Procédé de soudage et produit en résultant. Cette invention a trait au soudage de profilés ou autres produits ouvrés en fer et en acier tels que: tôles d'acier, tubes d'acier, pièces d'acier laminées ou matricées, etc., par le procédé consistant à produire une jonction en métal ferreux le long des bords contigus des pièces de ce genre.
Ces pièces sont usuelle ment faites d'aciers de teneurs en carbone faibles ou moyennes ou, dans ces derniers temps et d'une façon croissante, d'aciers à teneur d'alliage relativement faible, tels que ceux contenant jusqu'à 1;501% environ de manganèse, les aciers dits au silico-man- ganèse, etc.
D'une façon essentielle et fondamentale, la présente invention tire parti des diverses propriétés,du carbone par des moyens qui n'avaient pas été appliqués jusqu'à ce jour en ce qui concerne le soudage. Ces propriétés du carbone ont leur maximum d'effet dans un milieu non oxydant.
Dans le procédé selon l'invention, on ef fectue une carburation des surfaces de bords contigus desdites pièces et un chauffage de ces surfaces à une température élevée pour fondre les parties carburées à une tempéra ture inférieure au point de fusion desdites pièces, et unit ces parties carburées fondues.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le carbone et le milieu non oxy dant sont tous deux fournis par l'acétylène, mais ils pourraient être fournis d'une autre manière: L'application du carbone peut, ou non, coïncider avec le soudage, mais est de préférence combinée avec lui et le soudage est de préférence effectué dans un milieu non oxydant.
Parmi les propriétés du carbone qui in terviennent dans cette invention, on citera les suivantes: 1 Il réagit avec l'oxyde de fer pour donner naissance à du fer et à de l'oxyde de carbone; 20 il est soluble dans le fer et rapidement absorbé par le fer chauffé à blanc; .30 il abaisse le point de fusion de l'alliage de fer et de carbone; 40 il augment> l'échelle des points de solidification du mé- lange de fer et de carbone; 50 il protège d'au tres ingrédients d'alliage, spécialement con jointement avec un milieu réducteur.
Une façon avantageuse d'exécuter le pro cédé selon l'invention est celle où l'on emploie une flamme à acétylène.
Jusqu'à ce jour, la flamme oxy-acétylé- nique neutre était universellement adoptée pour l'établissement des soudures autogènes par le gaz entre les pièces d'acier telles que: profilés, plaques, tubes, etc., la pratique usuelle consistant à appliquer cette flamme neutre de façon à fondre les bords contigus des pièces ià joindre et à remplir l'espace entre les surfaces fondues par du métal résultant de la. fusion d'une tige ou barrette d'acier ou de composition .à ingrédients d'alliage.
Dans cette flamme neutre, le réglage des propor tions de l'oxygène et de l'acétylène fournis est tel qu'il assure la température maximum à la pointe du cône de soudage de la flamme oxy-acétylénique.
Cette proportion comprend approximati vement 104 parties d'oxygène pour 100 par ties d'acétylène, en volume. Le réglage est usuellement déterminé approximativement par l'aspect de la flamme en ce sens que lorsque la quantité d'acétylène fournie est supérieure à la proportion ci-dessus, un cône intermédiaire, appelé ci-après "fleuron", com mence à apparaître à l'extrémité du dard ou cône interne blanc, la longueur de ce fleuron augmentant à mesure que l'excès d'acétylène augmente. Cette flamme, dite "neutre", exerce sur le métal de ,base une action oxy dante qui tend à augmenter au cours du sou dage, ce qui rend son état "neutre" difficile à maintenir.
Le mode opératoire usuellement appliqué pour établir un joint bout -à bout ou à rap prochement entre deux tôles, par exemple, consiste à biseauter les bords des tôles à sou der suivant un angle de 45 environ et à les placer à peu près parallèlement et presque en contact. On applique alors une flamme sou- dante "neutre" pour fondre profondément les parois de la rainure en V à 90 et remplir cette rainure du métal fondu produit par la fusion d'une barrette de soudure.
Le soudeur s'efforce d'empêcher que la masse de métal fondue avance le long de la rainure plus rapi dement que s'effectue la fusion profonde de la tôle ou métal de base par la flamme sou- dante. A cet effet, il manipule à la fois le chalumeau à souder -et la barrette de soudure dont il maintient l'extrémité dans la masse fondue.
Dans le soudage autogène des pièces d'a cier, en particulier, la nature oxydante de la flamme neutre est la source de divers incon vénients et de résultats médiocres parmi les quels on citera les suivants 1o Dans le soudage effectué avec la flamme dite "neutre", un degré considérable de surchauffage au-dessus du point de fusion est nécessaire dans le but de communiquer au métal une fluidité suffisante pour éliminer par flottage les particules d'oxyde produites. En effet, si ces particules étaient emprison nées dans la soudure en cours de solidifica tion, elles deviendraient des solutions de con tinuité non métalliques affaiblissant cette soudure.
Le surchauffa.ge du métal à un de gré trop élevé au-dessus de son point de fu sion aboutit. à une absorption excessive de gaz, le gaz absorbé se dégageant par la suite lorsque le métal se refroidit de nouveau à son point de solidification. Comme la surface su p6rieure se refroidit plus rapidement que l'intérieur de la masse fondue, une partie de ce gaz est emprisonnée et donne naissance à des "soufflures". Une température trop éle vée favorise aussi l'oxydation tant dans le mé tal déposé que le long des parois de la. rai nure en V à mesure que le soudage se pour suit et que le métal de base est porté à une température élevée.
20 La formation de recouvrements résul tant de l'étalement de la masse fondue sur le métal -de base non fondu. Lorsque ceci arrive, la pellicule d'oxygène revêtant le métal de base non fondu empêche la production d'une bonne soudure autogène entre les deux pièces.
30 Pour établir une soudure en V unique avec la flamme neutre, il est nécessaire de fondre les extrémités ou sommets des biseaux, ce qui permet usuellement au métal de pas ser à travers; par contre, si ces sommets ne sont pas fondus, il en résulte généralement une pénétration insuffisante et il reste au fond de la. rainure en<B>V</B> un interstice ou par tie incomplètement soudée et remplie d'oxyde. L'un et l'autre de ces résultats sont courants lorsqu'on effectue le soudage avec la flamme dite "neutre" et sont nettement pré judiciables dans la plupart des travaux.
40 Les ingrédients d'alliage de la tige de soudure sont appauvris et la teneur en car bone est réduite à une valeur indésirable. Deux inconvénients que présente cette com bustion des ingrédients d'alliage, et du car bone, sont d'élever le point de fusion du mé tal de remplissage et de diminuer l'échelle de ses points de solidification.
Jusqu'à ce jour, dans le soudage autogène des profilés, etc. (aciers -à teneur en carbone faible ou modérée) à l'aide de la flamme oxy-acétylénique neutre, tout variation du ré glage neutre, que ce soit vers un excès d'oxygène ou vers un excès d'acétylène, était considérée comme indésirable. La demande resse a découvert qu'un excès d'acétylène s'é levant à 6--10% environ par rapport à la proportion d'acétylène de la flamme "neutre" est au contraire nécessaire pour créer un état plus neutre en ce qui concerne son effet sur le métal de remplissage.
En d'autres termes, en ce qui concerne l'effet de la flamme sur le métal de remplissage, on obtient avec une seule flamme des conditions se rapprochant davantage de l'état neutre, lorsque le rapport volumétrique de l'oxygène fourni à. l'acéty lène est de 97 -à 100 environ. Avec une flamme de ce genre, le carbone et les autres ingrédients de l'acier restent pratiquement non oxydés et de qualité inchangée.
Dans la présente description, dans le but de se con former ;à l'usage, la flamme sera désignée se lon son aspect, c'est-à-dire qu'elle sera appe lée "neutre" lorsque le fleuron ou cône inter médiaire vient juste de disparaître du cône interne blanc et #à excès d'acétylène lorsque le cône interne sera prolongé par un fleuron épais. Dans l'application du procédé selon la présente invention @à l'aide d'une flamme oxy-acétylénique, on fait en sorte que les pa rois de la rainure formée entre les pièces à. souder absorbent du carbone à titre de prépa ration à la réception du métal de remplissage.
Ceci peut être effectué avant le soudage, par exemple par cémentation, ou par une fusion superficielle préliminaire des surfaces à l'aide d'une flamme à excès d'acétylène. Tou tefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'absorption du carbone est com binée avec l'opération de soudage par l'appli cation d'une flamme "à excès d'acétylène" selon la définition précédente.
Quoique des soudures excellentes aient été obtenues avec une seule flamme, suivant la présente invention, lorsque le rapport vo lumétrique de l'oxygène là l'acétylène est ap proximativement de 97 à 100, l'excès d'acéty lène appliqué peut varier entre les limites d'une échelle assez grande. D'une façon gé nérale, et sur la base d'une détermination vi sible, une flamme unique convenablement ré glée peut varier d'un point où le fleuron in termédiaire vient juste d'apparaître à. un point où il atteint une @à trois fois la lon gueur du cône interne blanc, mesurée à partir de l'extrémité de -ce cône.
Toutefois, il n'existe pas -de réglage unique de l'excès d'a cétylène susceptible de satisfaire à tous les desiderata parce que les becs ou ajutages à une seule flamme peuvent être de différentes dimensions, on peut faire usage de plusieurs becs, comme dans le soudage à plusieurs flammes, et le mode de manipulation de la ou des flammes (direction, point d'application et mouvement) est susceptible de varier avec différents soudeurs. Dans la pratique, la fa çon la plus simple actuellement connue de la demanderesse, de définir les limites de la quantité d'acétylène en excès qui convient pratiquement pour la plupart des cas dépend de certaines particularités visibles et faciles à discerner de l'opération de soudage.
En gé- général, l'excès d'acétylène employé est suffi sant lorsque la. surface non soudée située à une faible distance en avant de la soudure fond superficiellement, de façon spontanée en raison de l'absorption de carbone par le mé tal chauffé à blanc et d'un abaissement du point de fusion de la couche superficielle ainsi carburée. L'aspect "mouillé" de la sur face du métal de base sur une courte distance en aval de la soudure indique au soudeur que la quantité de carbone absorbée par cette surface est suffisante et que la flamme est convenablement réglée.
Le soudeur peut aussi discerner facilement le moment où la quan tité d'acétylène en excès employée est trop grande, car l'aspect des étincelles produites par la masse fondue au cours. du soudage constitue alors le critérium, les étincelles du type scintillant devenant plus nombreuses que d'ordinaire, ces étincelles scintillantes étant la caractéristique d'un acier à haute teneur en carbone usé par une meule en émeri.
Entre ces limites, un réglage précis n'est pas essentiel, la quantité désirable d'a cétylène en excès dépendant, d'une part, de l'ajutage ou bec du chalumeau, de ses dimen sions et du nombre d'ajutages employés et, d'autre part, de la soudure ainsi que, dans une faible mesure, de la manipulation, de la position de la flamme, etc.
Lorsqu'on soude bout à bout des tôles de chaudière ou des tronçons de tube d'acier, par exemple, le mode de biseautage et d'as semblage des pièces à souder peut être sensi blement le même, dans le présent procédé, que s'il s'agissait de souder à l'aide de la flamme neutre, excepté qu'on peut constituer une rai nure beaucoup plus étroite, par exemple -à 60 , et rapprocher davantage les éléments, alors qu'il est pratiquement nécessaire de constituer une rainure plus large, telle qu'un V de 90 , lorsqu'on effectue le soudage à l'aide de la flamme neutre à cause de la dif ficulté d'assurer la pénétration de la flamme jusqu'au fond de la rainure.
On peut adopter à volonté le soudage en avançant ou le sou dage en reculant, ce dernier mode opératoire étant préférable et particulièrement avanta geux dans ce procédé lorsqu'on effectue le soudage à la main avec une flamme unique produite par le type de chalumeau à souder qui existe à l'heure actuelle.
Dans certains cas, une tige de soudure, si l'on se sert d'une telle tige dans le présent procédé comme on le fait actuellement, peut être maintenue pres que verticalement par rapport -à l'ouvrage, mais il est préférable de la maintenir suivant un angle aigu avec cet ouvrage en l'inclinant dans une direction qui l'éloigne du chalumeau et en engageant son extrémité inférieure dans la masse d'acier fondu que renferme la rai nure, mais il est préférable que la tête du chalumeau à souder soit maintenue presque horizontalement ou qu'elle ne soit que légère ment inclinée par rapport ù une position ho rizontale,
afin que la flamme qui en émerge soit ou bien pratiquement horizontale, ou bien faiblement inclinée, par exemple de,30 en viron, par rapport au plan de la soudure. La chaleur est dirigée principalement vers l'ex trémité de la tige de soudure et il est préfé rable que le métal de base ne soit jamais chauffé au point de fusion de l'acier par la flamme du chalumeau. En temps ordinaire, dans le soudage à la flamme neutre, la tête du chalumeau et la flamme sont inclinées de 60 environ par rapport au plan de la sou dure.
Le présent procédé de soudage à excès d'acétylène permet d'effectuer une autre sim plification de la technique du soudage en ce sens qu'il n'est pas nécessaire d'effectuer une manipulation spéciale ou un mouvement de pivotement transversal du chalumeau et de la tige -de soudage en travers de la rainure ainsi qu'il est nécessaire dans le soudage à la flamme neutre.
Il suffit usuellement de faire mouvoir la tête pratiquement horizontale du chalumeau d'une faible distance dans la di rection de la rainure, alternativement dans un sens et en sens inverse, au-dessus de la partie non soudée de la rainure, la flamme tournée vers la tige, afin que la flamme à excès d'a cétylène vienne continuellement frapper la tige de remplissage pour fondre cette tige à la vitesse convenable et que, lorsque la flamme est déplacée d'une faible distance à l'écart de la tige, elle chauffe et carbure les surfaces adjacentes de la rainure. Dans cer- tains cas, ce mouvement du chalumeau et de la flamme n'est pas nécessaire.
La flamme peut être maintenue fixe par rapport à la soudure, à une faible distance de cette sou dure et en regard de la tige de remplissage. Le front avançant de la soudure réfléchit une quantité considérable de la chaleur et une partie de la flamme vers l'avant, le long de la. rainure non soudée, ce qui contribue à pré parer les parois de la rainure en vue de la ré ception du métal fondu et de leur union avec ce métal. Les parois de la rainure sont aussi préchauffées par conduction. Pendant l'opé ration de soudage entière, la masse fondue, l'extrémité fondante de la tige et les surfa ces de la rainure sur le point d'être soudées sont, bien entendu, enveloppées et protégées contre l'oxydation par la flamme à excès d'acétylène.
Lorsque l'opération de soudage élève la température des surfaces adjacentes de la rai nure au blanc soudant, le métal de base si tué à une faible distance en avant de la masse fondue peut absorber rapidement du carbone. Le carbone peut être appliqué soit sous forme d'une pâte convenable, soit sous forme d'un composé carburant, soit encore par le contact avec un bloc de graphite, mais il est préférable de le dériver de la flamme soudante elle-même en fournissant à cet ef fet à. celle-ci un excès suffisant d'acétylène et en la manipulant de la. façon décrite.
Dans le soudage d'un joint en V suivant l'inven tion, avec une flamme à excès d'acétylène convenablement manipulée, la pellicule su perficielle du métal -de base fond sur une courte distance (environ 12 millimètres lors qu'on soude des tôles d'acier de 10 milli mètres) à l'avant de la masse fondue mo bile. Ceci est dû au fait que le métal de base voisin de la soudure est porté au blanc soudant et absorbe rapidement le carbone de la flamme.
En raison de l'effet du carbone sur le fer, dont il abaisse le point de fu sion, le carbone provoque la fusion spontanée de cette pellicule superficielle, c'est-à-dire à une température sensiblement inférieure au point de fusion du métal de base original. Cette action est facilitée et protégée parle mi lieu non oxydant assuré par la flamme à excès d'acétylène lorsque cette flamme a été réglée pour fournir la quantité de carbone nécessaire pour précarburer la surface.
La. masse fondue qui avance et se répand par-dessus les surfaces fondues ainsi prépa rées se comporte d'une manière très diffé rente de celle dont elle se comporte dans le cas de la flamme neutre. Contrairement au mode opératoire adopté dans ce dernier cas, il n'est pas nécessaire de fondre la matière de base avec la flamme du chalumeau, étant donné que sa surface fond spontanément.
Avec la flamme neutre, la surface adjacente à la masse fondue est "sèche", la masse fon due ne la "mouille" pas et avance au con traire avec un ménisque convexe analogue à celui du mercure sur le verre ou au mé- nisque.de soudure fondue sur du cuivre so lide n'ayant pas été traité par le fondant. Par contre, en opérant conformément au pré sent procédé, la surface adjacente est usuel lement "mouillée" de 12 millimètres environ à l'avant de la masse fondue qui avance, avec un ménisque concave, comme le ménisque de soudure sur du cuivre convenablement pré paré.
Lorsque le métal de la masse fondue entre en contact avec les surfaces carburées fondues, le carbone se distribue de lui-même par diffusion et les métaux de base et de remplissage constituent un alliage parfait et un joint autogène. Comme les surfaces de la rainure ne sont de préférence fondues que superficiellement, la forme initiale de ces surfaces reste inchangée dans le joint fini, et les surfaces de contact qui existent entre deux éléments unis directement ou en tre des éléments de ce genre et le métal de remplissage intercalé sont exemptes de lai tier et d'oxyde à un degré susceptible d'être discerné au microscope comme marquant ou définissant les surfaces initiales.
Il existe -- physiquement et chimiquement - entre les métaux de remplissage et de base une transition graduelle qui est effectuée par dif fusion après solidification plutôt que par fusion comme dans le soudage à la flamme neutre. L'effet de pénétration de chaleur dans le métal de base, dans le présent procédé, est nettement inférieur à celui qui intervient dans le soudage à la flamme neutre. Par exemple, lorsqu'on soude une tôle de 10 mil limètres avec une flamme dite "neutre'e,. la profondeur du métal chauffé au-dessus du point de recristallisation. de l'acier est de 10 millimètres environ, tandis que,
dans le soudage à excès d'acétylène suivant le pré sent procédé, la profondeur moyenne n'excède pas 3 @à 4 millimètres environ. En général, la structure du métal de base est modifiée jus qu'à une profondeur d'une moitié au tiers de la profondeur à laquelle elle est modifiée par le soudage à la flamme neutre, dans le cas d'organes de mêmes dimensions. De plus, l'effet .de chaleur du métal de base va en di minuant vers le fond de la rainure en V.
La pellicule superficielle fondue à grande teneur en carbone réagit sur ses contours avec la pellicule d'oxyde qui est présente même sur des surfaces nettoyées mécaniquement. La réaction est. indiquée par une légère for mation de mousse provoquée par l'échappe ment du produit gazeux de la réaction, celle-ci 'étant terminée immédiatement et laissant la surface exempte d'oxyde et prête à s'unir au métal fondu.
Ceci évite la nécessité .d'éliminer l'oxyde superficiel par flottage, ainsi qu'il est nécessaire dans le soudage à la flamme neutre; en outre, l'in clusion d'oxyde sous forme d'une pellicule est sensiblement éliminée, de même que d'au tres types d'inclusions, qu'elles soient visibles ou invisibles au microscope.
Comme la sur face de métal de base est exempte d'oxyde et fond au-dessous .de son point de fusion initial, le métal de remplissage peut être ap pliqué à une température beaucoup plus basse qu'avec la. flamme neutre, ce qui éli- mine sensiblement l'absorption du gaz et empêche les soufflures.
Des vitesses de sou dage plus grandes peuvent être obtenues avec la flamme à excès d'acétylène en rai son de la formation de la pellicule super ficielle de haute teneur en carbone, étant donné que, malgré la température inférieure de la flamme à -excès d'acétylène, la soudure s'accomplit plus rapidement puisque le mé tal de base n'exige pas de fusion directe et profonde et que le métal de remplissage n'a pais besoin d'être chauffé à une température aussi élevée que dans le soudage à la flamme neutre. (3n réalise par conséquent de gran des économies de temps et de gaz.
Parmi les autres avantages résultant de cette façon d'opérer, qui contribuent à assu rer un -soudage plus rapide et plus économi que, on citera les suivants: Il n'existe pas d'oxydes à éliminer pair flottage; la tige de remplissage fond plus rapidement; l'habileté et les manipulations nécessaires sont moin dres; la quantité de chaleur nécessaire par unité de surface est moindre; on peut appli quer une quantité de chaleur plus grande par unité de surface; et l'on peut utiliser effica cement une rainure plus étroite.
Dans le pré sent procédé, une buse ou bec de chalu meau possédant un orifice beaucoup plus grand que cela serait praticable dans le sou dage à la flamme neutre peut être utilisé pour souder une épaisseur donnée de métal de base, principalement .à. cause du fait qu'il faut moins d'habileté et de manipulations et qu'on peut souder à une vitesse plus grande. Une vitesse plus grande résulte même de l'emploi du même numéro- de bec, ce qui di minue la. quantité de chaleur dépensée par mètre linéaire de soudure ou par kilo de mé tal fondu.
Cet accroissement de vitesse per met à son tour l'utilisation d'un bec plus gros tout en assurant le maintien d'une sou dure excellente. Il devient aussi possible d'employer une tige de remplissage beau coup plus grosse que dans le soudage à la flamme neutre (pour la même épaisseur de métal de baise), ce qui facilite la soudure et permet de chauffer la tige plus efficacement. De plus, les éléments d'alliage tels que le carbone, le manganèse, le silicium, etc. du métal de soudage ne sont pas diminués; par conséquent, le point de fusion de-l'acier ne subit aucun accroissement, pas plus que l'échelle de ses points de solidification n'est diminuée.
Non seulement le- métal est désoxydé par l'acétylène, mais l'oxydation est empêchée en raison de la gaine de gaz ré ducteur enveloppant l'extrémité inférieure. de la. tige, le métal fondu et les zones adjacentes (les organes en cours de soudage.
Les renseignements suivants, obtenus comme résultat d'un certain nombre d'essais comparatifs de vitesses de travail, consom- mation de gaz et quantité de métal déposé de la tige de remplissage, feront comprendre la nature des économies qu'il est possible de réa liser grâce à la présente invention dans le soudage à la main le long d'une rainure en <B>V</B> simple de tôles d'acier de 10 mm d'épais seur avec une flamme unique.
EMI0007.0008
<I>Type <SEP> de <SEP> flamme</I>
<tb> <B>EX,</B> <SEP> <I>c@s</I>
<tb> <I>neutre <SEP> cl'acélylàee</I>
<tb> <I>Vitesse <SEP> de <SEP> soudage</I>
<tb> Mètres <SEP> par <SEP> heure <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,2-1,8 <SEP> 3,6--ô,1
<tb> Poids <SEP> de <SEP> tige <SEP> fondu <SEP> par <SEP> heure <SEP> (kg) <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 0,9-1,3 <SEP> 2.7-3,6
<tb> <I>Consommation <SEP> de <SEP> gaz</I>
<tb> Volume <SEP> d'oxygène <SEP> par <SEP> kg <SEP> de <SEP> tige <SEP> fondu <SEP> (m@) <SEP> 0,73 <SEP> 0,51
<tb> Volume <SEP> d'acétylène <SEP> par <SEP> kg <SEP> de <SEP> tige <SEP> fondu <SEP> (m3) <SEP> 0,71 <SEP> 0,53 En ce qui concerne la table ci-dessus, on remarquera que les renseignements relatifs au soudage à la flamme neutre sont basés sur l'emploi d'une flamme aussi grande que celle qui peut être manipulée en toute sécurité sur l'épaisseur de tôle indiquée, savoir la flamme fournie par un bec Oxweld no 10 ayant un orifice de 2,5 mm de diamètre et consommant environ 1,02.
m3 d'oxygène par heure et environ 0,97 m3 d'acétylène par heure; tandis que les renseignements relatifs au soudage à l'aide de la flamme à excès d'acétylène sont basés sur l'emploi du nu méro de bec directement supérieur, savoir d'un bec Oxweld no 12 ayant un orifice de 3 mm de diamètre et consommant environ 1,84- m3 d'oxygène et 1,87 mg d'acétylène par heure.
Il va de soi que si, dans le but de réa liser une vitesse plus grande, on fait usage d'un bec plus gros avec une flamme neutre dans les conditions données, on obtient des soudures de qualité inférieure, même si le soudeur est très habile; tandis que la qua lité des soudures obtenues avec la flamme à excès d'acétylène, plus rapide, est meilleure que celle des meilleures soudures obtenues à l'aide de la flamme neutre et exige moins d'habileté de la part du soudeur.
Comme la pellicule d'oxyde du métal de base est éliminée par la pellicule fondue re couvrant les surfaces des rainures juste en avant de la zone de soudure, on évite la for mation de recouvrement, en particulier au fond d'une rainure à V simple; de plus, les sommets des biseaux des pièces à unir n'ont plus besoin d'être fondus par la flamme du chalumeau en vue d'assurer la pénétration et un soudage complet, comme cela est néces saire avec la flamme neutre, de sorte. que le métal fondu ne risque pas de traverser le V et de constituer des saillies sur la face de dessous du joint.
L'action de la flamme à excès d'acétylène sur la tige de soudure est aussi nettement avantageuse en ce sens que la surface extrê mement chauffée de la tige absorbe le car bone de la flamme, de telle sorte qu'elle fond rapidement à une température plus basse que son point de fusion normal. Dans le but d'ac célérer encore la fusion de la tige et l'opéra tion de soudage considérée dans son ensem ble, on peut préchauffer la tige, la. pièce ou les deux et fournir ainsi avantageusement une quantité de chaleur supplémentaire pour l'opération de soudage.
Ce préchauffage de la tige peut être effectué de façons diverses, par exemple en utilisant un chalumeau de soudage à plusieurs becs dont l'un dirige une flamme de chauffage (avec ou sans excès d'acétylène) vers la tige â une faible distance de l'extrémité de fusion de cette tige et dont l'autre ou les autres dirigent la flamme de soudageà excès d'acétylène vers la rainure et la masse de métal fondu. On pourrait encore dévier une certaine partie de la chaleur de la flamme à souder à excès d'acétylène en diri geant cette flamme vers le haut le long de la tige, de façon à préchauffer celle-ci.
Bien que la composition chimique et les ingrédients d'alliage d'une tige d'acier propre à être appliquée dans le présent procédé puissent varier considérablement, on a trouvé que certaines compositions conviennent mieux que d'autres. Toutefois, d'une façon générale., une tige de soudure satisfaisante pour le but envisagé peut contenir 0,05 à 0,50 % de car bone, 0,50 à<B>1,75%</B> de manganèse, 0,20 à 1,50 % de silicium.
Par exemple, grâce au pré sent procédé, on a obtenu avec une seule flamme à excès d'acétylène d'excellentes sou dures entre des pièces laminées en acier, telles que es tôles d'acier et des sections de tube de 10 mm d'épaisseur à l'aide d'une tige d'acier contenant 0,11 à 0,20 % environ de carbone; 0,90 â <B>1,15%</B> environ de manga nèse; 0,32 à 0,42% environ de silicium; pas plus de 0,04% environ :de chacun des élé ments: soufre et phosphore; le reste étant principalement composé de fer.
En plus des avantages marqués précédem ment énumérés et des économies réalisées dans la vitesse de soudage et la consommation de gaz, la flamme à excès d'acétylène pré sente l'avantage qu'elle est moins sujette à donner lieu à des retours de flamme que la flamme neutre, qu'elle empêche l'encrasse ment ou obstruction de l'orifice de l'ajutage, que l'oxyde du métal de base ne passe pas dans la soudure, comme cela a lieu dans le soudage à la flamme neutre, et qu'on obtient des soudures dont la teneur en carbone est au moins aussi grande que celle des pièces soudées et dont les qualités physiques sont supérieures à celles qu'il est possible d'obte nir avec la flamme neutre.
La demanderesse n'ignore pas qu'une flamme à excès d'acétylène avait déjà été utilisée dans une mesure limitée pour des buts spéciaux tels que le dépôt d'alliages spé ciaux, comme, par exemple, le dépôt d'un alliage non ferreux de tungstène, chrome, co balt sur des surfaces d'acier pour constituer un revêtement résistant à l'usure; le soudage d'alliages spéciaux tels que le fer au chrome et l'acier au nickel; et le traitement de piè ces d'acier à haute teneur en carbone telles que les rails en acier.
Toutefois, le but et la manière de procéder étaient tous deux très différents, ce qu'on cherchait à réaliser dans le premier cas, en déposant l'alliage non fer reux étant de produire une couche relative ment mince et résistant à l'usure sur une sur face de métal; dans les autres cas, simple ment de constituer un milieu non oxydant, ou d'introduire une quantité supplémentaire de carbone dans le métal de soudure déposé ou dans la pièce traitée, afin de créer une teneur plus grande en carbone et d'obtenir une sur face plus dure.
Bien que les avantages et résultats per fectionnés exposés précédemment soient obte nus de la façon la plus satisfaisante à l'aide d'une flamme à excès d'acétylène appliquée à la fois comme source de chaleur -à haute température et comme source de carbone de la manière décrite, on peut, dans certains cas, se servir d'une flamme neutre oxy-ac6tyléni- que ou d'un arc électrique à titre de source de chauffage à haute température et appliquer une flamme d'acétylène indépendante dans la zone chauffée par cet arc ou flamme neutre,
améliorant ainsi notablement le mode d'action de ce dernier lorsqu'il est appliqué dans le soudage de profilés et pièces en acier laminé. Dans certains cas, par exemple lors qu'on fait usage de plusieurs flammes de gaz, il se peut que la quantité totale d'ac6ty- lène de la flamme de chauffage considérée dans son ensemble n'excède pas le volume d'oxygène fourni, bien que les diverses flammes ainsi utilisées puissent néanmoins être appliquées de telle manière que les bords contigus à souder soient carburés et soudés suivant la présente invention.
Au lieu d'une seule flamme à excès d'acétylène telle que celle précédemment décrite, on peut appliquer conjointement des flammes ou groupes de flammes oxy-acétyléniques réglés indépen damment; par exemple, on peut diriger une flamme dite "neutre" ou une flamme conte nant un excès modéré d'acétylène sur la masse de métal fondu, principalement dans le but de fondre le métal de remplissage et de chauffer les parties à unir, et diriger une autre flamme contenant un excès plus grand d'acétylène vers les bords contigus du métal de base, à, l'avant de la masse de métal fondu principalement pour carburer le métal de base.
La ou les flammes carburantes mention nées en dernier lieu peuvent être composées d'acétylène seulement, mais il est préférable d'appliquer avec ce gaz une quantité suffi sante d'oxygène ou autre gaz à haute pres sion pour lui communiquer une vitesse suffi sante pour repousser la ou les flammes du groupe de fusion et de chauffage et provo quer la rencontre de la ou des flammes carbu rantes avec le métal de base en un point si tué ;juste en avant de la masse de métal fondu. Avec des flammes ou groupes de flammes réglés indépendamment de la fa çon précédemment décrite, il est possible de faire usage d'un métal de remplissage ou tige de soudure composé de fer presque pur ou d'un acier dont la teneur en carbone est inférieure à<B>0,10%</B> et la teneur en d'autres ingrédients, tels que le manganèse, le sili cium et le nickel, négligeable.
<B>il</B> est bien entendu que le présent procédé peut être appliqué au soudage à la main et au soudage à la. machine et qu'il est non seu lement applicable au soudage bout à bout ou à rapprochement, mais aussi au soudage à re couvrement et au soudage à cordon- ou filet. Ces modes de soudage sont conformes à la présente invention, étant donné que le terme "contigu" employé pour désigner la relation des pièces à unir s'applique aussi bien à des bords ou surfaces disposés à recouvrement qu'à des bords ou surfaces juxtaposés. Il est préférable que les bords ou surfaces à unir soient d'abord débarrassés de la rouille et de la couche d'oxyde inhérente au laminage, par exemple par une opération de brossage à la brosse métallique, meulage, fraisage, etc.
En effet, si l'épaisseur de la couche d'oxyde était considérable, cette matière pourrait em pêcher l'absorption du carbone et nuire de quelque autre manière à l'opération de sou dage.
Il est généralement préférable d'appli quer comme métal de remplissage une tige de métal propre à produire un joint soudé sui vant le présent procédé, mais on peut, dans certains cas, supprimer entièrement ou par tiellement une tige de ce genre et obtenir le métal de remplissage en tout ou en partie en fondant des parties du métal de base et fai sant couler ce métal sur des surfaces adjacen tes convenablement préparées du métal de base, c'est-à-dire sur les surfaces du métal de base qui ont été modifiées par la carburation et chauffées à une température fondant ces surfaces modifiées.
En outre, dans certains cas, on peut créer un joint soudé entre des pièces laminées en amenant simplement leurs surfaces en contact direct après qu'elles ont été mouillées superficiellement de la manière décrite. Par conséquent, dans tous les cas, il est essentiel que les bords contigus des piè ces soient carburés et chauffés à une tempé rature qui fond un métal neuf ou modifié de ce genre, mais non le métal de base qui se trouve au-dessous;
et d'amener alors des sur faces fondues ou préparées de ce genre en contact direct pour les unir de cette façon ou produire un joint soudé entre lesdites sur faces par la fusion d'un métal de remplis sage provenant d'une tige de métal distincte, des pièces elles-mêmes ou,à la fois d'une tige de métal et du métal de base et en faisant couler ce métal de remplissage fondu sur les surfaces fondues superficiellement du métal de base.