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PROCEDE POUR LA SOUDURE DES ACIERS A FORTES EPAISSEURS.
Le procédé Ellira, connu aux Etats-Unis comme "Union-melt-pro- cess" ou "Submerged-arco-Welding", présente l'avantage qu'il est possible de fondre de grosses quantités de fils de métal d'apport dans l'unité de temps Il est donc possible de souder les épaisseurs de la matière en une ou deux passes, ainsi que prescrit lors de la soudure de chaudières, dans un temps beaucoup plus court que lorsque la soudure est effectuée manuellement. En observant les mesures nécessaires du procédé Ellira, il est possible, de cet- te manière, de souder impeccablement également des tôles'-présentant une é- paisseur pouvant atteindre environ 55mm.
Communément un chanfrein en X asy- métrique est choisi pour former le ¯cordon de soudure et, dans ce cas, le chanfrein le plus petit est disposé à l'intérieur de l'enveloppe de la chau- dière et d'abord soudé au moyen d'une tête intérieure de soudure, générale- ment petite, correspondant au diamètre de la chaudière. Ensuite, la passe principale est disposée à la face opposée à laide d'une grande tête de sou- dure et avec une intensité de courant appropriée, de façon à assurer l'inter, pénétration mutuelle des deux cordons.
L'utilisation dés chanfreins en X sy- métriques est limitée, étant donné que jusqu'à présent il n'existait pas encore de têtes de soudure pour la soudure intérieure de corps creux de dia- mètre normal qui permettaient avec certitude la soudure percée jusqu'à mi-é- paisseur des tôles présentant une épaisseur de 60mm.
Cependant il se présente des difficultés lors de la soudure Elli- ra de tôles à plus fortes épaisseurs. Malgré qu'il soit possible de former de grands cordons de soudure, les conditions de solidification du bain de fusion:, qui devient très grand, sont cependant désavantageuses en ce sens que par la formation de cristaux en forme de bâtonnets, typique dans ce pro- cédé, se crée un "noyau de cristallisation" s'étendant au centre-de la soudu- re qui influence défavorablement les propriétés mécaniques des soudures, mê- me après un recuit de normalisation impeccable. Au cours de la contraction, se produisant pendant et après la solidification, des fissures peuvent faci- lement se former dans le grand cordon.
Enfin, la surface- de tels grands
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cordons devient rugueuse et irrégulière au point de rendre indispensable un usinage ultérieur considérable. En outre, le surchauffage local important influence défavorablement le processus de solidification et sous de fortes intensités de courant, le dégasage régulier de la soudure par les laitiers formés par le décapant ne peut plus être garanti, il en résulte que par sui- te de l'ébullition spasmodique du bain il se forme une surface écaillée due à la solidification irrégulière. Ceci est particulièrement le cas lorsqu'il s'agit de décapants à caractère peu acide.
Cependant ces types de décapants présentent précisément l'avantage de ne provoquer que peu ou pas du tout de scories de manganèse, permettant ainsi l'utilisation de fils supplémentaires pauvres en manganèse et d'augmenter l'économie du procédé.
Les essais en vue d'éliminer ces difficultés n'ont pas eu de succès jusqu'à présent. Il a été essayé, par exemple, de réaliser de tels grands cordons en plusieurs passes. Cependant, lorsqu'il est nécessaire de réaliser le cordon de soudure- en plusieurs passes, il est constaté- que des fissures se forment facilement dans la zône de cristallisation de la passe. principale qui sont très dangereuses étant donné qu'il est impossible de les détecter à l'aide de rayons X. De même, la méthode qui consiste à souder, par le procédé Ellira, des tôles épaisses en plusieurs.passes distinctes (par exemple, une tôle de 60mm d'épaisseur, en 15 passes), ne donne pas satisfac- tion.
Outre le fait qu'il est très difficile de réaliser les premières passes sans fissures, l'exécution de nombreuses passes successives fait perdre au procédé de soudure Ellira l'un de ses principaux avantages consistant dans l'exécution rapide de la soudure.
Suivant l'invention il est maintenant possible de souder métal- lurgiquement et impeccablement des chanfreins épais, même ceux présentant des épaisseurs de 55mm et plus, à l'aide du procédé Ellira. Ceci s'effectue en utilisant au moins deux têtes de soudure, se suivant l'une l'autre, de fa- gan que le bain d'acier, réalisé- dans la profondeur du cordon de soudure par la première électrode, soit déjà solidifié, au moins en grande partie, avant que l'électrode suivante soit fondue dans le laitier encore liquide et, é- ventuellement, dans la partie de matière en fusion encore liquide, de l'élec- trode précédente. De cette manière le cordon de soudure est rempli en une seule passe.
Une des conditions primordiales pour atteindre l'action métal- lurgique favorable est donc d'éviter absolument qu'il se forme un important bain de fusion lors de l'utilisation de plusieurs- électrodes, ce qui est le cas lorsque plusieurs électrodes sont fondues l'une à côté de l'autre ou l'une derrière l'autre à un intervalle- insuffisant. En utilisant le procédé suivant l'invention, le processus de solidification de la totalité de la matière est influencé de manière- que la formation d'un "noyau de cristalli- sation" s'étendant au centre de la soudure est impossible. Par ce fait sont obtenues des propriétés mécaniques plus avantageuses de la matière et le danger de formation de fissures par suite- des contractions-est généralement écarté. En outre, une surface beaucoup plus lisse de la chenille de soudure est obtenue.
La soudure à plusieurs têtes présente-l'avantage de répartir la très grande énergie, nécessaire à la soudure de-tôles épaisses, sur deux ou plusieurs électrodes et d'éviter les importants surchauffages locaux ce qui permet le dégasage régulier de la soudure et l'obtention d'une surface lisse, telle qu'elle est réalisée par la soudure Ellira de tâles plus minces.
Il est donc possible d'utiliser des types de décapants présentant des carac- tères moins acides pour la soudure, suivant l'invention, de tôles épaisses.
L'avantage métallurgique du procédé réside dans le fait qu'un très grand bain de soudure ne se solidifie pas d'une seule traite dans tout'son volume.
Ce processus est subdivisé par la seconde ou-les autres électrodes de maniè- re que la matière de la première électrode soit complétée, avant solidifi- cation complète, par la matière de l'électrode suivante, après que la plus grande partie, au moins, du bain de métal déjà formé, soit solidifiée. Le processus de solidification s'effectue de manière continue jusqu'à ce que le cordon de soudure soit rempli. Dans ce cas, un surchauffage est évité à un tel point qu'il permet une formation considérablement plus avantageuse de cristaux.
Lors- de l'utilisation du procédé, il est de grande importance que l'intensité de courant et les tensions des différentes électrodes soient mis
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en concordance de manière appropriée et de régler les distances entre les électrodes de façon à les faire correspondre exactement à la vitesse d'avan- cement de la soudure. Tout cordon de soudure, usuellement employé jusqu'à présent,, peut être choisi.
Il est également possible de choisir des chanfreins en X symé- tri,ques, particulièrement dans les cas où il est procédé, suivant l'inven- tion, à une soudure sur les deux faces.
Lors de l'utilisation de soudure à deux ou plusieurs têtes, cha- cime des têtes, indépendamment des autres, est avantageusement munie d'un moyen réglant le courant et la tension. Etant donné qui/en principe le procé- dé peut être utilisé avec du courant continu, il est possible d'employer des sources de courant normales, c'est-à-dire des convertisseurs ou des trans- formateurs. Dans le cas de l'utilisation de courant alternatif, il est fait usage de la commutation usuelle à deux- ou plusieurs phases, utilement et de préférence, pour toutes les électrodes. Lors de la soudure à courant conti- nu,la. commutation peut être choisie de manière que les différentes électro- des aient, soit la mêmesoit une polarité différente.
La soudure Ellira à une ou plusieurs têtes a déjà été réalisée d'une autre manière et dans d'autres buts. Par exemple, elle a été utilisée pour la soudure de revêtements,cependant dans ce cas elle servait à fondre de grandes masses de matière tout en réalisant le minimum d'échauffement.
Parfois même le second fil de métal d'apport était introduit sans courant dans l'arc électrique da la premiers électrode. Un avantage ou un progrès métallurgique n'était pas atteint par ce fait et n'était même pas recherché, étant donné que la soudure de revêtements est soumise à d'autres conditions que la soudure de tôles épaisses.
En outre, des épaisseurs relativement minces (jusqu'à environ 15mm) étaient soudées avec deux têtes de soudure, l'une à la suite de l'au- tre, dans le but d'obtenir des vitesses de soudure particulièrement élevées.
Dans ce cas il était nécessaire de faire fondre au moins une des électrodes avec du courant continu, étant donné que lors de très grandes vitesses, l'arc électrique alternatif se désamorce trop facilement. Une amélioration métal- lurgique n'est pas liée à cette manière de procéder, étant donné que la for- mation de cristaux de la matière d'entraînéde toute façon, aucun ennui, avec ces petites épaisseurs. De telles grandes vitesses ne sont cependant pas uti- lisables dans le procédé suivant l'invention.
Comme exemple d'utilisation de la présente invention, il est dé- crit la soudure d'une enveloppe de chaudière présentant une épaisseur de 80mm La forme du cordon de soudure sera un chanfrein en X asymétrique dans lequel la largeur du cordon intérieur'sera d'environ 25mm, l'âme de 10mm et la lar- geur du grand cordon extérieur d'environ- 40mm. D'abord le petit cordon de soudure est réalisé au moyen d'une tête intérieure et, par exemple, un fil de 7mm d'épaisseur, sous environ 1700 ampères, 37 volts et une vitesse d'en- 'viron 20cm/min., de manière- que la moitié environ de l'âme de 10mm soit-òn- due-. Etant donné que- l'âme se situe à environ 20mm de la-face intérieure il faut donc souder à une profondeur d'environ 25mm.
Dans le but d'obtenir avec certitude une soudure percée de l'épaisseur totale de la tôle, il faut souder environ 60mm à partir de la face opposée. Pour la soudure de ce grand cordon extérieur,'il est fait usage de deux têtes de soudure dont la premiè- re conduit une électrode de 8mm d'épaisseur et la seconde une électrode de 7mm d'épaisseur. L'intervalle- entre'les deux électrodes est d'environ 17cm. pour une- vitesse d'avancement de la soudure d'environ 15cm/min. En premier lieu, l'arc- électrique- de l'électrode de 8mm est amorc, de la manière usuelle, avec environ 2400 ampères et environ 48 volts.
Aussitôt que la seconde élec- trode de 7mm atteint le bain de la première électrode et peut plonger dans- celuici, la seconde électrode est alimentée sous environ 1250 ampères et 45 volts,. à la suite de quoi l'amorçage de l'arc électrique s'effectue auto- matiquement et le fil est fondu. Le cordon de soudure présente une cristal- lisation avantageuse et ne montre pas de fissures.
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Il est évidemment possible de souder avec deux électrodes d'é- paisseur identique ou avec une électrode de 10mm et une seconde de 8mm, etc...
Dans ce. cas, il est indispensable de veiller à ce que les caractéristiques de courant (intensité et tension) soient choisies de manière que la première électrode pénètre en fondant à une profondeur appropriée (à une distance au moins de 20mm à partir de la face intérieure) et que la seconde électrode rem- plisse l'épaisseur subsistance du cordon de soudure de façon que le bain de la première électrode, solidifié aux trois quarts, par exemple, soit reflui- difié partiellement et que la formation d'un fort noyau de cristallisation soit impossible, afin d'éviter ainsi le danger de fissures se formant dans la soudure. Il est également possible d'intercaler une troisième tête de soudure et de subdiviser encore davantage le processus de solidification.
Le choix du courant ne présente pas- de difficulté au technicien connaissant le procédé Ellira, éventuellement il peut être procédé à un petit essai préa- lable. La distance entre les différentes électrodes est fonction de la vi-' fesse de soudure; en ce sens que plus la vitesse de soudure sera grande, plus rapidement s'effectuera la solidification du bain et, pour cette raison, il est essentiel que la distance entre les électrodes corresponde à cette exigen-' ce. Il s'est avéré utile d'augmenter la vitesse de soudure par rapport à la soudure à une tête dans le cas où les conditions choisies- le permettent en tenant compte de la nature des métaux utilisés.
Lors de l'utilisation de la soudure à deux ou plusieurs têtes, il-est désirable, dans- la plupart des cas, de limiter le réglage des distances séparant les électrodes dans une zône couvrant 50 à 250mm. La réalisation des appareils-pour la soudure à dou- ble ou multiples têtes et des commutations électriques à utiliser ne fait pas partie de l'objet de l'invention et peut être déterminée sans- plus par le technicien lui-même.
Ainsi que mentionné au début, les difficultés qui sont éliminées par la présente, invention, peuvent se présenter surtout lorsque des tôles de plus de 55mm d'épaisseur sont soudées par soudure Ellira. Cependant il est évident que le procédé- suivant l'invention peut être utilisé- avec succès pour la soudure de tôles d'épaisseur moindre, étant donné que les conditions de cristallisation deviennent également plus avantageuses- lors de- la soudure de tôles- présentant, par exemple-,, une épaisseur de 30mm.