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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES DE SOUDURE ELECTRIQUE DES METAUX.
L'invention est relative à la soudure des métaux par les pro- cédés électriques de soudure connus sous les noms de soudure par résistan- ce, soudure par étincelage, et procédés analogues.
Les soudures réalisés par ces procédés présentent dans certains cas des défauts que jusqu'ici la technique n'est pas parvenue à surmonter et n'est même pas parvenue à expliquer parfaitement* A titre d'exemple, on citera la soudure de l'acier pour scies à ruban. Alors que pour des scies de largeur relativement faible on réus- sit plus ou moins bien la soudure par les procédés électriques, par contre, il est notoire que ces procédés de soudure,sinon échouent totalement, du moins donnent une proportion considérable de ratés quand on veut pratiquer des soudures sur des largeurs plus grandes.
Il y a certaines raisons pour supposer que les défauts de sou- dure proviennent d'un coté, du fait de tapures ou microtapures qui se pro- duisent pendant le refroidissement; d9un autre côté, du fait de l'interpo- sition de particules d'oxyde, ou même d'une couche d'oxyde due à l'oxyda- tion par l'air pendant le processus de soudure..
Sur le premier point, l'inventeur a reconnu que les défauts signalés proviennent du refroidissement très brusque provoqué parles ma- choires de la machine (machines à étincelage) ou par les électrodes (ma- chines à résistance),qui sont souvent refroidies par un courant d'eau pour éviter leur détériorationo
La température tombe de 10500 (température de la soudure) à
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la température ambiante en quelques secondes. La vitesse de refroidissement est de l'ordre de 1.000 à la seconde pendant les premiers instants, et de plusieurs centaines de degrés à la seconde au voisinage de la température de 300 .
Si le métal soudé est de l'acier susceptible de prendre la trempe, la transformation martensitique s'effectue dans de mauvaises conditions ther- miques et il en résulte des microtapures et mêmes des tapures visibles à l'oeil.
On a déjà cherché à mettre au point un traitement thermique après soudage, destiné à provoquer un revenu de la zône soudée, mais le trai- tement de revenu ne devant être essentiellement appliqué seulement qu'au bout d'un certain temps après le soudage.
Selon la présente invention, au lieu de laisser la trempe se pro- duire par un refroidissement brusque tel qu'il a été pratiqué jusqu'ici, le refroidissement est dirigé de manière à suivre, sur le graphique temps-tem- pérature, un trajet sensiblement-voisin des courbes dites en S, c'est-à-dire des courbes de transformation iso-thermique des aciers, avant de procéder à la trempe martensitique ou bainitique.
L'invention consiste donc à modifier la vitesse de refroidis- sement de la soudure, en faisant dans une certaine.mesure, une application nouvelle des principes connus de la trempe en deux temps dite "martenpering" déjà connue pour la trempe rationnelle des aciers spéciaux et réalisée ha- bituellement à l'aide de bains de sel.
On sait que la courbe en S ou iso-austenitique de la transforma- tion de l'austénite en condition isotherme présentée pour certains aciers spéciaux, un creux prononcé qui permet d'arrêter le refroidissement à une température supérieure au point de transformation martensitique de telle façon que la température ait le temps de s'égaliser dans toute la masse à tremper. Cette égalisation de température étant obtenue, on peut alors trem- per l'acier sans risque de microtapureo Mais ce procédé de trempe ne semble pas avoir été jusqu'ici mis en pratique pour les aciers ordinaires, d'une part à cause des difficultés de manipulation pour l'exécution du procédé de trempe, d'autre part, à cause du faible creux présenté par la courbe en S.
Le procédé selon l'invention consiste donc à appliquer à la soudure la méthode de trempe appliquée jusqu'ici à certains aciers spéciaux, ce qui est rendu possible du fait que les conditions dans lesquelles s'ef- fectue le soudage électrique permettent d'intervenir presque instantané- ment dans le processus de refroidissement sans aucune manipulation des pièces soudées, et donc dans des cas où la forme défavorable de la courbe en S (aciers ordinaires) rendrait impossible la manipulation.
Le nouveau cycle thermique selon l'invention, peut être du reste, dans certains cas, suivi par un revenu et/ou précédé par un pré- chauffage selon les méthodes déjà connues en elles-mêmes.
On donnera ci-après des exemples d'application de l'invention sans que la demanderesse entende limiter la généralité de celle-ci aux par- ticularités ou par les particularités spécifiques à l'exemple choisi pour l'exposé*
A titre d'exemple nous donnons, figo 1, l'allure de la courbe en S d'un acier spécial à 2% de chrome utilisé pour la confection des scies à ruban
Cette courbe présente un "nez" ou "cap" à la température de 600
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environ, à l'abscisse une minute et un "creux" ou "golfe" à la température de 300 environ, situé vers l'abscisse 15 minutes (figure 1).
Le cycle thermique, figuré par la courbe R, à faire subir à ' l'acier pour le tremper correctement consiste à laisser refroidir le métal avec une vitesse modérée mais suffisamment rapide, pour ne pas couper le nez de la courbe en S, puis à arrêter le refroidissement et à maintenir con- stante la température de 3500 jusqu'à l'égalisation de la température dans la pièce et enfin à refroidir brusquement la pièce pour la tremper.
Supposons que l'on veuille pratiquer une soudure par étincela- ge. On sait que dans ce procédé les deux parties du ruban à assembler sont amenées en contact imparfait en se touchant seulement par quelques aspéri- tés, l'élévation très rapide de la température, portant à fusion les parti- cules, étant due à l'effet Joule, ce qui provoque la volatilisation du mé- tal et l'amorce de l'arc électrique.
Les deux parties du ruban à souder sont pratiquement saisies entre deux mors de la machine à souder, chaque mors étant de préférence com- posé de deux pièces métalliques, l'une, destinée à l'amenée du courant, est de préférence en cuivre, l'autre, destinée à effectuer le serrage du ruban à souder,est de préférence en acier. Ces mors sont en général munis de tout dispositif convenable de refroidissement, par circulation d'eau ou tout autre moyen. La dimension des amenées de courant est calculée pour qu'elles restent froides, alors que seules les deux parties-du ruban à traiter s'échauffent par effet Joule.
Lorsque le courant est coupé, les amenées de courant qui sont très conductrices de la chaleur fonctionnent comme refroidisseurs.
Selon l'invention on fait passer un courant électrique dans la pièce à souder pour freiner le refroidissement par effet Joule et l'arrêter à la température voulue en utilisant tout dispositif convenable pour faire varier le courant électrique d'une façon continue ou par bons successifs de telle façon que le cycle thermique soit le cycle prévu. Le refroidisse- ment brusque final s'obtient simplement en coupant le courant.
Un autre exemple peut être donné avec un acier au carbone ordi- naire pour faire ressortir la possibilité selon l'invention d'effectuer la trempe en deux temps dans des conditions de rapidité qui ne sont pas possi- bles avec les bains de sel.
L'acier est un acierà 0,75 de carbone utilisé également pour la confection des lames de scies.
La courbe en S de cet acier à un nez qui se trouve seulement à l'abscisse 3 secondes et un creux à l'abscisse 15 secondes (figo 2).
Il y a nécessité d'effectuer un refroidissement très rapide au début pour franchir le nez de la courbe avant 3 secondes.
La soudeuse, qui provoque comme on l'a dit une vitesse de re- froidissement de l'ordre de 10000 à la seconde, peut effectuer ce franchis- sement. Il suffira de régler le passage du courant convenablement pour que la fin de la courbe de refroidissement s'incurve et passe sous la courbe en S pour pénétrer dans le creux en maintenant la température au-dessus de 300 pendant quelques secondes. S'il s'agit de souder une pièce mince, en l'occurence une lame de scie, ce temps est suffisant pour égaliser la tem- pératureo On supprime alors tout courant pour laisser la trempe martensiti- que se produire.
On peut d'ailleurs utiliser, en outre, l'action d'un souffle de
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fluide chaud ou froid pour parfaire, si nécessaire, l'action du courant par effet Joule, c'est-à-dire pour régler le cycle thermique auquel la soudure est soumise.
D'autre part, d'une manière en soi connue, on peut avant de com- mencer le soudage envoyer sur les pièces à souder et à l'endroit de la soudure, un fluide neutre ou réducteur de telle façon que le métal soit complètement à l'abri de l'oxygène au moment où l'oxydation risque de se produireo Ce gaz peut être avantageusement un gaz combustible donnant une flamme neutre ou réductrice. Il est ainsi plus facile de diriger le jet de flamme pour en- velopper correctement la partie qui doit être soudée.
On s'arrangera pour combiner les effets de chauffage et de re- froidissement tels que décrits ci-dessus de manière à respecter les lois de variation interne du métal traité, lois qui se traduisent par la forme de la courbe en S spécifique au métal considéré.
Comme on le voit, la connaissance de la courbe en S permet de marquer un palier dans le refroidissement, palier qui permet l'égalisation de la température avant de passer à la trempe proprement dite.
On a donné finalement en figure 3, un graphique donnant un exem- ple de soudage comportant un cycle thermique figuré par une courbe représen- tative. La période 1-2 correspond à la durée de préchauffage, la période 2-3 correspond à la période de soudage, à une température de l'ordre de 1.500 . Au cours de la période 3-4 suivante, on laisse la température re- descendre aux environs de 800 ,en maintenant un courant d'intensité plus faible 1 3-4 @ On marque un palier qui permet l'égalisation de la température dans la masse ; palier peut être prolongé sans inconvénient, la courbe en S étant supposée entièrement en dessous de la parallèle à l'axe des temps menée par l'ordonnée 800 .
Pendant la période 1-2-3-4, la ré- gion de la soudure est protégée par une flamme réductrice. A partir de l'abscisse 4, on coupe la flamme, et l'on-abaisse l'intensité de 1 3-4 à 1 4-6 o On peut augmenter la vitesse de la chute de température par un jet de gaz inerte à température convenable. A l'abscisse 5, on coupe le jet de gaz inerte, tout en maintenant l'intensité 14-6. @ La température marque alors un palier, pendant lequel elle s'égalise dans la masse.
A l'abscisse 6, on coupe tout courant pour laisser se produire le trempe mar- tensitique pendant la période 6-7. On peut ultérieurement, si l'on veut, soumettre la soudure à un revenu pendant la période 8-9, en faisant passer dans le métal un courant d'intensité 18-9 et en opérant encore de préférence sous jet de flamme.
REVENDICATIONS.
1 ) Procédé de soudure électrique des métaux, caractérisé en ce que le re- froidissement de la soudure est conduit de manière à ce que la courbe de refroidissement, sur le graphique temps-température, soit voisine et en dessous de la courbe de transformation isothermique, dite courbe en S.
2 ) Procédé selon 1 caractérisé en ce que l'on agit sur le refroidissement par adduction de chaleur sous forme d'effet Joule.
3 ) Procédé selon 1 caractérisé en ce que l'on agit sur le refroidissement par transport de chaleur par un jet de fluide.
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