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:"PROCEDE ET MATERIEL POUR L'ASSEMBLAGE DE
PROFILES EN ACIER PAR SOUDAGE AUTOMATIQUE
OU SEMI-AUTOMATIQUB A L'ARC ELECTRIQUE ".-
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La présente invention cet relative à un procédé d'assemblage par soudage automatique ou semi-automatique à l'art électrique, de profilée en acier disposée dans le prolongement l'un de l'autre, dans lequel on dépose le métal de soudure, de bas en haut, dans un intervalle entre les extrémités de ces profilés, on maintient le mé- tal dans un moule refroidi constitué de pièces qui sont appliquées oontre les surfaces latérales et oontre la surface supérieure des profilés , on commence le soudage par le procédé à l'arc visible,
éventuellement nous pro- tection gazeue, à l'aide d'une électrode nue contenant un noyau de matières ayant une action métallurgique favora- ble sur le métal de soudage déposé et on achève le sou- dage par le procédé éleotroslag après avoir amené suf- fisamment de laitier sur le bain de soudure et jusque ce que le métal déposé atteigne un niveau supérieur à ce- lui des profilés à assembler.
Dans le brevet d'invention 611.558 il est ques- tion d'un procédé de ce genre dans lequel, après avoir com- mencé à déposer le métal d'abord par le procédé à l'aro visible, éventuellement sous protection gazeuse, dans le- quel l'arc jaillit d'abord entre l'électrode et les pièces
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à souder et ensuite par le procédé électrogaz dans lequel l'arc jaillissant entre l'électrode et un volumineux bain de métal fondu maintenu dans un moule rayonne sa chaleur sur les pièces à souder, on verse, dans le moule une quantité de flux suffisante pour oréer un volumineux bain de laitier noyant l'extrémité de l'électrode, ce qui permet de continuer le soudage par le procédé électrcslag.
Il est également prévu dans le brevet susdit d'ajouter au bain de métal, pendant le soudage éleotrogaz, une très petite quantité d'un laitier ionisant, facilement fusible, qui facilite le mouillage des surfaces des profilés avec lesquelles le bain vient en contact , ce laitier ayant aussi une action métallurgique favorable sur le métal fondu.
Ce laitier est un laitier basique qui est amené au bain de soudure, de préférence par l'électrode continue, celle- ci étant alors une électrode tubulaire contenant un petit noyau de composition correspondant à l'action désirée du laitier.
Dans le procédé selon le brevet 611,558, le lai- tier basique utilisé en soudage éleotrogaz était nécessai- rement très peu abondant, l'électrode devant être utilisée ensuite par le procédé éleotroslag, qui nécessite un volu- mineux bain d'un laitier acide de composition convenable.
Il ne fallait donc pas que le laitier basique fourni par l'électrode modifie trop le laitier acide ajouté ultéri- eurement, pendant la phase " éleotroslag ".
De plus, il n'était pas possible d'apporter ainsi par l'électrode le laitier acide éleotroslag , puisque le même fil doit être employé pendant toute l'opération.
Le procédé selon le brevet susdit présente l'in-
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convénient de nécessiter le déversement manuel du flux destiné à constituer le laitier nécessaire à la réalisa-* tion du procédé électroslag. Ce déversement provoque en outre un changement brusque du régime de soudage et ris- que de donner lieu à des collèges ,à des inclusions de laitier et à d'autres inconvénients dus à ce brusque changement de régime.
La présente invention a comme objet un procédé grâce auquel on remédie à ces inconvénients,
A cet effet, dans le procédé selon l'invention, dès le début du soudage automatique ou semi- automatique, on utilise une électrode à noyau contenant des matières formant un laitier acide et qui dépose , en même temps que le métal de soudure, une couche de laitier dont l'épais. seur croit du début à la fin de la phase éleotrogaz pour et former un volumineux bain de laitier/en ce qu'on achève l'opération par le procédé électroslag à l'aide de la même électrode à noyau en plongeant l'extrémité de celle-ci dans le laitier fondu lorsque la couche de ce laitier est suffisamment volumineuse .
Pour le soudage de barres carrées, on utilise une électrode nue dont le noyau contient un poids de ma- tières formant laitier, compris entre 10 et 20 % du poids .total de l'électrode.
Pour le soudage de rails, on utilise une électro- de nue dont le noyau contient un poids de matières formant laitier compris entre 15 et 23 % du poids total de l'éleo- trode.
Le noyau contient avantageusement des désoxydante et des éléments d'alliages. Il est préférable qu'il donne
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lieu à un laitier acide au cours du soudage , par exemple, en contenant principalement du silicate de manganèse.
Dans une variante proférée , on utilise une élec- trode dont l'enveloppe entourant le noyau à la composition suivantes 0,05 à 0,07 de carbone, 0,2 à 0,6 % de manganèse, au maximum 0,04% de soufre et 0,03% de phosphore, le reste étant du fer et quelques impuretés éventuelles.
Les dessins annexée au présent mémoire représentent schématiquement et à titre d'exemple seulement, deux mou- les pour la réalisation du procédé selon l'invention et une électrode nue à noyau de matières formant laitier utili- sée dans ce procédé.
La figure 1 est une vue en perspective , après brisure partielle, d'un moule pour le soudage de deux pro- filés de section carrée dont l'un est en place et est re- présenté en trait plein tandis que l'autre est schématisé en trait mixte dans la position qu'il occupera quand il sera. en place.
La figure 2 est une coupe longitudinale dans le moule de la figure 1, avant le commencement du soudage, cet- te coupe correspondant à la ligne II- II de la figure 3.
La figure 3 est une coupe transversale oorrespon- - dant @ à la ligne III- III de la figure @.
La figure 4 est, à plus grande échelle, une coupe transversale d'une électrode utilisée dans le procédé se- lon l'invention.
La figure 5 est une vue en perspective d'un moule pour le soudage de rails qui n'ont été représentés que par leurs deux patins en trait mixte.
La figure 6 est une coupe longitudinale de ce moule correspondant à la ligne VI- VI de la figure 7,deux
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boute de rails étant représentée dans la position qu'ils oc- cupent avant le commencement du soudage,
La figure 7 est une coupe transversale correspon- dant à la ligne VII- VII de la figure 6.
La figure 8 est une vue en perspective de deux bouts de rails après que leur assemblage est terminé et que les pa- rois latérales du moule ont été enlevées.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques. @
Le moule représenté aux figures 1 à 3 convient par exemple pour le soudage de barres carrées en acier doux 2 et 3, de 30 à 100 mm de coté. Cas deux barres sont disposées dans le prolongement l'une de l'autre: Leurs faces d'extré- mité 4 et 5 sont perpendiculaires à leur axe et sont dispo- sées par exemple à une distance d'environ 28 mm, Ces barres reposent sur une pièce 6 constituant leond du moule. Cette pièce est en cuivre, en bronze, ou en tout autre métal ou al- liage auquel l'acier fondu n'adhère pas.
Un oanal 7 est con- necté à des tubulures 8 pour le raccordement d'un liquide de refroidissement .Deux autres pièces en cuivre ou en bronze 9 et 10 sont appliquées contre le fond 6 et les barres car- rées 2 et 3 par des rebords intérieurs d'extrémité désignés respectivement par 11 et 12. Entre les rebords intérieurs d'extrémité 11 de la pièce latérale 9 et entre les rebords intérieurs d'extrémité 12 de la pièce latérale 10, ces piè- ces présentent une rainure 13 ou 14 qui se trouve en regard de l'intervalle subsistant entre les faces d'extrémité des barres carrées à assembler. les extrémités supérieures des pièces latérales 9 et 10 se trouvent sensiblement au-des- sus des barres à assembler et présentent les unes vers
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les autres des saillies 15 et 16 qui recouvrent ces barres et se rejoignent.
Les pièces latérales 9 et 10 présentent également des canaux 17 et 18 raccordés à des tubulures 19 et 20 pour la circulation d'un fluide de refroidissement.
Dans la partie médiane du fond 6 du moule, on a aménagé une cavité 21 ayant la forme d'une rainure en V, qui se trouve donc à la base de l'intervalle à remplir de soudure entre les extrémités des barres 2 et 3 à assembler.
Avant de commencer le soudage, on dépose dans cette rainure une plaquette en acier 22 à partir de laquelle on amorce l'arc sans détériorer le fond 6. Cette plaquette reste in- corporée au métal de soudure déposé qui coule jusqu'au fond de la rainure.
Le soudage est effectué à l'aide d'une machine de soudage semi-automatique ou automatique dans laquelle une électrode continue dont la surface extérieure est métalli- que, passe sans interruption. Il a lieu ,par exemple, sous protection d'anhydride carbonique. A cet effet, l'in- tervalle entre les barres 2 et 3 et les parois latérales 9 et 10 du moule est purgé d'air par un courant de gaz oarbo-. nique venant d'en haut par un tuyau 23. Ce courant est main- tenu pendant toute la durée du soudage à l'arc. Le débit de gaz est d'environ 12 litres par minute.
L'électrode utilisée est une électrode nue 24 à noyau 25 constitué essentiellement de matières formant lai- tier. Celles-ci sont constituées principalement par un si- lioate complexe de manganèse, de calcium et de magnésium dans lequel le manganèse est prédominant .Un tel silicate est généralement désigné par l'expression " silicate de man- ganèse ". Il donne lieu à la formation d'un laitier aoide.
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Si le poids total des matières formant laitier est de 14% du poids total de l'électrode, on trouve par exemple dans
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ces matières 6, 5 de 8i02' bzz de Monos 1, 5 de Oxo + 0 0,7 de OaP2 et 19 de divers oxydes. Le noyau contient également des matières exerçant une action métallurgique favorable sur le métal de soudure déposé.
Une composition avantageuse de ce noyau est alors la suivante @ 14% de
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ces matières formant laitier, 3,696 de ailïco-manganèoe et 1,8 % de ferro-manganèse jouant le rôle de désoxydants et d'éléments d'alliage.
Le poids de matières formant laitier peut-être compris en*. tre 10 et 20% du poids total de l'électrode. Le diamètre extérieur de l'enveloppe tubulaire 26 entourant le noyau est, par exemple, de 3,2 millimètres. Cette enveloppe oom- prend, par exemple, 0,05 à 0,07% de carbone, 0,3% de man- ganèse, environ 0,02% de soufre, environ 0,03% de phosphore, le reste étant du fer et quelques impuretés éventuelles.
L'opérateur qui a amorcé l'arc à partir de la pla- quette 22 comme déjà indiqué ci-dessus et qui a de ce fait déposé un peu de métal à l'arc visible dirige ensuite l'ex- trémité de l'électrode à noyau le long des bords inférieurs des barres 2 et 3 de façon à remplir de métal de soudure les parties de la rainure 21 adjacentes aux barres, pendant que l'électrode est promenée d'une extrémité à l'autre des bords inférieurs des barres.
Le bain de fusion qui s'aooumule sur le fond 6 de la lingotière formée par le moule rayonne de la chaleur vers ces bords et atteint assez rapidement ceux-ci, par exemple, au bout de 60 à 90 secondes. Pendant oette dernière phase du dépôt, le procédé de soudage mie en oeuvre est donc le
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procédé électrogas.
Etant donné le poids relativement important du noyau par rapport au poids total de l'électrode, l'épais- seur de la couche de laitier fondu sur le bain de métal de soudure augmente rapidement et atteint assez vite une épaisseur telle qu'on puisse appliquer le procédé éleotro- slag en laissant l'extrémité de l'électrode noyée dans la partie supérieure du laitier fondu. La phase " éklectrosalg" commence,par exemple, à partir du tiers inférieur des bar- res à souder.
L'arc électrique disparait alors et le courant de soudage peut alors échauffer davantage ce laitier en le traversant pendant son passage vers les barres à Bouder.
Les pertes de laitier qui se produisent par infil- tration entre les parois 9 et 10 du moule et les barres à souder sont compensées par l'apport continu important de ma- tières formant laitier contenues dans le noyau de sorte que le soudage peut-être achevé par le procédé éleotroelag.
On poursuit le dépôt jusqu'à ce que la surface du métal li- quide dépasse la surface supérieure des barres de deux mil- limètres. Ce métal liquide est surmonté d'une couche de lai- tier liquide de vingt-cinq millimètres d'épaisseur environ, A ce moment, l'opérateur arrête le balancement de l'élec- trode lorsqu'elle est au milieu du joint et la retire du laiti- er pour arrêter le soudage.
Il laisse solidifier complètement le métal et il retire ensuite le fond 6 et les parois latérales 9 et 10 du moule. La surépaisseur du Joint' est alors enlevée.
Pour le soudage de rails de chemins de fer, on uti- lise un moule du genre de celui représenté aux figures 5 à 7,
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Le fond du moule est constitué par une semelle en acier 27 dont la section longitudinale correspond sensiblement à la section transversale des patine des rails. Ces patina sont représentés partiellement par des traite mixtes et sont désignés par 28 et 29 à la figure 5. Cette semelle en acier 27 ne peut être considérée comme une partie du moule qu'avant le soudage, car lorsque l'assemblage est terminé, elle est incorporée au joint entre les rails ainsi que cela apparattra ci-après.
Les'parois latérales 9 et 10 du moule sont en oui- vre ou en bronze comme dans le cas des figures 1 à 3. Leurs rebords intérieurs d'extrémité 11 et 12 appuient contre les faces latérales des rails à assembler et reposent sur les patins des rails. Ils présentent des saillies supérieures 15 et 16 qui reoouvrent la tlte des rails. Les faces inté- rieur.. 30 et 31 des parois latérales 9 et 10 situées entre les rebords intérieurs d'extrémité désignés respectivement par 11 et 12 s'éloignent progressivement l'une de l'autre depuis les bords inférieurs de ces parois, au niveau de la semelle 27 et des patins 28 et 29 , jusqu'au niveau de la tête des rails où leur distance dépasse la largeur des têtes.
La semelle 27 présente une cavité 32 au milieu de sa longueur. Ses deux faces longitudinales 33 et 34 sont inclinées l'une Ters l'autre vers le haut.
Pour souder deux rails tels que ceux représentés en traits mixtes à la figure 6 et désignés par 35 et 36, on place leurs patins 28 et 29 contre la semelle en acier 27 dont la largeur coirrespond à celle de 1'intervalle que l'on désire laisser entre les Faces d'extrémité des rails,
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par exemple environ trente millimètres. On assemble cette semelle aux patina 28 et 29 par des cordons de soudure 38 qui remplissent les rainures en V, formées entre les faces inclinées 33 et 34 de la semelle et les faces d'extrémité des rails 55 et 36. les cordons de soudure déposés en ces endroits sont réalisés, de préférence, sous protection ga- zeuse, par exemple, d'anhydride carbonique.
On peut éven- tuellement réaliser ce soudage de la semelle 27 aux patins 28 et 29 par soudage à l'arc manuel avec des éleotrodes à flux basique. On peut aussi le réaliser par soudage à l'arc visible au moyen de l'électrode à noyau qui sera utilisée pour les phases ultérieures de l'opération de soudage.
On pose alors les parois latérales 9 et 10 sur ces patins et sur cette semelle ainsi que contre les faces latérales des rails et sur leur tête. Ensuite, on dépose du métal de soudure sous protection gazeuse par le procédé automatique ou semi-automatique à partir du fond de la cavité 32 se trouvant au milieu de la semelle 27.
On utilise à cet effet une électrode nue à noyau du genre de l'électrode 26 de la figure 4 mais dont le noy- au dontient un poids de matières formant laitier compris entre 15 et 23 % du poids total de l'électrode.
On forme ainsi un bain de soudure par le procédé éleotrogaz pendant que l'épaisseur de la couche de laitier augmente rapidement sur le bain de métal. lorsque ce bain atteint le niveau inférieur de l'âme des rails, on continue par le procédé éleotroslag en plongeant le bout de l'élec- trode dans l'épaisse couche de laitier fondu formée à ce moment.
On achève le soudage par oe dernier procédé comme indiqué ci-avant à propos du soudage de barres de section
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carrée. L'éloignement progressif vers le haut des faces in- térieures 30 et 31 du moule donne lieu à la formation d'un joint volumineux 37, ce qui est avantageux pour réduire les effets de trempe quand on laisse refroidir le joint, après que le métal de soudure surmonta d'une épaisse couche de laitier liquide a dépassé d'un ou de deux millimètres le niveau supérieur des rails.
Après solidification du métal, les âmes et les bourrelets des rails sont réunis par le joint 33 qui, com- me visible à la figure 8, a sensiblement la forme d'un trono de pyramide dont la petite base est située au niveau supéri- eur des patins des rails. Après enlèvement des parois laté- rales du moule et du laitier refroidi 38 qui oouvre le joint de soudure, on enlève la saillie que celui-ci fait au-des- sus des rails.
REVENDICATIONS.
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