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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.