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Procédé et appareil de commande de pression pour la soudure'à l'arc électrique sous protection d'un gaz inerte.
La présente invention concerne la so re à l'arc électrique au moyen d'une électrode non fus/le sous la protec- tion d'un gaz inerte.
Lorsqu'on effectue une soudure au moyen de ce procédé, une poche de métal fondu 'se forme et peut être déformée sous l'ac- tion de la gravité et, en se refroidissant, cette poche déformée peut produire une soudure de profil indésirable. Cet effet in- aésirable peut souvent être évité dans une mesure satisfaisante en augmentant la pression de gaz au voisinage de la soudure mais cet expédient ne suffit pas lorsque la soudure est effectuée dans des conditions telles que différentes parties de la soudure sont différemment affectées par la gravité.
Un cas d'espèce est le sou-
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dage bout à bout de tubes dont les axes forment un angle avec la verticale, dans lequel, à certains points de la soudure, la gravité tend à amener le métal fondu à s'affaisser ou à s'écar- ter des parties à souder tandis qu'en d'autrés points elle a un effet différent ou.même opposé.
Suivant l'invention, des moyens sont prévus pour modifier la pression de l'atmosphère de gaz inerte suivant les besoins au cours de l'opération de soudure et, dans la forme d'exécution pré- férée de l'invention, cette modification est.effectuée automatique- ment.
La mesure et la programmation de la modification de la pression dépendent de la nature de l'opération de soudure à exécuter, de la masse de métal fondu et d'autres facteurs et doivent être prédéterminées expérimentalement ou autrement. La modification peut aller d'une pression maximum a une dépression minimum.
La mesure dans laquelle la pression doit être modifiée pour produire un résultat utile est étonnamment faible. Par exemple, pour souder bout à bout des tubes échangeurs de chaleur ayant -un diamètre intérieur d'environ 1/2 pouce (1,27 cm), les deux tubes étant maintenus horizontalement pendant la soudure de sorte que le métal de soudure a tendance à s'affaisser à la partie supérieure du joint et à s'enfoncer dans les parois du tube à la partie inférieure du joint, on a constaté qu'il suffit-de prévoir une pression supé- rieure à la pression atmosphérique ne dépassant pas 1,2 pouce (3,05 cm) d'eau pour empêcher tout affaissement et une dépression ne dépassant pas 1,6 pouce (4,06 cm) d'eau pour empêcher le renfoncement.
L'invention a été mise au point en particulier pour souder intérieurement bout à bout de minces tubes placés avec leur: axes horizontaux et, à cet effet, on peut utiliser un porte-électrode du genre décrit dans le brevet anglais n 913.207 de la Demande- resse'mais sans y être limité. -
Un exemple de l'application pratique de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins
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annexés dans lesquels : la fig. 1 représente schématiquement le défaut de soudure que l'invention corrige ; la fig. 2 est une vue schématique du système; la fig. 3 est une vue schématique d'une valve de commande prévue dans le système; et, la fig. 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
On suppose que l'opération à exécuter consiste à souder bout à bout les deux tubes maintenus horizontalement T, et
T' (fig. 1) de l'intérieur des tubes à l'aide d'un porte-électrode
WT du genre spécifiée ce 'porte-électrode comportant une électrode tournante entraînée par l'intermédiaire d'un arbre flexible par un moteur M et étant alimenté d'argon ou d'un gaz @nerte par une conduite A. La soudure qui est ainsi formée compr une bague de métal fondu venant dans un plan vertical.
Avantde solidifis, le métal contenu dans l'arc allant environ de la position le heures à la position 2 heures tend à s'affaisser ou à s'écarter de la surface intérieure des tubes comme indiqué en X sur la fig.' 1 et celui qui est contenu dans l'arc allant environ de la position 4 heures à la position 8 heures (en supposant une pénétration complète qui est essentielle pour obtenir une bonne soudure) tend à saffais- ser ou à s'écarter de la surface extérieure des tubes comme indi- qué en Y.
Pour contrecarrer ces tendances,, on. maintient dans les tubes, suivant l'invention, une pression supérieure à la pression atmosphérique pendant la soudure sur l'arc de 10 à 2 heures et une pression inférieure à la pression atmosphérique pendant la soudure sur l'arc de 4 à 8 heures, la pression maintenue pendant la soudure sur l'arc de 2 à 4 heures et l'arc de 8 à 10 heures étant en substance atmosphérique.
A cet effet, dans l'exemple décrit ci-après, on raccorde périodiquement 1'extrémité de sortie de gaz des tubes à une pression supérieure à la pression atmosphérique, inférieure à la pression atmosphérique et égale à celle-ci, l'arrivée de gaz à l'extrémité d'entrée restant
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constante pendant toute la période de soudure, c'est-à-dire pendant que l'électrode est tournée de 360 par le moteur M,
Comme le montre la fige 2, l'extrémité de sortie des tubes est raccordée par une conduite P à une valve de commande rotative CV (représentée sur les figs. 3 et 4) entraînée par le moteur M par l'intermédiaire d'un réducteur R de manière à tourner de 3600 en synchronisme avec l'électrode.
La valve (figs. 3 et 4) comporte un corps fixe. 10 dans lequel est monté un rotor 12 traversé par un passage 14. Une ex- trémité 14a de ce passage paut, lorsque le rotor tourne, être amenée en communication avec des lumières lo (fig.4) qui s'ouvrent à l'atmosphère ou avec une lumière 18 qui s'ouvre vers un ventila- teur ou une autre source de dépression V (fig.2). 'autre extré- mité 14b du passage 14 se termine dans une gorge circonférentielle
20 X ménagée dans le rotor 12 de manière à être toujours en commu- nication avec une lumière de sortie 22 communiquant par la conduite
P avec l'extrémité de sortie de gaz des tubes à souder.
En supposant que la soudure est amorcée à la position 4 heures et que l'électrode est entraînée dans le sens des aiguilles . d'une montre, une dépression est appliquée à l'extrémité de sortie des tubes tandis que l'électrode se déplace de cette position à la position 8 heures, le corps 10 étant découpé en 24 (fig.4) de sorte que le passage 14 communique avec la lumière d'aspiration 18 pendant ce déplacement. A la position 8 heures, le passage 14 . communique avec une des lumières atmosphériques 16 (le corps 10 étant'découpé en 26) et cette communication persiste jusqu'à la posi- tien 10 heures.
De la position 10 heures à la position 2 heures, le passage 14 ne communique avec aucune lumière et de la position 2 heures à la position 4 heures, il est en communication avec l'autre lumière atmosphérique 16.
Ainsi, la pression de gaz dans les tubes est égale, de la position 4 heures à la position 8 heures, à la pression d'alimenta- tion de l'argen moins la dépression appliquée à l'extrémité des tubes, de la position 8 heures à la position 10 heures et de la
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position 2 heures à la position 4 heures, cette pression est atmosphérique et de la position 10 heures à la position 2 heures, elle est égale à la pression d'alimentation de 1'argon. On obtisnt ainsi un cycle de pressions différentes du genre désiré pour éviter un affaissement ou un étalement nuisible du métal fondu de la soudure.
Comme indiqué, la variation de pression nécessaire pour produire le résultat voulu est faible. En général, une pression supérieure à la pression atmosphérique d'environ 1,2 pouce (3,05 cm) d'eau et une dépression d'environ 1,6 pouce (4,06 cm) d'eau suffisent. Mais ces chiffres peuvent aller jusqu'à 2,5 pouces (6,35 cm).
REVENDICATIONS.
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1.- Procédé pour souder bout à bout des tubes de l'in- térieur au moyen d'une électrode non fusible sous la protection d'un gaz inerte, caractérisé en se qu'on modifie la pression dans les tubes afin d'empêcher ou de diminuer l'affaissement du métal fon- du sous l'action de la gravité avant qu'il se solidifie.
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A method and pressure control apparatus for electric arc welding under protection of an inert gas.
The present invention relates to the electric arc sound by means of an unfused electrode under the protection of an inert gas.
When a weld is made by this method, a pocket of molten metal is formed and can be deformed under the action of gravity and, on cooling, this deformed pocket can produce an unwanted profile weld. This undesirable effect can often be avoided to a satisfactory extent by increasing the gas pressure in the vicinity of the weld, but this expediency is not sufficient when the weld is carried out under conditions such that different parts of the weld are differently affected by the weld. gravity.
A case in point is the
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butt cutting of tubes whose axes form an angle with the vertical, in which, at certain points of the weld, gravity tends to cause the molten metal to sag or to move away from the parts to be welded while that in other respects it has a different or even opposite effect.
According to the invention, means are provided for modifying the pressure of the inert gas atmosphere as required during the welding operation and, in the preferred embodiment of the invention, this modification is . performed automatically.
The measurement and timing of the change in pressure depends on the nature of the welding operation to be performed, the mass of molten metal and other factors and must be predetermined experimentally or otherwise. The modification can go from a maximum pressure to a minimum depression.
The extent to which the pressure must be changed to produce a useful result is surprisingly small. For example, to butt weld heat exchange tubes having an inside diameter of about 1/2 inch (1.27 cm), both tubes being held horizontally during welding so that the weld metal tends in sagging at the upper part of the joint and sinking into the walls of the tube at the lower part of the joint, it has been found that it is sufficient to provide a pressure above atmospheric pressure not exceeding 1 , 2 inches (3.05 cm) of water to prevent sagging and a vacuum of not more than 1.6 inches (4.06 cm) of water to prevent recess.
The invention has been developed in particular for internally butt welding of thin tubes placed with their horizontal axes and, for this purpose, one can use an electrode holder of the kind described in British Patent No. 913.207 of the Application. - but without being limited to it. -
An example of the practical application of the invention will be described below, by way of example, with reference to the drawings.
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appended in which: FIG. 1 schematically represents the welding defect that the invention corrects; fig. 2 is a schematic view of the system; fig. 3 is a schematic view of a control valve provided in the system; and, FIG. 4 is a section taken along line IV-IV of FIG. 3.
It is assumed that the operation to be performed consists in butt welding the two tubes held horizontally T, and
T '(fig. 1) from the inside of the tubes using an electrode holder
WT of the type specified, this electrode holder comprising a rotating electrode driven via a flexible shaft by a motor M and being supplied with argon or an energetic gas via a pipe A. The weld which is thus formed comprising a ring of molten metal coming in a vertical plane.
Before solidifying, the metal contained in the arc going from about the o'clock position to the 2 o'clock position tends to sag or move away from the inner surface of the tubes as indicated at X in fig. 1 and that contained in the arc going from about the 4 o'clock position to the 8 o'clock position (assuming full penetration which is essential to achieve a good weld) tends to buckle or move away from the surface outside of the tubes as shown in Y.
To counteract these trends, we. maintains in the tubes, according to the invention, a pressure greater than atmospheric pressure during welding on the arc for 10 to 2 hours and a pressure below atmospheric pressure during welding on the arc for 4 to 8 hours, the pressure maintained during the welding on the arc from 2 to 4 hours and the arc from 8 to 10 hours being substantially atmospheric.
To this end, in the example described below, the gas outlet end of the tubes is periodically connected to a pressure greater than atmospheric pressure, less than atmospheric pressure and equal to the latter, the arrival of gas at the remaining inlet end
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constant throughout the welding period, i.e. while the electrode is rotated 360 by the motor M,
As shown in fig 2, the outlet end of the tubes is connected by a pipe P to a rotary control valve CV (shown in figs. 3 and 4) driven by the motor M via a reducer. R so as to rotate 3600 in synchronism with the electrode.
The valve (figs. 3 and 4) has a fixed body. 10 in which is mounted a rotor 12 traversed by a passage 14. An end 14a of this passage can, when the rotor rotates, be brought into communication with lo apertures (fig.4) which open to the atmosphere. or with a light 18 which opens towards a fan or another source of vacuum V (fig.2). 'other end 14b of passage 14 terminates in a circumferential groove
20 X arranged in the rotor 12 so as to be always in communication with an exit light 22 communicating by the pipe
P with the gas outlet end of the tubes to be welded.
Assuming the weld is initiated at the 4 o'clock position and the electrode is driven clockwise. of a watch, a vacuum is applied to the outlet end of the tubes while the electrode moves from this position to the 8 o'clock position, the body 10 being cut into 24 (fig. 4) so that the passage 14 communicates with the suction lumen 18 during this movement. At the 8 o'clock position, passage 14. communicates with one of the atmospheric lights 16 (the body 10 being cut into 26) and this communication persists until the 10 o'clock position.
From the 10 o'clock position to the 2 o'clock position, passage 14 does not communicate with any light and from the 2 o'clock position to the 4 o'clock position it is in communication with the other atmospheric light 16.
Thus, the gas pressure in the tubes is equal, from the 4 o'clock position to the 8 o'clock position, to the supply pressure of the silver minus the vacuum applied to the end of the tubes, from position 8 hours at the 10 o'clock position and
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the 2 o'clock position to the 4 o'clock position, this pressure is atmospheric and from the 10 o'clock position to the 2 o'clock position, it is equal to the argon feed pressure. Thus, a cycle of different pressures of the desired kind is obtained to avoid harmful sagging or spreading of the molten metal of the weld.
As indicated, the variation in pressure required to produce the desired result is small. In general, a pressure above atmospheric pressure of about 1.2 inches (3.05 cm) of water and a vacuum of about 1.6 inches (4.06 cm) of water will suffice. But these numbers can go up to 2.5 inches (6.35 cm).
CLAIMS.
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1.- Method for butt-welding tubes from the inside by means of a non-fusible electrode under the protection of an inert gas, characterized in that the pressure in the tubes is modified in order to prevent or decrease the sag of molten metal under the action of gravity before it solidifies.