1. ETUDE, ESSAIS ET ANALYSE

Tous les types de chalumeaux soudeurs oxyacétylèniques ne répondent pas de la même façon aux exigences de "qualité" .

En effet, si les chalumeaux soudeurs oxyacétyléniques à "aiguille" basse pression BP (pression acétylène < à ~30 mb) ou haute pression HP (pression acétylène > à ~30 mb) se dérèglent moins en fonction de la variation de pression d'oxygène, on remarque, au contraire, que leur déréglage est plus significatif que celui des appareils à "doseur/mélangeur" haute pression/pressions équilibrées (HP/PE), lorsque les becs s'échauffent, ce déréglage s'effectue d'ailleurs dans le sens d'une augmentation excessivement importante du rapport de combustion "r", aussi nommé "rapport de consommation" ou "degrè d'oxygène" ou "rapport en volume".

• r = 1 à 1,1---------flamme normale, neutre ou réductrice.
• r < 1-----------------flamme carburante, excès d'acétylène.
• r > 1-----------------flamme oxydante, excès d'oxygène.

Ceci revient à dire qu'au cours du "soudage" la flamme neutre (normale ou réductrice) devient peu à peu oxydante, il résulte de ceci que, pour certains travaux, les chalumeaux soudeurs oxyacétyléniques HP/PE donnent de bien meilleurs résultats comme cette étude le précise.

Dans ces conditions, la vitesse d'écoulement du mélange est très notablement supérieure à la vitesse de propagation de la flamme (de ~1230 à 1360 cm/s) à travers l'orifice du bec.
En effet, des nécessités techniques obligent à avoir des vitesses appréciables, il faut que la longueur du dard soit aussi grande que possible pour pouvoir maintenir à l'extrémité du bec une distance suffisante du bain de métal en fusion.
On est limité dans cette voie par le souffle du dard, car si la vitesse de sortie du mélange devient trop importante, le bain de fusion est chassé par le souffle des gaz et sa conduite devient malaisée.

Il est donc intéressant de connaître les limites entre lesquelles peut varier la vitesse de sortie du mélange oxyacétylénique, comme il faut également tenir compte de l'échauffement du chalumeau soudeur en cours d'usage, il est indiqué de rapporter les mesures, non à la vitesse de sortie du mélange oxyacétylénique, mais à la pression régnant à l'amont du bec.
L'expérience montre que cette pression dépend de la puissance du chalumeau soudeur, celle-ci étant caractérisée par son débit en l/h d'acétylène.

1.1. Si l'on prend un appareil d'un débit donné, qu'on l'alimente en oxygène et en acétylène et que :

- l'on fasse croître progressivement la pression du mélange à l'amont du bec, tant que celle-ci n'aura pas atteint une certaine valeur, le travail manuel sera pratiquement impossible en raison des risques potentiels d'allumages du mélange oxyacétylénique à l'intérieur de chalumeau soudeur, ces allumages donnent lieu à de légères détonations que les chalumistes désignent sous le nom de "claquements", ceux-ci projettent le bain de fusion dans toutes les directions, le travail manuel est ralenti et la qualité de la soudure souffre de ces incidents.


- si l'on continue à faire croître la pression du mélange, on arrive à une certaine valeur au delà de laquelle le travail manuel devient impraticable, en raison du souffle de la flamme, celle-ci est trop rigide et il n'est plus possible de conduire correctement le bain de fusion du métal .


- au delà de cette valeur de pression, le chalumeau soudeur continue à fonctionner, mais n'est plus utilisable pour des travaux de soudure manuelle, et ne peut servir qu'à certaines applications particulières de chauffe .

- en augmentant toujours la pression, on arrive à une valeur pour laquelle la vitesse de sortie du mélange est supérieure à la vitesse de propagation de la flamme, celle-ci décolle du bec.

Ainsi au regard des courbes A, B, C et D de la figure 501, pour un appareil d'un débit particulier, on peut envisager trois pressions importantes :

• Pression P1, celle au-dessous de laquelle les phénomènes de claquement rendent le travail impossible (courbe A).
• Pression P2, celle au-dessus de laquelle la soudure manuelle devient trop délicate en raison de la rigidité excessive de la flamme (courbe B).
• Pression P3, celle à laquelle la flamme décolle du bec (courbe C).

1.2. Aussi a-t-on pu déterminer par des séries de mesures :

• la variation de ces trois grandeurs P1, P2 et P3, en fonction du débit d'acétylène.
• les courbes A, B et C du chalumeau soudeur haute pression HP "pressions équilibrées PE" de la figure 501, donnent la valeur moyenne des points des grandeurs P1, P2 et P3.
• la courbe D, est celle du chalumeau soudeur basse pression BP.
  

1.3. Dans le graphique de la figure 501:

• les débits d'acétylène sont exprimés en m3/h et portés en abscisses.
• les pressions à l'amont du bec sont exprimées en mm de mercure et portées en ordonnées.
• à titre d'indication, une échelle d'ordonnées portée à droite, donne la vitesse d'écoulement du mélange en sortie du bec, vitesse exprimée en m/s.

Cette dernière valeur (vitesse) n'est évidemment qu'indicative, car il est délicat de préciser la température moyenne du mélange lorsque le chalumeau soudeur est en fonctionnement et que le bec atteigne une certaine température, par convention cette vitesse est calculée en supposant le chalumeau soudeur à la température ambiante.

Les courbes A, B et C s'obtiennent sans difficulté avec des chalumeaux soudeurs haute pression HP "pressions équilibrées PE", il n'en est pas de même pour les chalumeaux soudeurs basse pression BP, dans lesquels la limitation à une valeur raisonnable de la pression d'amenée de l'oxygène, la nécessité d'avoir un mélange en proportions correctes d'oxygène et d'acétylène ne permettant pas d'atteindre les pressions élevées, à l'amont du bec.

Pour une flamme correctement réglée, ces chalumeaux soudeurs basse pression BP donneront des pressions maximums que l'on peut représenter par la courbe D de la figure 501.
Pour obtenir un fonctionnement correct en cours de soudure ont voit donc, qu'en définitive il est nécessaire d'obtenir une pression à l'amont du bec qui soit comprise entre les deux courbes A et B.

1.4. Ce résultat est obtenu couramment avec les deux types de chalumeaux soudeurs :

• chalumeau soudeur basse pression BP (pression de l'acétylène < à ~30 mb).
• chalumeau soudeur haute pression HP (pression de l'acétylène > à ~30 mb).

Mais il est évident que ceci ne suffit pas au bon fonctionnement des chalumeaux soudeurs oxyacétyléniques, lorsque le chalumiste commence son travail, c'est à ce moment qu'il exécute le réglage de la flamme, en cours de travail le bec s'échauffe, il est cependant nécessaire que le réglage initial demeure autant que possible inchangé afin que la soudure conserve des caractéristiques constantes du commencement jusqu'à la fin.

Le réglage visuel de la flamme est un procédé à la fois simple et précis, un chalumiste expérimenté maintient des proportions constantes à 1% près lorsqu'il fait disparaître exactement le panache d'acétylène, si à cet instant, on mesure les débits d'oxygène et d'acétylène du chalumeau soudeur oxyacétylénique, on constate que le rapport "r" (volume d'oxygène /volume d'acétylène) ne diffère pas plus de 1% pour des réglages exécutés par la même personne à des moments différents.

L'influence sur les soudures des proportions d'oxygène et d'acétylène dans la flamme est appréciable, elle est surtout sensible dans les cas de métaux d'apport spéciaux.
Les qualités particulières des métaux d'apport spéciaux, que ceux ci soient ferreux ou non, proviennent de la présence d'additions en quantité relativement faible par rapport au métal de base.
Lors de la soudure, ces additions peuvent subir des transformations très différentes suivant les proportions relatives d'oxygène et d'acétylène dans la flamme, si l'on maintient ces proportions constantes, les qualités du dépôt seront dons aussi constantes qu'il est possible de l'espérer.

1.5. Sur des plaques d'acier d'épaisseurs différentes (de 6, 8 et 10 mn) :

• on dépose successivement quatre chenilles avec un métal d'apport.
• on opère avec des chalumeaux soudeurs de trois puissances différentes.
• on utilise quatre réglages différents pour chacun des chalumeaux soudeurs oxyacétyléniques.
• on détermine le réglage au début de chaque opération par une mesure simultanée des débits d'oxygène et d'acétylène.
• on maintient ces débits constants pendant toute la durée de la soudure.
• on prend la précaution après chaque essai de recuire les éprouvettes à la même température car le dépôt est un acier particulier.
• on analyse chaque dépôt et on relève la dureté.

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