tend à se former tenant lieu de la pression perpendiculaire à celle de soudage dont il a été parlé plus haut. Si on ne met que le jeu indis- pensable au coulissement de la bague sur les pièces, il se for- me seulement une légère surépaisseur qui est de l'ordre des tolérances admises dans le travail des pièces à chaud. La bague
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peut être introduite entre la pièce et le moyen de chauffage, en sorte que celui-ci n'a pas besoin d'être enlevé avant l'intro- duction de la bague.
Pour le soudage bout à bout des corps creux des tubes par exemple, le bourrelet naturel extérieur peut être diminué ou pratiquement supprimé au moyen d'une bague extérieure comme il vient d'être dit, tandis que le bourrelet naturel inté- rieur est diminué ou supprimé soit par la présence à l'endroit du joint, au moment où est exercée la pression de soudage, d'une olive pouvant coulisser dans le tube avec un jeu plus ou moins important, soit par l'introduction dans le tube, à l'endroit du joint, d'un noyau ayant pour diamètre extérieur le diamètre in- térieur du tube et qui est, de préférence, établi en plusieurs pièces pour faciliter sa sortie après soudage, malgré la con- traction du tube due au refroidissement.
On peut, bien entendu, employer simultanément sur un même tube les dispositifs de di- minution ou de suppression des bourrelets naturels extérieur et intérieur, ou seulement l'un d'eux.
En plus de la suppression des bourrelets qui diminue les frais d'usinage ultérieur, l'invention a l'avantage d'améliorer les procédés connus de soudage de ce genre sur les points sui- vants :
1 ) Elle assure un meilleur aboutage ou centrage des piè- ces à souder au moment de la mise sous pression constituant le soudage proprement dit, ce qui permet d'augmenter considérable- ment la pression spécifique de refoulement, sans avoir à crain- dre le chevauchement de ces pièces.
2 ) Elle économise le métal, puisque la disparition pra- tique du bourrelet réduit le raccourcissement des pièces.
Pour la réalisation de l'invention, des moyens mécaniques; hydrauliques, pneumatiques, électriques ou électroniques peuven être prévus pour synchroniser l'application de la pression de soudage avec l'application de la pression destinée à empêcher
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la formation du bourrelet, notamment avec le mouvement d'intro- duction de la bague, de l'olive ou du noyau mentionnés plus haut; ces moyens de synchronisation, ou d'autres, peuvent être égale- ment prévus pour les commandes du chauffage et des mouvements d'approche et de retrait de l'appareil de chauffage.
L'invention s'applique à toutes les formes de pièces sou- dables par pression : circulaires, prismatiques, pleines, creuses, contournées , etc., mais dans la description qui suit, établie en se référant aux dessins annexés donnés à titre d'exemple, on s'est limité, pour simplifier, à la diminution ou à la suppres- sion pratique des bourrelets naturels sur une plaque (schéma de la figure 1), à la suppression pratique du bourrelet intérieur sur un tube (schéma de la figure 2), celle du bourrelet extérieur sur un tube (figures 3 et 4) et à celle du bourrelet autour d'uns pièce présentant un profil relativement compliqué (figures 5 & 6)
Sur la figure 1, les deux tôles A et B qui sont soudées suivant la ligne XY en utilisant une rampe de chauffage (non re- présentée)
et en exerçant une pression horizontale dans le sens des flèches Fl et F2 sont disposées sur un bloc ou masse fixe N jouant le rôle d'une enclume ; même instant une pression verti- cale est exercée dans le sens de la flèche F3 sur le joint par l'intermédiaire de la plaque M jouant le rôle d'une chasse. La masse N est éventuellement munie d'une rainure 0 dont la profon- deur correspond à la surépaisseur admise par le bourrelet réduit; la plaque M peut elle aussi être munie d'une rainure identique.
Sur la figure 2, les deux tronçons de tubes A et B sont chauffés à l'endroit du joint par le chalumeau circulaire C et, au moment où l'on exerce la pression de soudage suivant les flè- ches Fl et F2, des bourrelets D et E tendent à se former à l'ex- térieur et à l'intérieur des tubes ;
de l'intérieur est pra- tiquement supprimé par le passage de l'olive 0 qui se déplace avec le minimum de jeu de la gauche vers la droite sous l'action de la traction schématisée par la flèche F3 *
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Sur la figure 3, le dispositif pour la suppression du bour- relet naturel extérieur sur des tubes occupe la position corres- pondant à la période de chauffage, la bague étant écartée de la soudure, tandis que sur la figure 4, il occupe la position corres pondant à la période de refoulement ou de soudage proprement dit, la bague coiffant la soudure.
Sur ces deux figures, les deux éléments de tube à souder portent respectivement les numéros 1 et 5, la bague empêchant pratiquement la formation du bourrelet est représentée en 11. Cet te bague est en acier dur, sa largeur est prévue pour couvrir lar gement la zone déformable. Son diamètre intérieur est égal au diamètre extérieur du tube augmenté du jeu juste nécessaire à son coulissement. La bague est vissée dans le porte-bague 12 qui cou- lisse sur le porte-tube mobile 6. Le ressort 13 comprimé entre le porte-bague et la tête 14 assure au moment opportun le lance- ment de la bague sur la zone de soudage du tube: La tête 14 soli- daire de la tige du piston 16 porte deux vis-contacts 15. Cette tête guide le ressort et le porte-tube mobile.
On règle la succès sion des opérations en règlant convenablement la âistance entre la pointe du porte-tube mobile 6 et le fond de son logement cor- respondant (centre de la pièce 14). Deux leviers coudés 18 pivo- tent autour des axes fixes 19, retiennent par leurs griffes le porte-bague 12 dans la position nécessaire pendant toute la pé- riode du chauffage. Une presse 17 munie de deux robinets 22 et 23 assure la pression de refoulement. Un brûleur 10, à fente ou à trous, assure le chauffage du bord des tubes.
9'autre part, on a représenté sur la figure 3 un tube 1 fixe, un porte-tube fixe 2, les mors 3, le mandrin 4, le tube mobile 5, le porte-tube mobile 6 solidaire de ltaxe 7 maintenu par un écrou 8 qui, conjointement avec le ressort 9, permet le réglage désiré de l*écartement entre les deux bords à souder.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant : des deux
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éléments de tubes, réduits à de courts tronçons pour la facilité de l'exposé,l'un 1 reste fixe , en ce sens qu'il ne peut se dé- placer latéralement mais peut être animé d'un mouvement de rota- tion autour de son axe. L'autre 5 peut être déplacé parallèlement à son axe pour être amené au contact du tube 1 au moment convena- ble et pressé énergiquement contre lui. Le brûleur 10 est disposé de telle sorte que ses flammes puissent chauffer régulièrement les deux bords des tubes. L'ensemble occupe la position de la figure 3.
On allume d'abord le brûleur. On imprime un mouvement de rotation aux tubes afin d'uniformiser le chauffage. Lorsque la température convenable est atteinte, on ouvre le robinet 23 qui admet dans le pot de presse le fluide sous pression. Le robinet 22 est évidemment ouvert et communique avec l'air libre. La ti- ge de piston 16 se met en mouvement* Après avoir parcouru le trajet voulu, les vis 15 font tourner les leviers 18 dtune quan- tité suffisante pour que les griffes s'écartent du porte-bague et abandonnent celui-ci à l'action du ressort qui était bandé.
La bague est immédiatement chassée sur la soudure (voir figure 4) pendant que le piston, en continuant sa course, transmet la pression qu'il subit sur la pointe du porte-tube mobile et as- sure ainsi le pressage du métal chauffé.
Il est évident qu'au même instant des dispositifs conve- nables peuvent écarter ou retirer le brûleur, et éteindre les flammes. Mais cette disposition n'est pas rigoureusement indis- pensable, la bague pouvant éventuellement s'insérer entre le tube et le brûleur.
La figure 3 montre que les dispositions mécaniques adop- tées pour le déplacement de la bague par rapport au tube assu- rant à cette dernière, et par conséquent à la soudure, le maxi- mum de concentricité. D'autre part, la présence de la bague ne permet pas à la fraction la plus chaude du métal de former un
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bourrelet épais lors du pressage; il en résulte une consommation de métal inférieure, puisque le bourrelet est considérablement réduit jusqu'à ne former qu'une légère surépaisseur de métal éta- blie dans la zone de soudage.
Enfin, le frettage par la bague, s'opposant à l'écoulement du métal le plus visqueux, permet d'exercer des pressions beaucoup plus élevées qu'en l'absence de bague. Il a été possible par exem- ple d'atteindre des pressions de 9 kg par mm2 de section de métal soudé, alors qu'on se limite normalement à 3 kg/mm2. Il est bien évident que cette augmentation de pression améliore notablement la qualité du joint et sa régularité. Le bourrelet qui, avec les pro- cédés usuels, atteint une hauteur d'environ 4 mm sur un tube de 56/60mm, est pratiquement supprimé et est remplacé par une sure- paisseur de 0,4 mm c'est-à-dire de l'ordre des tolérances admises dans le travail des pièces à chaud.
Ainsi qu'on l'a dit plus haut, l'invention peut stappliquer à des joints de soudure sur des pièces ayant des profils relati- vement compliqués: La figure 5 donne un exemple de ce genre. Les profilés 1 et 2 doivent être réunis par soudure le long des sur- faces de jonction AB et CD.
Si l'on utilise le procédé de soudage avec contact préala- ble, on amène les pièces dans la position de la figure 6. La fret- te 3 qui comporte une mortaise ayant la forme du profilé, avec bien entendu, le jeu nécessaire, vient coiffer la ligne de soudure à l'instant où commence le pressage énergique symbolisé par les flèches 5 et 6 .
Pour faciliter sa sortie, la bague peut, dans certains cas, être construite en plusieurs pièces entourées ou non par une frette extérieure.
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