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La présente invention a trait au soudage automatique et au rechar- gement des métaux ferreux par arcs multiples, en particulier suivant le pro- cédé à arcs submergés, dans lequel des électrodes fusibles dites "jumelées" traversent une couche de flux couvrant le joint à souder. Elle concerne, plus particulièrement,un perfectionnement aux procédés de soudage automa- tique à arcs multiples, destiné notamment à tirer plus largement parti des possibilités, jusqu'ici insuffisamment mises à profit, qu'offre la mise en oeuvre simultanée de plusieurs électrodes, tant en ce qui concerne la rapi- dité de l'opération de soudage que l'économie des matières: fil électrode et flux, consommées dans cette opération.
On connaît déjà différents procédés qui permettent de souder avec deux électrodes alimentées en parallèle par une même source de courant.
Lorsqu'on recherche un accroissement de vitesse, ces électrodes sont dispo- sées en tandem, c'est-à-dire l'une derrière l'autre au-dessus du joint à souder
Avec l'alimentation en parallèle, il n'est pas possible, même en augmentant considérablement la densité de courant, de donner aux électrodes autant d'écartement qu'on le voudrait parfois, par exemple pour permettre de grandes vitesses de soudage. On est en général limité à un écartement maximum d'environ 1 centimètre, sans quoi le réallumage des arcs est très irrégulier et difficile. En particulier, lorsqu'une des électrodes est sur une partie relativement froide de la pièce à souder alors que l'autre est sur une partie chaude, la première se réallume très mal.
On peut évidemment obvier à cette difficulté en alimentant chaque électrode par une source de courant distincte. Cette solution est parfois appliquée en soudage automatique, mais elle entraîne une assez grande com- plication de l'appareillage, car elle oblige à prévoir une régulation auto- matique de la vitesse d'amenée de chaque fil électrode en fonction de sa longueur d'arc propre. On connaît toutefois un procédé suivant lequel les électrodes, reliées à différentes phases d'une source polyphasée, sont entraînées par un même moteur dont lka vitesse est réglée d'après la tension d'arc d'une seule des électrodes.
Afin d'uniformiser les vitesses de fusion des électrodes, ce procédé utilise en particulier des réactances branchées individuellement en parallèle ou en série avec chaque arc de soudage, de manière à provoquer, lorsque la tension d'arc d'une des électrodes s'élève trop, un accroissement de l'intensité du courant fourni aux autres électro- des. Dans le cas où ces réactances sont branchées en série, elles comportent chacune un enroulement de saturation excité par une tension continue varia- ble obtenue par comparaison des tensions d'arcs entre elles.
A la différence des procédés antérieurs rappelés ci-dessus, le perfectionnement suivant la présente invention est destiné à permettre le soudage automatique à arcs submergés multiples avec des électrodes ou des groupes d'électrodes alimentés par des sources de courant totalement distinctes, sans devoir se limiter à l'utilisation des diverses phases d'une même source polyphasée. Il a notamment pour but de permettre de prati- quer ce soudage avec plusieurs sources de courant pouvant avoir des carac- téristiques très différentes entre elles, ce qui donne une grande latitude pour l'utilisation du matériel disponible dans les installations existantes.
Il a-encore pour but de permettre l'utilisation, pour le soudage à arcs submergés multiples, d'une seule tête de soudage automatique ordi- naire, à laquelle il suffit d'ajouter un ou plusieurs jeux de galets sup- plémentaires, sans qu'il soit nécessaire ni même utile de prévoir, comme dans les procédés antérieurs rappelés ci-dessus, des moyens auxiliaires pour faire varier, en cours de travail, les rapports entre les vitesses
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de rotation de ces galets, ou bien les intensités des courants fournis aux différentes électrodes.
Le perfectionnement suivant la présente invention concerne le sou- dage automatique des métaux ferreux par arcs multiples, dans lequel les électrodes, formant un bain de fusion commun, ont, par l'emploi d'un seul mécanisme moteur, des vitesses instantanées d'avance dans-un rapport con- stant, en particulier égales, réglées ensemble automatiquement d'après les fluctuations de la tension ou de l'intensité d'arc d'une seule électro- de (ou d'un seul groupe d'électrodes alimentées en parallèle). Cette élec- trode ou ce groupe d'électrode sera désigné ci-après l'"électrode pilote".
Le perfectionnement suivant la présente invention est caractérisé en particulier en ce qu'on alimente l'électrode pilote par une source de courant indépendante, et les autres électrodes (ou groupes d'électrodes) que l'on appellera "électrodes asservies" par uns ou plusieurs .sources de courant, indépendantes les unes des autres, agencées et réglées à l'avance, d'une manière connue, de telle sorte que les tensions et intensité qui leur sont appliquées correspondent, compte tenu des diamètres des fils, à des vitesses de fusion égales ou proportionnelles à la vitesse de dévidage de l'électrode pilote.
La demanderesse a été conduite à l'invention en observant que le fonctionnement normal d'une tête de soudage à une seule électrode en arc submergé, contrôlée par un des dispositifs classiques en fonction de la tension ou de l'intensité d'arc, présente une constance de vitesse de même ordre sinon supérieure à celle qui est nécessaire pour faire correctement du soudage automatique suivant la méthode dite "à vitesse constante".
Cette méthode a été décrite par la Demanderesse dans le brevet Belge ? 446.780 demandé le 10 Août 1942 et a été très fréquemment utilisée depuis en soudage automatique ou semi-automatique avec électrode fusible sous flux granuleux ou sous flux gazeux. Elle s'appuie sur le fait que les caractéri- tiques de soudage:
tension et intensité peuvent être stables lorsque les deux conditions suivantes sont remplies:dévidage du fil électrodes à vites- se constante et préréglée, indépendante des variations d'effort du dévidage et des conditions d'alimentation du moteur d'entraînement # alimentation en courant électrique du circuit de soudage réalisée par des dispositifs tels qu'à toute variation de la longueur d'arc corresponde une variation en sens contraire de l'intensité et par conséquent de la vitesse de fusion du fil.
Il s'agit donc d'une auto-régulation utilisant la caractéristique lon- gueur d'arc-intensité donnée par le générateur de courant et d'autant plus efficace, dans les limites de fonctionnement possible, que le rapport varia- tion de longueur d'arc/variation d'intensité est plus petit en valeur abso- lue, tout en restant négatif
Suivant l'invention, on profite donc de la constance de vitesse réalisée dans le fonctionnement normal d'une tête de soudage automatique contrôlée par la tension ou l'intensité d'arc d'une électrode fusible (ou d'un groupe d'électrodes en parallèle) qui devient électrode pilote et est alimentée par une source de courant classique, pour entraîner d'autres électrodes à la même vitesse ou à des vitesses restant dans un même rapport.
En d'autres termes, les galets d'entraînement des fils électrodes sont fixés sur un même arbre ou sur des arbres distincts, mais liés cinématiquement.
Les électrodes asservies sont alimentées par un ou des générateurs de cou- rant de soudage classiques, matériellement distincts de la source de courant de soudage appliquée à l'électrode pilotée On notera également que la mise en oeuvre du soudage à arcs multi- ples suivant l'invention requiert un matériel qui, en ce qui concerne l'en-
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traînement des fils électrodes, est très voisin de celui utilisé en soudage automatique à une seule électrode puisqu'il ne comporte qu'un seul mécanis- me d'entraînement et un seul dispositif de contrôle.Il est d'ailleurs sou- vent aisé de transformer une tête de soudage à électrode unique en tête de soudage à arcs multiples alimentés séparément par adjonction de quelques engrenages et galets d'entraînement.
Il devient donc possible en utilisant l'invention de bénéficier des avantages du soudage automatique à arcs multiples et alimentés séparément en utilisant des appareillages aussi mobiles, aussi facilement transporta- bles et aussi simples à commander que ceux qui sont d'un usage courant en soudage avec électrode unique.
Il y a lieu de noter que l'ajustement des vitesses de fusion des diverses électrodes s'obtient,suivant l'invention, sans recourir aux moyens spéciaux, rappelés au début, et antérieurement considérés nécessaires pour uniformiser les intensités des courants fournis à ces électrodes. Ces moyens n'étaient du reste envisagés que pour les montages polyphasés, alors que le perfectionnement suivant l'invention permet de jumeler des électro- des alimentées par des sources de courant totalement indépendantes et même par exemple, en associant des sources alternatives et des sources continues.
Le choix des puissances électriques, du nombre,de l'écartement, de la disposition, de la matière et des diamètres des électrodes est évidem- ment commandé par la nature des travaux à exécuter
L'électrode pilote et les électrodes asservies peuvent être de diamètres différents ou être constituées par des nombres différents de fils connectés aux sources d'alimentation, la seule condition essentielle de bon fonctionnement étant que le réglage de ces sources de courant corresponde à des vitesses de fusion des électrodes dans le rapport des vitesses d'en- traînement réalisées par la machine.
On peut également associer des fils de compositions chimiques dif- férentes en vue de réaliser des cordons de soudure ou dépôts de recharge- ment de caractéristiques particulières.
Comme dit précédemment, les sources de courant peuvent être de même nature ou non. Les exemples cités ci-après mentionnent l'emploi de deux sources continues ou d'une source continue et d'une source alternative, l'électrode pilote étant alimentée en courant continu. Ils ne sont pas li- mitatifs à ce point de vue pour les applications citées.
On pourrait tout aussi bien alimenter l'électrode pilote en alter- natif,l'électrode asservie étant alimentée soit en continu, soit en alter- natif
Si deux sources alternatives sont utilisées, elles peuvent être branchées sur une même phase du réseau triphasé, ou sur deux phases diffé- rentes suivant un montage en Vo On peut également utiliser un montage tri- phasé tel que le Scott, Par contre, il ne parait pas recommandable de con- necter, comme dans la technique antérieure rappelée précédemment, l'électro- de pilote, l'électrode asservie et la pièce à souder aux trois pôles d'un système triphasé comportant trois transformateurs monophasés ou un transfor- mateur triphasé-triphasé.
Les exemples I et IV ci=après mentionnent l'emploi de deux sources de courant de même nature (continu) et de deux fils de même diamètre dévi- dant à la même vitesse. On remarquera que les tensions ne sont pas égales si les courants sont égaux, et inversementLes générateurs de courant ne sent donc pas réglés, de la même façon, même s'ils sont identiques.
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Les exemples III et V se réfèrent à des travaux de soudage ef- fectués sur tôles d'épaisseurs moyennes et fortes, en utilisant une électro- de pilote simple, alimentée en courant continu, et une électrode asservie simple (exemple III ) ou double (exemple V). Dans chaque cas, les vitesses de dévidage des deux électrodes et les intensités sont identiques, mais la tension appliquée à l'électrode asservie, qui est derrière l'électrode pi- lote, est plus élevée que celles appliquée à cette dernière. Cette tension élevée est recherchée en vue d'éviter un cordon trop bombé.
Ces exemples montrent qu'en soudage des épaisseurs usuelles, il est commode et très satisfaisant de dévider tous les fils à la même vitesse et de n'utiliser que deux sources de courant de soudage. L'électrode pilote comporte généralement un seul fil et est en tête. Elle assure une partie de la pénétration demandée. L'électrode asservie est disposée en arrière de l'électrode pilote à une distance, généralement comprise entre 1 et 10 cen- timètres, d'autant plus grande que l'épaisseur à souder est plus forte.
Elle achève la pénétration et détermine la forme définitive du cordon.
A cet égard il est recommandé en soudage des fortes épaisseurs, d'utiliser une électrode asservie double en position transversale au joint. On soude alors avec trois fils électrodes disposés selon un triangle isocèle dont le sommet est constitué par l'électrode pilote située au-dessus du jointo Cette disposition, utilisée dans l'exemple V ci-après, permet d'obtenir un cordon présentant un bombé normal dans les cas où l'emploi d'une électrode asservie unique conduirait à un cordon trop bombé. L'écartement des deux fils constituant l'électrode asservie est habituellement compris entre 0,5 et 2,5 centimètres.
Il est souvent commode de tirir ces deux fils d'une couron- ne fabriquée suivant la technique décrite dans la demande de brevet belge déposée par la demanderesse le 31 janvier 1955 '
Dans certains cas spéciaux notamment lorsqu'on recherche des vites- ses de soudage très élevées, on peut utiliser trois et même quatre sources de courant, une seule d'entre elles étant bien entendu réservée à l'alimen- tation de l'électrode pilote. Les électrodes asservies sont simples ou mul- tiples suivant les formes de chanfreins utilisées et les formes de cordon recherchées.
En rechargement il y a intérêt à utiliser les mêmes dispositions qu'en soudage, lorsqu'on désire des dépôts étroits et fortement pénétrés.
Au contraire, pour obtenir des dépôts larges, il est recommandé de disposer les fils électrodes suivant une ligne perpendiculaire au sens de déplace- ment relatif de la machine et de la pièce à recharger.
Pour obtenir un dépôt large et peu pénétré, il convient d'alimenter l'électrode pilote et l'électrode asservie sous des polarités opposées par deux sources de même nature et de même phase si elles sont alternatives.
L'écartement de ces deux électrodes permet de régler la pénétration. On observe que cette dernière est très faible lorsque l'écartement a la plus grande valeur compatible avec la formation d'un bain de fusion commun.
La figure 1 est un schéma de principe de deux arcs jumelés alimen- tés par deux sources de courant continu, avec mécanisme d'avance commun aux deux électrodes.
La figure 2 est un schéma analogue au précédent, mais dans lequel une source continue est utilisée conjointement avec une source alternative.
La figure 3 représente une ,forme de mise en oeuvre de l'invention avec deux transformateurs monophasés.
La figure 4 montre une autre forme de mise en oeuvre, en utilisant
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deux transformateurs monophasés à fuites connectés en V sur une distribu- tion triphasée.
La figure 5 est un schéma de deux arcs jumelés particulièrement intéressant en vue d'obtenir des rechargements peu pénétrés.
La figure 6 montre une manière particulièrement avantageuse de disposer trois électrodes en triangle.
La figure 7 représente, côte à côte, une coupe d'un cordon de sou- dage obtenu avec l'électrode de tête de la figure 6 et une coupe du même cordon élargi et approfondi après passage des deux électrodes suivantes.
On a représenté figure 1 deux électrodes jumelées 1 et 2 en posi- tion de soudage sur une pièce à souder 3. L'électrode 1 est reliée au pôle positif d'une génératrice 4, et l'électrode 2 au pôle positif d'une deuxiè- me génératrice 5. Les pôles négatifs de ces deux machines sont reliés à la pièce 3o La tête de soudage,représentée schématiquement, comprend un moteur d'avance 6 qui entraîne ensemble deux galets 7 et 8 destinés res- pectivement au dévidage du fil 1 et du fil 2.
Un réducteur 9 permet d'adap- ter correctement la vitesse de rotation des galets 7 et 8 à celle du mo- teur, Un coffret de réglage 10, d'un type classique quelconque, assure la régulation automatique de la vitesse de rotation du moteur 6, et par suite des galets 7 et 8, en fonction des fluctuations de la tension d'arc de l'électrode pilote, soit l'électrode 2 dans le dessin .
La génératrice alimentant l'autre électrode est facultativement pourvue d'un coffret 11 de réglage manuel à distance, au moyen duquel l'o- pérateur peut, le cas échéant, procéder aux corrections de réglage opportu- nes, par exemple au moment de la mise en route.
La figure 2 représente un circuit tout à fait analogue à celui de la figure 1, sauf que la deuxième génératrice 5 est remplacée par un trans- formateur 12. Le coffret de réglage automatique de la vitesse de dévidage n'est pas représentée dans cette figure, non plus que dans les figures sui- vantes, 3, 4 et 5. On supposera qu'il est branché, comme dans la figure 1, entre la pièce à souder 3 et l'une des deux électrodes, qui devient l'élec- des pilote.
La figure 3 montre l'utilisation de deux transformateurs classiques de soudage monophasés, 13 et 14, reliés, comme représenté par le dessin, à la même phase du réseau. Ces transformateurs peuvent être du même type ou non.
La figure 4 représente, toujours à titre d'exemple,. comment le per- fectionnement suivant la présente invention, peut s'appliquer dans le cas d'une distribution triphasée. Les électrodes sont alimentées par deux trans- formateurs de soudage 15 et 16 identiques ou non. Une électrode 1 est ali- mentée par 15, une deuxième électrode par 16, tandis que la pièce 3 est re- liée au point commun des secondaires des deux transformateurs.
Une forme préférée de mise en oeuvre de l'invention pour les re- chargements peu pénétrés, représentée figure 5, est.caractérisée par l'uti- lisation des deux sources continues 4 et 5 connectées de telle sorte que les électrodes 1 et 2 aient des polarités contraires. L'électrode 1 est re- liée au pôle + de la source 4, et l'électrode 2 au pôle - de la source 5, tandis que le p81e - de la source 4 et le pôle + de la source 5 sont reliés ensemble en 18,la jonction 18 étant elle-même reliée à la pièce 3 par un conducteur d'équilibrage 19. Le rôle de ce conducteur 19 pourrait être mis en évidence en y insérant un ampèremètre (non représenté au dessin), et en observant les fluctuations de cet appareil au cours du soudage.
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La figure 6 montre une forme particulièrement avantageuse de mise en oeuvre de l'invention, dans laquelle trois électrodes sont disposées en triangle isocèle. L'électrode 1 est disposée seule, en avant, au sommet le plus aigu du triangle, et avance dans l'axe du joint à souder, tandis que les deux électrodes arrière, 2a et 2b, reliées ensemble en parallèle à une même source de courant, non représentée, sont entraînées par un même galet pourvu de deux gorges, espacées par exemple d'environ 8 ou 9 mm, de sorte que ces électrodes 2a et 2b avancent de part et d'autre de l'axe du cordon déposé par la première électrode.
La figure 7 montre, schématiquement, 1' effet de cette disposition en opérant sur une tôle plane: le cordon 21, déposé par la première électrode, est étroit et bombé, il est de plus géné- ralement poreux en raison de la grande vitesse de déplacement de l'électro- de. On voit ensuite, en 22, les modifications subies par le cordon après le passage des électrodes arrière 2a et 2b. La partie supérieure de ce cor- don se trouve élargie et aplatie, la pénétration est accrue et les porosités ont disparu. Les résultats obtenus sont particulièrement favorables lorsque les électrodes arrière se trouvent approximativement aux deux tiers de la longueur du bain de fusion de la première électrode.
On trouvera ci-après quelques exemples numériques des conditions opératoires ayant donné de bons résultats: dans ces exemples les vitesses de dévidage de tous les fils sont à chaque instant identiques.
EXEMPLE 1.-
On a soudé bord à bord, avec support de cuivre et en recherchant la pénétration totale, deux tôles de 3 mm, non chanfreinées, en faisant usa- ge de deux électrodes en tandam. Les deux électrodes étaient du même diamè- tre, 2 mm, espacées de 8 mm, et alimentées en courant continu. L'électrode de tête était soumise à une intensité de 260 A. et la deuxième à 210 A., la tension étant sensiblement la même pour les deux électrodes, et voisine de 28 à 30 volts. La densité de courant était d'environ 83 A/mm2 pour la première électrode et 67 pour la deuxième. La vitesse de soudage était de 2 mètres par minute. L'électrode de tête était l'électrode pilote.
:EXEMPLE II.
Mêmes données que ci-dessus, sauf que l'épaisseur des tôles est de 6 mm, le des électrodes 3,2 mm, et leur écartement 20 mm. L'électrode de tête est alimentée en courant continu sous 28/30 volts et 700 A,= et la deuxième en courant alternatif sous 30/32 volts et 600 A. La vitesse de soudage est de 1,10 m/min.
EXEMPLE III.
Cet exemple concerne le soudage bord à bord de t8les non chanfrei- nées en exécutant une passe sur chaque face, les deux passes stinterpéné-
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EXEMPLE IV.
Soudage à arcs jumelés en deux passes de 2 tôles chanfreinées d'un seul côté, celui de la deuxième passe, l'épaisseur des tôles étant de 25 mm, l'angle du chanfrein est de 60 et sa hauteur est de 9 mm. Les deux électrodes de 4 m/m écartées de 45 mm sont alimentées en courant continu, toutes deux sous 900 A. pour la première passe, qui est effectuée à la vi- tesse de 0,80 m/mino, et sous 1100 A. pour la deuxième passe, qui est ef- fectuée à la vitesse de 0,60 m/min. La tension est réglée à 34 V. pour la première électrode et 43/45 v. pour la deuxième.
EXEMPLE V.
Soudage en deux passes avec électrode arrière double (électrode asservie) constituée de deux fils de 3,2 mm, en position transversale, é- cartés de 9 mm. Pour une épaisseur de 36 mm, on pratique deux chanfreins, l'un de 60 et l'autre de 90 , l'épaisseur restant non chanfreinée étant de 16 mm. L'électrode de tête (électrode pilote) de 4 mm, est alimentée en courant continu, sous 1100 A. et 34 v. pour la première passe et sous 1150 A. et 36 v. pour la deuxième passe.La double électrode arrière est alimentée en courant alternatif, sous 1500 A. et 44 v. pour la première passe et 1550 A. et 46 v. pour la deuxième.
Les exemples ci-dessus mettent en lumière les avantages qu'apporte le perfectionnement suivant la présente invention, en ce qui concerne la rapidité d'exécution du soudage, dont la vitesse est plus que doublée dans la plupart des cas. On remarquera également que le chanfreinage, sur tôles très épaisses, est moins profond, et d'angle plus aigu, ce qui procure une économie sur la préparation des tôles en même temps qu'une grande économie de fil électrode et de flux.
On voit enfin, d'après ces exemples,qu'on préfère en général pren- dre l'électrode de tête comme électrode pilote et alimenter celle-ci sous une tension plus faible que l'électrode arrière.Les exemples ci-dessus montrent du reste par leur diversité que l'invention pourra être mise en oeuvre avec succès dans les conditions les plus variées, à condition de respecter les caractéristiques générales énoncées au début.
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The present invention relates to the automatic welding and recharging of ferrous metals by multiple arcs, in particular according to the submerged arc process, in which so-called "twin" fusible electrodes pass through a layer of flux covering the joint to be welded. . It relates more particularly to an improvement in automatic multiple-arc welding processes, intended in particular to take greater advantage of the possibilities, hitherto insufficiently taken advantage of, offered by the simultaneous use of several electrodes, both with regard to the speed of the welding operation as the economy of materials: wire electrode and flux, consumed in this operation.
Various processes are already known which make it possible to weld with two electrodes supplied in parallel by the same current source.
When seeking an increase in speed, these electrodes are arranged in tandem, that is to say one behind the other above the joint to be welded.
With the power supply in parallel, it is not possible, even with a considerable increase in the current density, to give the electrodes as much spacing as would sometimes be desired, for example to allow high welding speeds. We are generally limited to a maximum spacing of about 1 centimeter, otherwise the reignition of the arcs is very irregular and difficult. In particular, when one of the electrodes is on a relatively cold part of the part to be welded while the other is on a hot part, the first ignites very badly.
This difficulty can obviously be overcome by supplying each electrode with a separate current source. This solution is sometimes applied in automatic welding, but it entails a rather great complication of the apparatus, because it makes it necessary to provide automatic regulation of the feed speed of each electrode wire as a function of its length. clean arc. However, a method is known according to which the electrodes, connected to different phases of a polyphase source, are driven by the same motor, the speed of which is adjusted according to the arc voltage of only one of the electrodes.
In order to standardize the melting rates of the electrodes, this process uses in particular reactors connected individually in parallel or in series with each welding arc, so as to cause, when the arc voltage of one of the electrodes rises too much, an increase in the intensity of the current supplied to the other electrodes. In the case where these reactances are connected in series, they each comprise a saturation winding excited by a variable direct voltage obtained by comparing the arcing voltages with one another.
Unlike the prior methods recalled above, the improvement according to the present invention is intended to allow automatic multiple submerged arc welding with electrodes or groups of electrodes supplied by totally separate current sources, without having to be limited to the use of the various phases of the same polyphase source. Its aim is in particular to make it possible to practice this welding with several current sources which may have very different characteristics from one another, which gives great latitude for the use of the equipment available in existing installations.
It is also intended to allow the use, for multiple submerged arc welding, of a single ordinary automatic welding head, to which it suffices to add one or more sets of additional rollers, without that it is necessary or even useful to provide, as in the prior methods mentioned above, auxiliary means to vary, during work, the ratios between the speeds
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of rotation of these rollers, or the intensities of the currents supplied to the various electrodes.
The improvement according to the present invention relates to the automatic welding of ferrous metals by multiple arcs, in which the electrodes, forming a common molten pool, have, by the use of a single motor mechanism, instantaneous speeds of advance. in a constant ratio, in particular equal, set together automatically according to the fluctuations of the voltage or the arc current of a single electrode (or of a single group of electrodes supplied with parallel). This electrode or group of electrodes will hereinafter be referred to as the "pilot electrode".
The improvement according to the present invention is characterized in particular in that the pilot electrode is supplied by an independent current source, and the other electrodes (or groups of electrodes) which will be called "slaved electrodes" by one or more. several current sources, independent of each other, arranged and adjusted in advance, in a known manner, such that the voltages and current applied to them correspond, taking into account the diameters of the wires, to speeds of fusion equal or proportional to the wire feed speed of the pilot electrode.
The Applicant has been led to the invention by observing that the normal operation of a welding head with a single submerged arc electrode, controlled by one of the conventional devices as a function of the arc voltage or intensity, presents a speed constancy of the same order if not greater than that which is necessary to perform automatic welding correctly according to the so-called "constant speed" method.
This method has been described by the Applicant in the Belgian patent? 446,780 requested on August 10, 1942 and has since been very frequently used in automatic or semi-automatic welding with a fusible electrode under granular flow or under gas flow. It is based on the fact that the welding characteristics:
voltage and current can be stable when the following two conditions are fulfilled: wire feed electrodes at constant and preset speed, independent of variations in the force of the wire feed and the supply conditions of the drive motor # power supply of the welding circuit carried out by devices such that any variation in the arc length corresponds to a variation in the opposite direction of the intensity and consequently of the speed of melting of the wire.
It is therefore a question of self-regulation using the arc length-current characteristic given by the current generator and all the more effective, within the possible operating limits, as the length variation ratio arc / intensity variation is smaller in absolute value, while remaining negative
According to the invention, benefit is therefore taken from the speed constancy achieved in the normal operation of an automatic welding head controlled by the voltage or the arc intensity of a fusible electrode (or of a group of electrodes in parallel) which becomes a pilot electrode and is supplied by a conventional current source, to drive other electrodes at the same speed or at speeds remaining in the same ratio.
In other words, the drive rollers of the electrode wires are fixed on the same shaft or on separate shafts, but kinematically linked.
The servo-controlled electrodes are supplied by one or more conventional welding current generators, materially distinct from the welding current source applied to the controlled electrode. It will also be noted that the implementation of multiple arc welding according to l invention requires equipment which, with regard to the
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wire dragging is very similar to that used in automatic welding with a single electrode since it has only one drive mechanism and a single control device. It is also often easy to transforming a single electrode welding head into a multiple arc welding head supplied separately by adding a few gears and drive rollers.
It therefore becomes possible by using the invention to benefit from the advantages of automatic welding with multiple arcs and supplied separately by using equipment which is as mobile, as easily transportable and as simple to control as those which are in common use in welding. with single electrode.
It should be noted that the adjustment of the melting rates of the various electrodes is obtained, according to the invention, without resorting to the special means, mentioned at the beginning, and previously considered necessary to standardize the intensities of the currents supplied to these electrodes. . These means were, moreover, only envisaged for polyphase assemblies, whereas the improvement according to the invention makes it possible to combine electrodes supplied by completely independent current sources and even, for example, by combining alternating sources and sources. continues.
The choice of the electric powers, the number, the spacing, the arrangement, the material and the diameters of the electrodes is obviously controlled by the nature of the work to be carried out.
The pilot electrode and the servo-controlled electrodes can be of different diameters or be made up of different numbers of wires connected to the power sources, the only essential condition for proper operation being that the adjustment of these current sources corresponds to speeds of fusion of the electrodes in the ratio of the driving speeds achieved by the machine.
It is also possible to combine wires of different chemical compositions with a view to producing weld seams or recharging deposits with particular characteristics.
As said previously, the current sources may or may not be of the same type. The examples cited below mention the use of two DC sources or of a DC source and an AC source, the pilot electrode being supplied with DC current. They are not restrictive from this point of view for the applications cited.
It would just as well be possible to supply the pilot electrode alternately, the slave electrode being supplied either continuously or alternatively.
If two alternative sources are used, they can be connected to the same phase of the three-phase network, or to two different phases depending on a Vo assembly. A three-phase assembly such as the Scott can also be used. It does not seem advisable to connect, as in the prior art mentioned above, the pilot electrodes, the servo-controlled electrode and the workpiece to the three poles of a three-phase system comprising three single-phase transformers or a three-phase transformer - three-phase.
Examples I and IV below mention the use of two current sources of the same type (continuous) and of two wires of the same diameter winding at the same speed. It will be noted that the voltages are not equal if the currents are equal, and vice versa. The current generators therefore do not feel adjusted in the same way, even if they are identical.
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Examples III and V refer to welding work carried out on sheets of medium and heavy thickness, using a single pilot electrodes, supplied with direct current, and a single (example III) or double ( example V). In each case, the wire feed speeds of the two electrodes and the currents are identical, but the voltage applied to the slave electrode, which is behind the pilot electrode, is higher than that applied to the latter. This high tension is sought in order to avoid an excessively bulging bead.
These examples show that in welding the usual thicknesses, it is convenient and very satisfactory to unwind all the wires at the same speed and to use only two sources of welding current. The pilot electrode generally has a single wire and is at the head. It provides part of the required penetration. The servo-controlled electrode is placed behind the pilot electrode at a distance, generally between 1 and 10 centimeters, the greater the greater the thickness to be welded.
It completes the penetration and determines the final shape of the cord.
In this regard, it is recommended when welding large thicknesses, to use a double servo electrode in a position transverse to the joint. It is then welded with three wire electrodes arranged in an isosceles triangle, the apex of which is formed by the pilot electrode located above the jointo This arrangement, used in Example V below, makes it possible to obtain a bead having a convex normal in cases where the use of a single slave electrode would lead to an excessively bulging bead. The spacing of the two wires constituting the slave electrode is usually between 0.5 and 2.5 centimeters.
It is often convenient to pull these two threads from a crown manufactured according to the technique described in the Belgian patent application filed by the applicant on January 31, 1955 '
In some special cases, especially when looking for very high welding speeds, three and even four current sources can be used, only one of them being of course reserved for supplying the pilot electrode. . The servo-controlled electrodes are single or multiple depending on the chamfer shapes used and the bead shapes desired.
In recharging, it is advantageous to use the same arrangements as in welding, when narrow and strongly penetrated deposits are desired.
On the contrary, to obtain large deposits, it is recommended to arrange the electrode wires in a line perpendicular to the direction of relative movement of the machine and of the part to be recharged.
To obtain a large deposit with little penetration, it is advisable to feed the pilot electrode and the slave electrode under opposite polarities by two sources of the same nature and of the same phase if they are alternating.
The spacing of these two electrodes makes it possible to adjust the penetration. It is observed that the latter is very low when the spacing has the greatest value compatible with the formation of a common molten pool.
FIG. 1 is a block diagram of two twin arcs supplied by two direct current sources, with an advance mechanism common to the two electrodes.
FIG. 2 is a diagram similar to the previous one, but in which a DC source is used in conjunction with an AC source.
FIG. 3 represents an embodiment of the invention with two single-phase transformers.
Figure 4 shows another form of implementation, using
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two single-phase leakage transformers connected in V on a three-phase distribution.
FIG. 5 is a diagram of two particularly advantageous twin arcs with a view to obtaining hard-penetrated reloading.
FIG. 6 shows a particularly advantageous way of arranging three electrodes in a triangle.
FIG. 7 represents, side by side, a section of a weld bead obtained with the head electrode of FIG. 6 and a section of the same bead widened and deepened after passing the two following electrodes.
FIG. 1 shows two paired electrodes 1 and 2 in welding position on a part to be welded 3. Electrode 1 is connected to the positive pole of a generator 4, and electrode 2 to the positive pole of a. second generator 5. The negative poles of these two machines are connected to part 3o The welding head, shown schematically, comprises a feed motor 6 which together drives two rollers 7 and 8 intended respectively for unwinding the wire 1 and wire 2.
A reduction gear 9 enables the speed of rotation of rollers 7 and 8 to be correctly adapted to that of the motor. An adjustment box 10, of any conventional type, automatically regulates the speed of rotation of the motor. 6, and therefore rollers 7 and 8, depending on the fluctuations in the arc voltage of the pilot electrode, ie electrode 2 in the drawing.
The generator supplying the other electrode is optionally provided with a box 11 for manual remote adjustment, by means of which the operator can, if necessary, make the appropriate adjustment corrections, for example at the time of switching. getting started.
FIG. 2 represents a circuit quite similar to that of FIG. 1, except that the second generator 5 is replaced by a transformer 12. The automatic adjustment box for the unwinding speed is not represented in this figure. , no more than in the following figures, 3, 4 and 5. It will be assumed that it is connected, as in figure 1, between the piece to be welded 3 and one of the two electrodes, which becomes the elec. - pilots.
Figure 3 shows the use of two conventional single-phase welding transformers, 13 and 14, connected, as shown by the drawing, to the same phase of the network. These transformers may or may not be of the same type.
FIG. 4 represents, still by way of example ,. how the improvement according to the present invention can be applied in the case of a three-phase distribution. The electrodes are supplied by two welding transformers 15 and 16, which may or may not be identical. An electrode 1 is supplied by 15, a second electrode by 16, while part 3 is connected to the common point of the secondaries of the two transformers.
A preferred embodiment of the invention for lightly penetrated recharges, shown in FIG. 5, is characterized by the use of the two continuous sources 4 and 5 connected so that the electrodes 1 and 2 have opposite polarities. The electrode 1 is connected to the + pole of the source 4, and the electrode 2 to the - pole of the source 5, while the p81e - of the source 4 and the + pole of the source 5 are connected together in 18, the junction 18 itself being connected to part 3 by a balancing conductor 19. The role of this conductor 19 could be demonstrated by inserting an ammeter (not shown in the drawing), and by observing the fluctuations. of this device during welding.
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FIG. 6 shows a particularly advantageous embodiment of the invention, in which three electrodes are arranged in an isosceles triangle. The electrode 1 is placed alone, in front, at the most acute summit of the triangle, and advances in the axis of the joint to be welded, while the two rear electrodes, 2a and 2b, connected together in parallel to the same source of current, not shown, are driven by the same roller provided with two grooves, spaced for example by about 8 or 9 mm, so that these electrodes 2a and 2b advance on either side of the axis of the bead deposited by the first electrode.
FIG. 7 shows, schematically, the effect of this arrangement by operating on a flat sheet: the bead 21, deposited by the first electrode, is narrow and convex, it is more generally porous due to the high speed of displacement of the electrode. We then see, at 22, the changes undergone by the bead after the passage of the rear electrodes 2a and 2b. The upper part of this cord is widened and flattened, the penetration is increased and the porosities have disappeared. The results obtained are particularly favorable when the rear electrodes are located approximately two thirds of the length of the weld pool of the first electrode.
A few numerical examples will be found below of the operating conditions which have given good results: in these examples, the unwinding speeds of all the threads are identical at all times.
EXAMPLE 1.-
We welded edge to edge, with copper support and looking for total penetration, two 3 mm sheets, not chamfered, using two tandam electrodes. The two electrodes were of the same diameter, 2 mm, spaced 8 mm apart, and supplied with direct current. The head electrode was subjected to an intensity of 260 A. and the second to 210 A., the voltage being substantially the same for the two electrodes, and close to 28 to 30 volts. The current density was about 83 A / mm2 for the first electrode and 67 for the second. The welding speed was 2 meters per minute. The head electrode was the pilot electrode.
: EXAMPLE II.
Same data as above, except that the thickness of the sheets is 6 mm, the electrodes 3.2 mm, and their spacing 20 mm. The head electrode is supplied with direct current at 28/30 volts and 700 A, = and the second with alternating current at 30/32 volts and 600 A. The welding speed is 1.10 m / min.
EXAMPLE III.
This example concerns edge-to-edge welding of non-chamfered t8les by performing one pass on each face, the two passes interpenetrated.
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EXAMPLE IV.
Dual arc welding in two passes of 2 sheets chamfered on one side only, that of the second pass, the thickness of the sheets being 25 mm, the angle of the chamfer is 60 and its height is 9 mm. The two electrodes of 4 m / m separated by 45 mm are supplied with direct current, both at 900 A. for the first pass, which is carried out at a speed of 0.80 m / min, and at 1100 A. for the second pass, which is carried out at a speed of 0.60 m / min. The voltage is set at 34 V. for the first electrode and 43/45 v. for the second.
EXAMPLE V.
Two-pass welding with double rear electrode (servo-controlled electrode) made up of two 3.2 mm wires, in transverse position, 9 mm apart. For a thickness of 36 mm, two chamfers are made, one of 60 and the other of 90, the remaining un-chamfered thickness being 16 mm. The head electrode (pilot electrode) of 4 mm, is supplied with direct current, at 1100 A. and 34 v. for the first pass and under 1150 A. and 36 v. for the second pass The double rear electrode is supplied with alternating current, at 1500 A. and 44 v. for the first pass and 1550 A. and 46 v. for the second.
The above examples highlight the advantages brought by the improvement according to the present invention, as regards the speed of execution of the welding, the speed of which is more than doubled in most cases. It will also be noted that the chamfering, on very thick sheets, is shallower, and of more acute angle, which provides savings in the preparation of the sheets at the same time as a great saving in electrode wire and in flux.
Finally, it can be seen from these examples that it is generally preferred to take the head electrode as the pilot electrode and to supply the latter at a lower voltage than the rear electrode. The examples above show The fact remains, through their diversity, that the invention can be implemented successfully under the most varied conditions, on condition that the general characteristics stated at the beginning are respected.