CH349011A

CH349011A - Procédé de fabrication d'un tube par soudure d'une tôle inoxydable

Info

Publication number: CH349011A
Authority: CH
Inventors: Mcelrath Thomas; Francis Gorman Eugene
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1956-01-16
Filing date: 1957-01-14
Publication date: 1960-09-30

Description


  Procédé de     fabrication    d'un     tube        par    soudure d'une tôle inoxydable    Au     début    de la     technique    de la     soudure    à l'arc       sous    la     protection    d'un gaz     inerte,

      on a     utilisé        l'argon     et l'hélium comme gaz de     protection.        L'argon        était          considéré    comme     intéressant        surtout    à cause de son  lent débit.

       L'hélium    était     considéré        comme        int6res,          sant,    principalement à cause de la tension plus élevée  de     l'arc,    ce qui donnait de meilleures conditions de       soudage,    surtout     une        vitesse    de soudure plus élevée  et une plus forte pénétration de la soudure dans le  cas du soudage de pièces en acier inoxydable d'une  épaisseur allant jusqu'à 4,8 mm,     par    exemple.  



  Dans de nombreuses applications, par     exemple     la     soudure        continue    de tuyaux     et        canalisations,        il    est       souhaitable    d'avoir des vitesses de soudure élevées.

    Pour pouvoir     augmenter    la vitesse de soudure, il faut       utiliser        une,    atmosphère de     protection    donnant une  tension d'arc relativement élevée et, par     conséquent,     un     apport    de chaleur     relativement        important.     Comme, parmi tous les gaz de     protection    d'arc  connus, l'hydrogène     donne    la     tension    d'arc la plus  élevée, il a déjà été proposé     d'utiliser    un mélange  d'hydrogène et d'un gaz     inerte.     



  Le     fait    d'ajouter de l'hydrogène à l'argon a     per-          mis        d'obtenir    des tensions d'arc plus élevées et,       comme    cela avait été     expérimenté    avec l'hélium, on  a obtenu de     meilleures    conditions. de soudage.

   Par       exemple,    des sections     transversales    de     soudures        réa-          lisées    avec de     l'argon    pur comme gaz de     protection     pouvait être     très    lent     ,tout    en     assurant        une        protection          montrent    de sérieux     affouillements,

      tandis que les       affouillements    sont inexistants dans le     cas        de    sou  dures     réalisées    avec un mélange d'argon et d'hydro  gène comme gaz de     protection.    Un     autre    avantage       consistait    en     ce    que le débit du gaz de protection    pouvait être très lent en assurant une protection       satisfaisante    de la     soudure.        Il    a été     nécessaire    toute,

    fois de     limiter    le pourcentage d'hydrogène dans l'ar  gon à 10     0/o    ou moins,     pour    réduire, à un degré  négligeable, la porosité au     cours    de la soudure d'acier  inoxydable, qui semble être due à     ce    que l'hydro  gène     brûle,    dans le mélange gazeux en produisant     de     l'humidité.  



  En     outre,    l'hydrogène se dissout     facilement    dans       l'acier    inoxydable en     fusion    et se libère en     laissant     des pores quand le métal se     solidifie.        Cette    absorp  tion d'hydrogène se produit     surtout    quand les masses  de soudure sont importantes, ou quand     on        repasse     plusieurs fois sur une même     soudure.        Toutefois,        ce          problème,

      ne se pose pas     pour    la soudure de deux  bords, de tôles, minces de     mêmes,    épaisseurs, en     acier     inoxydable ou en     alliages        non    ferreux     inoxydables,     par exemple en     alliages        chrome-nickel    ou     cuivre.     nickel d'épaisseur allant jusqu'à 4,8     mm,        car    les  soudures peuvent se     faire    en une seule     passe.     



  La présente invention a pour objet un     procédé     de     fabrication    d'un tube par     soudure    d'une tôle  inoxydable présentant une épaisseur ne     dépassant    pas  4,8 mm, consistant à laisser     un    espace     libre        entre     les     bords.    à souder de la tôle roulée     pour        former     un     tube,    à     provoquer    la fusion de     ces    bords à l'aide  d'un,     arc    électrique,

   tout en     protégeant    l'arc et la  zone de soudage par un     mélange        gazeux        protecteur     comprenant au     moins.    10     fl/o        d'hydrogène,    et à     unir     les bords,

   en     fusion    en     les    amenant en     contact    l'un  avec     l'autre    avant     solidification.    Ce     procédé    est  caractérisé     en    ce qu'on établit la     quantité        d7hydro-          gène,

      dans     le    mélange     gazeux        protecteur    à plus ou       moins    de 35 % suivant     que        les        bords    à     réunir    sont      espacés. de plus, ou respectivement de moins, de  0,38 mm.  



  Dans la soudure     continue    de tuyaux et     de        cana-          lisations,    la pointe de     l'électrode    d'où l'arc jaillit est  placée     directement        au-dessus    de la     fente    près du       sommet    de l'angle     formé    par les bords     de.    la tôle  quand     ceux-ci    se rejoignent.  



  Par suite de l'avancement rapide du tube et de       l'action    de la     tension        superficielle,    la couche super  ficielle de métal fondu le long des bords de la sou  dure n'a aucune occasion de se     solidifier    ou die       s'échapper    avant que les bords ne soient mis en     con-          tact    l'un avec     l'autre    et que     la.        solidification    ne se  produise.

   D'autre part, par suite du fait que les  bords sont séparés à l'endroit de     l'arc,    la vapeur  d'eau qui peut être présente dans la zone de soudure  se. dégage à travers l'espace libre avant de pouvoir  être emprisonnée dans la     soudure.    On peut     ainsi     obtenir des soudures saines sans     aucune    porosité à  une vitesse de 152,4     cm    par minute et plus.  



  Le dessin     annexé        illustre    des exemples de     mise     en ouvre du procédé, objet de l'invention.  



  La fig. 1 est une représentation schématique  d'une installation pour la     soudure    des bords d'un  tube fendu; illustrant la manière     dont        on    évite la for  mation de pores.  



  La fig. 2 est un graphique tension d'arc-hydro  gène d'addition donnant des courbes de tension d'arc  pour le cas hélium plus hydrogène et le cas argon  plus hydrogène, et  la fig. 3 est une vue partielle en plan d'une ins  tallation pour la soudure de tubes à lèvres légère  ment     écartées.       Comme la fig.

   1 le montre, un porte-électrode  10, pour la soudure à l'arc sous la     protection    d'un  gaz, comprenant une électrode ,non     consumable    32  et un ajutage 14 pour le gaz, est placé au-dessus  d'une tôle inoxydable à souder 16, afin de     souder          cette    dernière au moyen d'un arc 36 protégé par     un     courant 20 d'un mélange gazeux     comprenant    un gaz       inerte    monoatomique et au moins 10 0/o d'hydrogène.  Le mélange gazeux est amené au     porte-électrode    par  une conduite 22     reliée    à une source d'alimentation  24.

   L'arc est produit par une source de courant de       soudure    26     reliée    par des conducteurs. isolés 28 et 30       respectivement    au     porte-électrode    et à la tôle à  souder.  



  Les bords de la tôle 16 à souder sont     écartés    l'un  de     l'autre    de façon à laisser un espace libre 34 par  où l'humidité     condensée    et évaporée par la chaleur  de l'arc 36 peut s'échapper pendant qu'on effectue  un mouvement relatif entre le porte-électrode 10 et  la tôle 16 dans la     direction    de la soudure.

   On     obtient     très facilement des.     soudures.    saines: avec     cette    tech  nique, que     l'électrode    soit en tungstène ou refroidie  à l'eau, les arêtes fondues étant     mises    en contact       dans    un laminoir à tube, immédiatement après     avoir     été soumises à l'action de l'arc.

      Dans le cas de la soudure     continue        de        tuyaux          permettant    un     écartement    entre lèvres de 0,38 mm  à hauteur de l'arc, des soudures     saines    peuvent être       obtenues    avec un     mélange    gazeux de     protection    com  posé de 35 0/o d'hydrogène et 65 0/o d'argon (ou le  mélange hydrogène- hélium équivalent donné au  tableau I).

   La     plupart    des laminoirs à     tubes    connus       permettent        d'obtenir    un. tel     écartement    entre lèvres  du tuyau, quand l'épaisseur du métal est de 2,4 mm  ou moins.

   Toutefois, pour une épaisseur de tôle  dépassant 2,4     mm,    il n'est en général pas possible,  avec la plupart des laminoirs     existants,    de     créer    un  écart de cette dimension, à l'endroit où l'arc doit  être produit     pour    assurer le contact des     arêtes    avant  la solidification,     parce    que cela     nécessiterait    des     pres-          sions    de contact exagérément élevées pour amener       les    arêtes en     contact    l'une avec l'autre de la manière  nécessaire.  



       Toutefois    on peut obtenir des soudures satisfai  santes, pour des     épaisseurs    de métal s'élevant jusqu'à  4,8 mm, sur des     laminoirs    à tubes continus, pourvu  qu'on utilise une     proportion    d'hydrogène de moins  de 35 0/o pour la soudure de tôles plus épaisses qui  ne     permettent    pas. d'obtenir un     écart    de 0,38     mm.     S'il est créé un écart de moins de 0,38 mm, on       obtient    des soudures     satisfaisantes    en     utilisant    un       mélange    composé de 20% d'hydrogène et 800/o  d'argon.

   (ou le mélange équivalent     d'hydrogène-          hédium    donné au tableau I).  



  La     fig.    3 représente une partie d'un     laminoir    à  tubes     comprenant    des galets de soudage 38 et de       guidage    40 qui, en coopération avec des galets cor  respondants 42 et 44 disposés du côté opposé du  tube 46 en formation, ferment progressivement une  fente 48 séparant les lèvres de la pièce 50 ; on  obtient     ainsi    une perle de soudure. Dans ce     cas,          l'électrode    de soudure 52 du     porte-électrode    est  placée     directement    au-dessus de la fente, en un  endroit où l'humidité     condensée    peut s'évaporer.

    48a     désigne    le cordon de     soudure.     



  Les: quantités d'oxygène et d'eau présentes dans  l'argon de soudure doivent rester dans les     limites     imposées pour la pureté technique, c'est-à-dire que  la     quantité    (en poids) d'oxygène ne doit pas dépasser       vingt        millionièmes    du poids du gaz, lequel peut con  tenir au     maximum    318     ml/g    d'eau par mètre cube.  



  Avec des mélanges argon-hydrogène de si grande       pureté,    des résultats satisfaisants peuvent être obtenus  dans la     soududre    à l'arc sous la     protection    d'un gaz  de     toutes    les qualités, d'acier inoxydable,     ainsi    que  des     alliages        inoxydables    non ferreux, par exemple       des    alliages     chrome-nickel    ou cuivre-nickel.  



  Les résultats des essais     effectués    avec des mé  langes     héhum-hydrogène    sont     inférieurs    à     ceux     obtenus avec les mélanges     argon-hydrogène.    Quand  on ajoute de l'hydrogène à l'hélium, les     tensions    d'arc  sont plus élevées (voir     fig.    3) ; les conditions de  soudure sont meilleures, et on peut     utiliser    un débit  de gaz plus lent.      Les résultats des essais faits avec des mélanges  hydrogène-hélium sont, comme prévu, très sembla  bles à ceux obtenus avec des mélanges argon-hydro  gène.

   Quand on utilise de l'hélium, comme gaz prin  cipal, la     différence    la plus importante réside en ce  qu'on peut ajouter des pourcentages d'hydrogène  légèrement plus grands à     l'hélium    avant que la poro  sité     devienne    gênante, comme le     tableau    suivant     le     montre  
EMI0003.0005     
  
    TABLEAU <SEP> I
<tb>  % <SEP> d'hydrogène <SEP> % <SEP> d'hydrogène
<tb>  à <SEP> ajouter <SEP> à <SEP> ajouter
<tb>  à <SEP> l'argon <SEP> à <SEP> l'hélium
<tb>  Soudure <SEP> de <SEP> tubes <SEP> avec
<tb>  ouverture <SEP> d'écart <SEP> du
<tb>  joint <SEP> de <SEP> moins <SEP> de
<tb>  0,

  38 <SEP> mm <SEP> <B>........</B> <SEP> 20 <SEP> 25
<tb>  Soudure <SEP> de <SEP> tubes <SEP> avec
<tb>  ouverture <SEP> d'écart <SEP> du
<tb>  joint <SEP> de <SEP> 0,38 <SEP> mm <SEP> ou
<tb>  plus <SEP> <B>......</B> <SEP> ...... <SEP> 35 <SEP> 45
<tb>  ou <SEP> plus       La seconde différence, dans le cas de l'hélium  utilisé comme gaz principal, réside en ce que le débit  minimum n'est pas aussi faible que lorsqu'on utilise  l'argon comme gaz principal;

       ceci    est démontré par  les données du tableau suivant  
EMI0003.0007     
  
    TABLEAU <SEP> II
<tb>  Mélange <SEP> gazeux <SEP> Débit <SEP> minimum
<tb>  de <SEP> protection <SEP> litres/heure
<tb>  Argon <SEP> - <SEP> hydrogène
<tb>  85-15 <SEP> 85
<tb>  65-35 <SEP> 85
<tb>  Hélium-hydrogène
<tb>  75-25 <SEP> 425
<tb>  65-35 <SEP> 425            L'effet    de l'addition d'hydrogène respectivement  à l'argon et à l'hélium sur la tension de l'arc est  donné par les courbes 58 et 60 de la fig.

   2 qui ont  été obtenues avec une vitesse de soudure de 102 cm  par     minute    et dans le cas d'une tôle d'acier inoxy  dable d'une épaisseur de 1,6 mm, d'un courant con  tinu de 120     ampères,    d'une     électrode    négative et  d'une longueur d'arc fixe de 1,9 mm, le débit     étant     de<B>1132</B> litres/heure. Comme une, augmentation de  la tension d'arc pour un courant donné     entraîne    une  augmentation de la puissance     dissipée,    il est clair  qu'en augmentant la proportion en hydrogène du  mélange gazeux de     protection,    on peut obtenir des  vitesses de soudure plus     élevées.     



  Un résultat supplémentaire     inattendu    a été obtenu  quand on     utilise    de l'hydrogène mélangé avec de  l'argon, en ce que le débit de gaz requis peut     être          notablement    réduit.

   Si l'on utilisait seulement de l'ar  gon, le débit requis serait de 425 litres/heure, tandis  qui si on utilise 65 0/o d'argon et 35 0/o     d'hydrogène,       le débit requis n'est plus, que de 85     litres/heure.    Un       autre        intérêt    des, atmosphères     contenant    de     l'hydro-          gène    est que le coût     d'utilisation    d'un mélange de  65 0/o     d'argon    et 35 % d'hydrogène     n'atteint    environ  que 8 0/o du coût de l'argon.

Claims

REVENDICATION Procédé de fabrication d'un tube par soudure d'une tôle inoxydable présentant une épaisseur ne dépassant pas 4,8 mm, consistant à laisser un espace libre entre les bords à souder de la tôle roulée pour former un tube, à provoquer la fusion de ces bords à l'aide d'un arc électrique, tout en protégeant l'arc et la<I>zone</I> de soudage par un mélange gazeux pro- tecteur comprenant au moins 10 % d'hydrogène, et à unir les bords en fusion en les amenant 'en con tact l'un avec l'autre avant solidification,

caractérisé en ce qu'on établit la quantité d'hydrogène dans le mélange gazeux protecteur à plus ou moins de 35 0/0 suivant que les bords à réunir sont .espacés de plus, ou respectivement de moins, de 0,38 mm. SOUS-REVENDICATIONS 1.

Procédé selon la revendication, selon lequel les bords du tube sont amenés progressivement en contact, après fusion par l'arc, à l'aide de rouleaux presseurs, caractérisé en ce qu'on laisse entre les bords un espace libre de 0,38 mm à l'endroit de l'arc et en ce qu'on utilise un mélange gazeux de protec tion composé de 35 % d'hydrogène et de 65 0/0 d'argon. 2.

Procédé selon la revendication, selon lequel les bords du tube sont amenés progressivement en contact, après fusion par l'arc, à l'aide de rouleaux presseurs, caractérisé en ce qu'on laisse entre les bords un espace libre d'au mains 0,38 mm à l'en droit de l'arc et en ce qu'on utilise un mélange gazeux de protection composé de 45 0/o d'hydrogène et 55 0/o d'hélium. 3.

Procédé selon la revendication, selon lequel les- bords du tube sont amenés progressivement en contact, après fusion par l'arc, à l'aide de rouleaux pres,s@eurs, caractérisé en ce qu'on laisse entre les bords un espace libre de moins de 0;38 mm à l'en droit de l'arc et en ce qu'on utilise un mélange gazeux de protection composé de 20 % d'hydrogène et 80% d'argon. 4.

Procédé selon la revendication, selon lequel les bords du tube sont amenés progressivement en contact, après fusion par l'arc, à l'aide de rouleaux presseurs, caractérisé en ce qu'on laisse entre les bords un espace libre de moins de 0,38 mm à l'en droit de l'arc et en ce qu'on utilise un mélange gazeux de protection composé de 251% d'hydro gène et 75 % d'hélium.