Top 4 des variantes de soudage par électrolyse (ESW)
Cet article jette la lumière sur les quatre principales variantes de la soudure à la scie Electroslag (ESW). Les variantes sont les suivantes: 1. Guide des consommables ESW 2. ESW avec électrodes à plaque et à ruban 3. Soudure bout à bout électroslag 4. Circuit bifilaire ESW.
Variante n ° 1. Guide des consommables ESW:
La variante de guide consommable d'ESW est un procédé de soudage sous laitier électrolytique dans lequel le métal d'apport est alimenté par la fusion non seulement du fil électrode mais également de son tube de guidage ou du tube de contact, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse de dépôt. Cette fonctionnalité a considérablement étendu l'applicabilité du processus ESW dans l'industrie des structures. La Fig. 11.20 montre une configuration pour le soudage sous laitier électroconducteur.
Le courant de soudage est acheminé par le guide de consommable qui fond de la surface du bain de laitier. Ceci élimine la nécessité d'un mouvement vertical de la machine et, par conséquent, des blocs de retenue stationnaires ou non glissants sont utilisés. Le guide consommable ESW est donc plus simple à réaliser, car il ne nécessite ni dispositif de déplacement vertical ni système d'oscillation.
Guides Consommables:
Un guide consommable est soit un tube à paroi mince, soit un ensemble de plaques ou de tiges ayant des conduits pour alimenter le fil électrode. Généralement, un guide de consommable est maintenu immobile dans l'articulation.
La forme du guide de consommable dépend du contour du joint à fabriquer. Il est généralement fabriqué dans un matériau compatible ou compatible avec le métal de travail et la composition chimique requise du métal fondu. Le plus souvent, les guides consommables sont remplis de fil à ressort hélicoïdal pour servir de conduits. Certaines des formes bien connues de guides de consommables sont illustrées à la Fig. 11.21.
Dans une fabrication particulièrement critique, le conduit principal dans un guide est dupliqué par un conduit de réserve pour un second fil, comme indiqué sur la figure 11.21 (g). Tant que l'opération se déroule sans à-coups, le fil est acheminé à travers le conduit principal, tandis que le second fil dans le conduit de duplication reste immobile. Si, pour une raison quelconque, l'électrode dans le conduit principal s'arrête, l'unité en attente est démarrée.
Pour une épaisseur de travail allant jusqu'à 40 mm avec un joint long (supérieur à 500 mm), il est recommandé d'utiliser un tube de guidage en acier muni de rondelles, comme illustré à la Fig. 11.21 (0) pour l'isoler du travail.
Un guide de consommable typique comprend deux parties, l’une permanente et l’autre permanente ou non consommable. La longueur de la partie consommable varie en fonction de la longueur du joint, avec possibilité de couvrir le puisard de départ et la languette de finition. La partie non consommable est utilisée pour la fixation du guide et pour le raccordement de câbles de soudage; sa longueur dépend de la conception de l'équipement et peut varier entre 100 et 500 mm.
L'épaisseur du guide de consommable et le nombre d'électrodes sont basés sur la préparation des bords et l'épaisseur du travail.
Connaissant l'épaisseur de travail, le nombre d'électrodes peut être déterminé à partir de la relation suivante:
où,
n = nombre d'électrodes,
s = épaisseur du travail. mm
d = espacement entre électrodes, supposé être compris entre 50 et 60 mm. Ces termes sont indiqués sur la figure 11.22.
La valeur de n déterminée par l'équation (11.1) est arrondie à l'entier le plus proche et permet de trouver la valeur exacte de d. Les valeurs typiques de d et d max en fonction de l'épaisseur du tube de guidage, t g, sont indiquées dans le tableau 11.5.
L'épaisseur des guides de consommables couramment utilisés dans l'industrie est de 5 mm et 10 mm.
Isolateurs de guidage:
Les isolateurs sont utilisés pour éviter la possibilité de contact entre le guide et les blocs de travail ou de retenue. Les isolateurs doivent faire partie du bain de laitier lors de la fusion, sans nuire au bon fonctionnement du laitier, du métal fondu ou à la stabilité du processus. Les isolateurs doivent avoir une résistance élevée à la compression et être peu coûteux.
Les isolants sont généralement constitués de sacs en fibre de verre ou en tissu de verre remplis de laine de verre. Le diamètre des sacs varie entre 25 et 30 mm. Parfois, les isolants sont fabriqués à partir de tissus ordinaires remplis de flux de soudage.
Pour de meilleures performances, le poids des palettes isolantes doit être compris entre 15 et 25 g. Le nombre de palettes utilisées ne doit pas dépasser 15 à 20% du volume total du bain de laitier. En pratique, deux isolateurs (un de chaque côté du guide) sont placés tous les 100 à 150 mm de l'épaisseur de la pièce. Le long du cordon de soudure, les isolateurs sont espacés de 200 à 250 mm. Les isolateurs peuvent soit être calés entre le guide et l’ouvrage, soit être glissés sur le guide, cette dernière méthode est préférable.
Blocs de retenue:
Les blocs de cuivre de retenue du type fixe sont préférés dans le guide des consommables ESW et constituent le meilleur dispositif de mise en forme de la soudure. Cependant, de tels blocs de retenue interfèrent avec la surveillance de la profondeur du bain de laitier et le bon positionnement des guides. Il est donc préférable d’utiliser un bloc de cuivre fixe refroidi à l’eau d’un côté du joint et un bloc coulissant de l’autre.
Lorsque des blocs de retenue stationnaires sont utilisés des deux côtés du joint, la profondeur du bain de laitier peut être contrôlée soit par le son du processus, ce qui est préférable en présence de sons clairs, ou de manière plus scientifique en notant le volume du flux. Vf ' introduit dans le joint La profondeur du bain de laitier est normalement de 4 cm pour le calcul et ne doit en aucun cas dépasser 5 cm en cours de fonctionnement. Le flux est ajouté pendant le fonctionnement à partir d'un conteneur constitué d'un non-conducteur de l'électricité.
Opération et courant de soudage:
Le fil d'électrode est poussé à travers le guide des consommables jusqu'à ce qu'il touche le fond du carter de départ. Il est ensuite rétracté jusqu'à ce qu'il affleure l'extrémité inférieure du tube de guidage. Ensuite, le fond du puisard est recouvert d'une quantité de laine d'acier et les patins de retenue sont installés en place. Tout dégagement entre l’ouvrage et les cales est scellé avec de l’argile ou du mastic.
Le processus ESW du guide des consommables est démarré de la même manière que le processus ESW classique utilisant uniquement les électrodes. Si l'électrode est soudée au fond du carter lors de la mise en route, le rouleau presseur du dévidoir est retiré, le fil est dégagé du guide à l'aide de pinces et levé entre 300 et 500 mm.
Le rouleau presseur est à nouveau engagé et l'alimentation en fil est reprise. Si cela se produit plus d'une fois, la procédure ci-dessus est répétée à chaque fois, mais l'alimentation en fil ne doit pas être reprise jusqu'à ce que la surface supérieure du bain de laitier ait fondu la pointe du guide. Cela peut prendre 2 à 5 minutes. La même procédure peut être utilisée si le fil électrode est soudé à la pointe inférieure du tube guide.
Une autre méthode fiable pour lancer le guide de consommable ESW consiste à verser du laitier en fusion dans le puisard de départ. Le flux est fondu dans un creuset en graphite, puis versé dans le puisard de départ.
Pour un fil d'électrode de 3 mm de diamètre, le courant de soudage I w est donné par:
La vitesse de soudage optimale dépend de l'épaisseur de travail et peut être obtenue à partir de la figure 11.23.
Le taux d'alimentation des électrodes est donné par:
V e = V w (A d -t g S g ) / ∑A e ……. (11.3)
où,
v e = vitesse d'alimentation des électrodes, m / h
A d = surface de la section transversale du métal déposé
A e = somme des surfaces transversales de toutes les électrodes.
Le débit de fil obtenu à l'aide de l'équation (11-3) ne doit pas dépasser la valeur critique, laquelle pour une épaisseur de travail supérieure à 100-150 mm est comprise entre 100-150 m / h (1, 65 et 2-35 m / min).
Applications:
Outre les applications mentionnées pour le modèle ESW conventionnel, la méthode du guide consommable peut être utilisée pour les joints en té avec des nervures de renfort d'une épaisseur supérieure à 50 mm. Il est également utilisé pour la fabrication de joints dans les soudures non rotatives de conduites à paroi épaisse de centrales électriques. l'efficacité avec laquelle de tels joints peuvent être réalisés augmente avec l'augmentation du diamètre et de l'épaisseur de paroi des tuyaux. Cependant, le guide de consommable ESW est plus adaptable aux soudures de plus courte longueur qu'aux soudures plus longues.
Variante n ° 2. ESW avec électrodes à plaque et à ruban:
Les électrodes à plaque et à ruban permettent de réaliser des soudures droites d’une longueur maximale de 1500 mm pour des épaisseurs de travail allant de 30 à 1000 mm. La configuration générale et les conceptions d'électrodes les plus couramment utilisées ayant de grandes surfaces transversales sont illustrées aux Fig. 11, 24 et 11, 25 respectivement. Ces électrodes peuvent être monoblocs ou composées de plusieurs plaques, tiges, carrés ou autres sections.
Pour une épaisseur de travail jusqu’à 200 mm, une électrode à plaque est adéquate, mais deux à trois électrodes sont utilisées pour les sections de travail plus lourdes. Un système à trois électrodes est généralement préféré car il maintient l'alimentation principale sous une charge équilibrée. Les électrodes à plaque avec des fentes longitudinales (Fig. 11-24) rendent la pénétration des bords plus uniforme, ce qui est particulièrement important pour le soudage du cuivre, de l'aluminium, du titane et de leurs alliages.
Les électrodes à plaque de toute épaisseur désirée peuvent être utilisées en gardant à l'esprit que le jeu optimal entre l'électrode et le côté du joint est de 8 à 10 mm et que l'épaisseur optimale des électrodes est de 10 à 12 mm pour un espace de 28 à 32 mm.
La largeur de l'électrode à plaque dépend de l'épaisseur de travail. Lors du soudage avec une électrode, la largeur de l'électrode à plaque est égale à l'épaisseur du travail, mais lorsque deux ou trois électrodes à plaque sont utilisées, leur largeur est réduite d'une valeur égale à l'espacement qui les sépare, ce qui est généralement égal à 12 à 16 mm. .
La longueur de l'électrode à plaque peut être déterminée à l'aide de l'équation:
L p = l w b w / δ e + l c ……. (11.4)
où,
L p = longueur de l'électrode à plaque,
l w = longueur du joint, y compris les languettes de départ et de finition,
b w = joint gap,
δ e = épaisseur de l'électrode,
l c = longueur à prendre en compte pour la conception de la pince (environ 500 mm)
La longueur de l’électrode est de 3600 mm pour une longueur de soudure de 1000 mm, tandis que la taille et le nombre d’électrodes en fonction de l’épaisseur de la plaque sont indiqués dans le tableau 11.6.
Les soudures d'électrodes à plaque sont réalisées avec une densité de courant faible allant jusqu'à 0-6 A / mm 2 et une tension faible de 30 à 40 volts. Il en résulte une amélioration de la stabilité du processus sur des épaisseurs plus lourdes.
Le courant de soudage pour les électrodes à plaques est donné par:
I w = 1, 2 (V w + 0, 2 V p ) δ e .S e
où,
l w - courant de soudage, A
v w = vitesse de soudage, m / h
v p = vitesse d'alimentation de l'électrode en plaque, cm / h.
δ e = épaisseur de l'électrode, cm
S e = largeur de l'électrode à plaque, cm.
La vitesse d'alimentation optimale pour l'électrode à plaques de grande section se situe entre 1, 2 et 3 à 5 m / h.
Les soudures d'une longueur allant jusqu'à 300 mm ne nécessitent pas l'utilisation d'isolants pour éviter les courts-circuits accidentels entre l'électrode et le travail. Toutefois, les coutures supérieures à 300 mm sont pourvues des isolateurs habituels, comme pour le guide consommable ESW.
Le processus ESW d'électrode en plaque peut être initié par l'une des trois méthodes suivantes:
1. En utilisant le flux de départ,
2. avec une électrode pointue,
3. En versant le flux fondu dans le carter de départ.
Pour lancer le processus en utilisant le «flux de départ», il est placé au fond du puisard et l'électrode est alimentée à la vitesse la plus lente et tapotée à intervalles réguliers avec un marteau pour un meilleur contact avec le flux. Lorsqu'une partie du flux de départ est fondue, de petites quantités de "flux en cours" sont ajoutées de manière à constituer le bain de laitier de la profondeur souhaitée et le taux d'alimentation en électrodes est augmenté jusqu'à la valeur spécifiée sur une période de une à deux minutes.
Pour démarrer le processus avec une électrode pointue, il est habituel de placer une boule de laine d'acier (ou de la limaille ou des copeaux d'acier) entre la pointe de l'électrode et le travail. Parfois, l'électrode elle-même n'est pas pointue, mais plusieurs tiges de 5 à 6 mm de diamètre et de 150 à 200 mm de longueur sont soudées à son extrémité (Fig. 11.25).
La troisième méthode d’initiation du processus, c’est-à-dire l’utilisation de scories fondues, est la plus rapide de toutes les méthodes. Cela nécessite toutefois une configuration supplémentaire pour fondre et verser le laitier en fusion dans le puisard.
Pour éviter le manque de fusion et de sous-coupe, il est préférable d’augmenter le relief dans le bloc de retenue à environ 8 mm. Aussi, pour avoir une meilleure pénétration, la profondeur du bain de laitier doit être maintenue entre 25 et 35 mm.
Pour le soudage avec une électrode à ruban, il est introduit dans le bain de laitier à travers un guide plat qui est isolé de la pièce à travailler, comme indiqué sur la figure 11.26. En fonction de l'épaisseur du travail, vous pouvez utiliser jusqu'à 3 électrodes à ruban. Les guides d'électrode sont du type consommable et sont fabriqués à partir d'une feuille de composition correspondante de 1 ou 2 mm d'épaisseur. Les électrodes à ruban ont généralement une épaisseur de 1 ou 1, 2 mm.
Les électrodes à ruban peuvent être fabriquées à la longueur souhaitée de manière à compléter des joints de soudure plus longs que ceux pouvant être soudés par des électrodes à plaque. Comparées au soudage des guides consommables, les électrodes à ruban assurent une pénétration plus uniforme.
Variante n ° 3. Soudage bout à bout électroslag:
Le soudage bout à bout par électroslag, dont la configuration est illustrée à la figure 11.27, ne nécessite aucun métal d'apport. Pour lancer le processus, le laitier en fusion est versé dans le puisard construit autour de la pièce inférieure maintenue verticalement; alternativement, un bain de laitier en fusion est développé par un arc électrique avec une électrode de carbone.
Ceci assure le chauffage de la pièce inférieure. Une fois que le bain de laitier de profondeur souhaitée est développé, l'électrode de carbone est retirée et la pièce supérieure est plongée dans le bain de laitier. Le laitier fait clignoter la pièce supérieure, c'est-à-dire qu'il le soulève jusqu'au point de fusion et le métal en fusion s'écoule sur la pièce inférieure pour former un bain de métal sous le bain de laitier.
Le temps de clignotement est déterminé par essais et erreurs et est généralement compris entre 2 et 3 minutes. Une fois que les conditions souhaitées sont établies, la source d'alimentation est coupée et la pièce supérieure est forcée sur la pièce inférieure avec une vitesse de refoulement de 5, 5 à 8, 5 mm / s (20 à 30 m / h). La quantité de métal en fusion dans la piscine et celle expulsée par refoulement doivent être juste suffisantes pour éviter que des cavités remplies de laitier ne restent entre les deux pièces à proximité de la périphérie.
La profondeur du bain de laitier, la tension de soudage et le débit d'alimentation de la pièce supérieure en soudage par étincelage sont maintenus de la même manière qu'en soudage avec une électrode à plaque. Ce procédé convient mieux à la production en masse d’articles de type tige ou barre jusqu’à 300 cm 2 de section.
Variante # 4: Circuit bifilaire ESW:
La configuration pour la variante bifilaire de ESW est illustrée à la Fig. 11.28. On utilise quatre électrodes de grande section. Les deux électrodes externes restent immobiles tandis que les deux électrodes internes sont acheminées à vitesse égale dans le bain de soudure.
La composition chimique des électrodes correspond à celle du matériau de travail. Connecter le transformateur de soudage monophasé aux électrodes conformément au schéma minimise l’impuissance inductive du circuit de soudage, et la connexion de la prise centrale du secondaire du transformateur au travail permet de faire varier le taux de fusion des électrodes fixes et mobiles par exigence. Les électrodes mobiles internes ont généralement une longueur de joint de deux à trois fois, tandis que les électrodes externes ont évidemment la même longueur que le joint de soudure lui-même. L'espace d'aménagement est normalement compris entre 60 et 80 mm.
Le jeu entre les électrodes extérieures et les faces de la pièce à souder est réduit au minimum et est généralement de l'ordre de 7 à 10 mm. Les électrodes internes ont une épaisseur inférieure de 35 à 50% aux électrodes externes et sont espacées de 30 à 40 mm. L’aspect final de la soudure est contrôlé par l’évidement dans les blocs de retenue en cuivre fixes refroidis par eau.
La soudure est normalement initiée en versant le laitier en fusion dans la cavité de la soudure (Fig. 11.28). Le carter de départ requis est peu profond car le processus se stabilise rapidement. Le contrôleur de courant assure le maintien automatique de conditions de soudage constantes. Cette variante du procédé ESW peut être utilisée pour réussir le soudage de sections rectangulaires, carrées et circulaires de pratiquement toutes les dimensions.
