Brevet FR2005309A1 — publié le 19691212

l'invention est relative au soudage et au formage magnétiques. Un "but principal de l'invention est de souder des pièces les unes aux autres en utilisant les forces d'attraction magnétique. D'autres "buts sont encore de souder des pièces conductrices "bout à bout ou avec recouvrement au moyen d'un poste de soudure magnétique simple, sûr et peu coûteux et d'éliminer la nécessité de renforcer considérablement l'enroulement inducteur de soudure magnétique d'un tel poste. l'invention est caractérisée, dans le procédé de soudage de pièces à un interface qui les sépare, par les opérations consistant à placer les pièces conductrices à côté les unes des autres et à y faire passer des courants parallèles (ce terme étant entendu ici au sens géométrique de courants de directions parallèles et de même sens), ce qui développe des forces d'attraction entre lesdites pièces conductrices suivant une direction sensiblement normale à l'interface. Dans des modes de réalisation préférentiels, pour lesquels les pièces conductrices peuvent délimiter l'interface, une caractéristique de l'invention prévoit de placer un enroulement inducteur au voisinage des pièces conductrices et d'induire les courants parallèles en faisant passer un courant de soudage dans ledit enroulement, de mettre lesdites pièces conductrices en contact électrique, de chauffer les parties desdites pièces conductrices qui délimitent l'interface avant de les souder, et d'induire des courants parallèles dont la profondeur de pénétration (effet pelliculaire) ne soit pas inférieure à l'épaisseur de l'une desdites pièces conductrices. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après d'un mode de réalisation préférentiel, avec référence au dessin annexé, donné ici uniquement à titre d'exemple sans aucun caractère limitatif, sur lequel : la figure unique représente un dispositif pour effectuer des soudures bout à bout et à recouvrement entre deux tubes et un manchon qui les entoure0 l'appareil, représenté sur la figure, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention,est constitué par un dispositif inducteur 10 comportant une virole extérieure 20 en polytétrafluoréthylène, deux plaques terminales 22 et 24 et une virole intérieure 26 (diamètre extérieur = 41,25 mm; diamètre intérieur = 36,5 nim)9 toutes trois en céramique usinable aluminium-silicium-magnésium. Un enrou 69 09346 2005309 lement à deux spires 28 en tube de cuivre de 6,35 nun de diamètre pour réfrigérateur est monté à l'intérieur de l'espace annulaire compris entre les viroles 20 et 26 et les plaques terminales 22 et 24. Ghacune des spires de l'enroulement 28 entoure une bague fendue 5 30 en tube de cuivre de 3,8.1 mm de diamètre. Les bagues 30 à leur tour entourent la virole 26. L'espace annulaire 32 est rempli d'une résiné époxy. Cette résine est injectée à l'état liquide par un trou de remplissage (non représenté) qui traverse l'une des plaques terminales 22 et 24, puis on la laisse durcir. Quatre trous tarau-10 dés 36 s'ouvrent du côté de l'espace annulaire 32 dans les plaques terminales 22 et 24 et sont remplis de résine époxy. Une vis d'arrêt 38 traverse la virole extérieure 20 et pénètre dans la résine époxy. Les extrémités 27 et 29 du tube dont est formé l'enroulement 15 inducteur 28 sortent par des trous de la virole extérieure 20 pour se raccorder aux alimentations en eau et en énergie électrique, celle-ci étant fournie : d'une part, par un générateur à haute fréquence entraîné par un moteur et qu'on raccorde en temps opportun à l'enroulement inducteur 28 pour réaliser le chauffage par induction 20 de l'ensemble à souder qui comprend les tubes 11, 12 et 14, et, d'autre part, par une batterie de condensateurs qu'on raccorde en temps opportun aux bornes de l'enroulement pour y réaliser une impulsion de pression pour le soudage magnétique. Deux trous taraudés 40 sont prévus dans la virole extérieure 25 20 pour l'alimentation en argon, chacun desdits trous se trouvant près d'une extrémité de ladite virole en regard des plaques terminales 22 et 24 et communiquant avec des espaces annulaires 42 formés par des saignées pratiquées dans la virole extérieure et dans la plaque terminale. Quatre canaux 44 traversent les plaques termi.na-30 les pour relier les espaces annulaires 42 au jeu annulaire 46 entre l'appareil et la pièce à souder; ces canaux sont inclinés sur l'axe et se rapprochent du milieu en allant vers le centre. Une source d'argon, non représentée, peut être reliée aux trous 40 au moyen de raccords 41. 35 la figure représente l'exemple d'un ensemble à souder compre nant deux tubes d'acier inoxydable 11 et 12 de diamètre nominal = 19 mm (tableau 40 des.normes américaines), dont les diamètres extérieur et intérieur sont respectivement.de 26,62 mm et 21,96 mm, assemblés bout à bout avec tin joint interface 13 et un manchon 14 de 40 diamètre nominal = 25,4 mm (diamètre extérieur = 33,4 mm; diamètre 69 09846 3 2005309 intérieur « 26,6 mm) entourant les parties des tubes 11 et 12 qui avoisinent le joint 13. Les surfaces cylindriques adjacentes sur le tube 11 et le manchon 14 d'une part et sur le tube 12 et le manchon 14 d'autre part comprennent entre elles des interfaces 15 5 et 17 respectivement. Les diamètres intérieur du manchon 14 et extérieur des tubes 11 et 12 sont tels qu'ils assurent un bon « contact électrique entre les trois pièces. L'ensemble à souder est monté coaxialement à l'intérieur du dispositif inducteur 10, la combinaison de joints à recouvrement et bout à bout formée par 10 les interfaces 13, 15 et 17 étant centrée sur l'axe de l'enroulement inducteur 28, à l'intérieur de celui-ci. Pour souder les uns aux autres les tubes 11, 12 et 14 suivant le procédé de l'invention, on chauffe d'abord par induction les parties desdits tubes qui avoisinent les interfaces 13, 15 15 et 17 en faisant passer un courant de haute fréquence dans 1' enroulement inducteur 28 . Pour souder la pièce de l'exemple considéré ici, le géné- 4 rateur à moteur fonctionnait avec une fréquence de 10 Hertz. 20 Après avoir convenablement chauffé les pièces à assembler, on débranchait le générateur HF de l'enroulement 28 et reliait celui-ci à une batterie de condensateurs chargée. Cette batterie de condensateurs se déchargeait alors dans l'enroulement 28 pour induire des courants dirigés suivant des parallèles dans 25 les tubes 11 et 12 et dans le manchon 14. On avait choisi le temps de montée en intensité de l'impulsion de courant de soudage envoyée dans l'enroulement inducteur 28 (défini comme étant le temps nécessaire pour que l'intensité du courant croisse de 10 % à 90 % de sa valeur maximum) en sorte que la profondeur de 30 pénétration du courant induit était de 16,5 mm, soit 5,08 mm de plus que l'épaisseur des parties en recouvrement du manchon 14 et des tubes 11 et 12. La caractéristique exacte de l'impulsion de courant de soudage et les intensités induites dépendent de l'inductance dû circuit de 35 1'enroulement inducteur et de la capacité de la batterie de condensateurs. Dans l'appareil décrit ici, la résistance du circuit inducteur étÉait assez faible pour que la caractéristique d'intensité de l'impulsion de courant de soudage eût une allure faiblement amortia La batterie de condensateurs avait une capacité de 240 microfarads 69 09846 2005309 (480 joules sous 2000 volts) et la fréquence propre du circuit était de 6000 Hz. les courants parallèles induits dans les tubes 11 et 12 et dans le manchon 14 développent des forces d'attraction magnétique entre 5 lesdits tubes et manchon. Ces forces attirent les tubes l'un vers l'autre parallèlement à leur axe (suivant une direction perpendiculaire à l'interface 13) et attirent les parties adjacentes des tubes et du manchon l'une vers l'autre en direction radiale (normalement aux interfaces 15 et 17). 10 Un second cycle partiel de chauffage et soudage améliore la soudure entre les tubes et entre ceux-ci et le manchon. Dans le mode de réalisation préférentiel, une phase de chauffage d'environ 30 secondes était suivie d'une impulsion de pression de soudage, puis venait une seconde phase de chauffage de 10 secondes, et enfin une 15 seconde impulsion de pression de soudage. Pendant le chauffage par induction des pièces à souder, on envoyait tin courant d'argon dans l'espace annulaire 46 par les canaux 44 pour refroidir la surface de la pièce soudée et la protéger contre l'oxydation. L'intensité du courant induit qui chauffe la pièce 20 à souder est maximum à sa surface et décroît quand on s'en écarte. Le refroidissement de la surface donne une distribution de la chaleur dans les parties des pièces élémentaires qui limitent les interfaces plus uniforme que celle qu'on pourrait obtenir autrement. Pendant le processus de soudage, on faisait circuler de l'eau 25 dans le tube constituant l'enroulement inducteur 28 pour empêcher sa température de s'élever exagérément. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux des modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses 30 diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 5 10 15 20 25 30 35 40 09846 5 2005309 REVENDICATIONS 1 - Procédé de soudage d'éléments les uns aux autres sur un interface les séparant, caractérisé par les phases opératoires suivantes, consistant à placer les pièces conductrices au voisinage les unes des autres, à placer un enroulement inducteur au voisinage desdites pièces conductrices, et à faire passer un courant de soudage dans ledit enroulement inducteur pour induire dans lesdites pièces conductrices des courants d'orientations générales parallèles les unes aux autres et parallèles audit interface, lesdits courants ayant pour effet de développer des forces magnétiques qui font rapprocher lesdites pièces conductrices les unes des autres dans xuae direction sensiblement perpendiculaire à leur interface. 2 - Procédé selon 1, comprenant une phase opératoire selon laquelle on met lesdites pièces conductrices en continuité électrique avant d'envoyer ledit courant de soudage dans ledit enroulement inducteur. 3 - Procédé selon 1, comprenant une phase opératoire seion laquelle on chauffe les parties desdits éléments qui délimitent ledit interface avant de faire passer ledit courant de soudage dans ledit enroulement inducteur. 4 - Procédé selon 3, dans lequel lesdites pièces conductrices délimitent ledit interface et lesdites parties sont chauffées par induction en envoyant un courant inducteur de chauffage dans ledit enroulement inducteur. 5 - Procédé selon 4, dans lequel lesdites pièces conductrices sont mises en continuité électrique directe avant d'envoyer ledit courant de soudage dans ledit enroulement inducteur. 6 - Procédé selon 1, dans lequel lesdites pièces conductrices délimitent ledit interface et la profondeur de pénétration desdits courants induits n'est pas inférieure à l'épaisseur desdites pièces conductrices. 7 - Procédé selon 1, dans lequel lesdites pièces conductrices sont cylindriques et délimitent ledit interface, ledit enroulement inducteur entourant les parties desdites pièces conductrices qui délimitent ledit interface. 8 - Procédé selon 7, dans lequel l'une au moins desdites pièces conductrices est tabulaire et où la profondeur de pénétration desdits courants induits n'est pas inférieure à l'épaisseur de paroi de ladite pièce conductrice tubulaire. 9 - Procédé selon 7, dans lequel lesdites pièces conductrices 69 09846 " 2005309 sont tabulaires, l'une entourant l'autre, et délimitent ainsi entre elles un interface de forme générale cylindrique, la profondeur de pénétration desdits courants induits n* étant pas inférieure au total des épaisseurs radiales desdits conducteurs transversalement 5 audit interfaceo 10 - Procédé selon 9, dans lequel les parties desdites pièces conductrices qui délimitent lesdits interfaces sont chauffées en faisant passer un courant de chauffage par induction dans ledit enroulement inducteur avant d'envoyer ledit courant de soudage dans 10 ledit enroulement inducteur. 11 - Procédé selon 7f dans lequel lesdites pièces conductrices sont placées bout à bout pour former entre elles un interface d'orientation générale perpendiculaire à l'axe desdites pièces conductrices. 15 12 - Procédé selon 11, dans lequel les parties desdites pièces conductrices qui délimitent lesdits interfaces sont chauffées en faisant passer un courant de chauffage par induction dans ledit enroulement inducteur avant d'envoyer ledit courant de soudage dans ledit enroulement inducteur. 20 13 - Procédé de soudage d'éléments les uns aux autres sur un interface les séparant, comprenant les phases opératoires suivantes, consistant ; à placer une paire de pièces conductrices cylindriques bout à bout pour former entre elles un premier interface sensiblement normal à leurs axes; à mettre èn place un manchon conducteur 25 autour des parties desdites pièces conductrices cylindriques qui délimitent ledit premier interface de façon à former un second interface entre ledit manchon et l'une desdites pièces conductrices et un troisième interface entre ledit manchon et l'autre desdites pièces conductrices; à placer un enroulement inducteur au voisinage 30 desdits interfaces et autour de ceux-ci; et à faire passer une impulsion de courant de soudage .dans' ledit enroulement inducteur pour induire dans lesdites pièces conductrices et dans ledit manchon des courants d'orientations générales parallèles les unes aux autres et parallèles auxdits interfaces; lesdits courants ayant pour effet de 35 développer des forces magnétiques qui font rapprocher lesdites pièces conductrices l'une de l'autre dans une direction sensiblement axiale et font rapprocher lesdites pièces conductrices dudit manchcn suivant une direction sensiblement radiale0 14 - Procédé selon 13, dans lequel on chauffe les parties dudit 40 manchon et desdites pièces conductrices qui définissent lesdits 69 09846 7 2005309 interfaces avant d'envoyer ladite impulsion de courant de soudage dans ledit enroulement inducteur. 15 - Procédé selon 14, dans lequel lesdites parties sont chauffées par induction en envoyant un courant inducteur de chauffage 5 dans ledit enroulement inducteur. 16 - Procédé selon 13, dans lequel la profondeur de pénétration desdits courants induits n'est pas inférieure à l'épaisseur radiale dudit manchon. 17 - Procédé selon 13, dans lequel lesdits conducteurs sont 10 tubulaires et la profondeur de pénétration desdits courants induits n'est pas inférieure à l'épaisseur radiale totale d'une desdites pièces conductrices et dudit manchon transversalement à l'interface qui les sépare. 18 - Procédé selon 17, dans lequel on chauffe les parties dudit 15 manchon et desdites pièces conductrices qui définissent lesdits interfaces avant d'envoyer ledit courant de chauffage dans ledit enroulement inducteur. 19 - Procédé de soudage d'éléments les uns aux autres sur un interface les séparant, comprenant les phases opératoires suivantes, 20 consistant : à placer les pièces conductrices au voisinage les unes des autres, et à faire passer des courants électriques dans lesdites pièces conductrices suivant des directions sensiblement parallèles entre elles et audit interface; lesdits courants ayant pour effet de développer des forces magnétiques qui font rapprocher lesdites 25 pièces conductrices les unes des autres dans une direction sensiblement perpendiculaire à leur interface» 20 - Procédé selon 19, dans lequel des parties desdites pièces conductrices délimitent ledit interface et on chauffe lesdites parties avant d'envoyer lesdits courants dans lesdites pièces conduc- 30 trices. 21 - Procédé selon 4, comportant une phase opératoire selon laquelle on refroidit les surfaces desdites pièces conductrices pendant qu'on les chauffe par induction. 22 - Procédé selon 4, consistant notamment à chauffer par con-35 duction lesdites pièces conductrices, puis à les faire rapprocher en y induisant des courants parallèles après les avoir une première fois chauffés puis rapprochés l'une de l'autre.