Brevet FR2060054A1 — publié le 19710611

Cette invention concerne la soudure, et de façon particulière la soudure des panneaux et d'autres grands éléments analogues de section relativement mince, par exemple des éléments utilisés dans la construction des avions. 5 les tendances actuelles dans la conception des structu res d'avions impliquent, pour obtenir un meilleur rendement, l'emploi de la soudure pour réduire le poids et pour fabriquer les éléments de façon plus économique. Cependant, l'on se trouve confronté à un problème important qui est la déformation résultan 10 de 1'échauffement local, et du retrait résultant, du métal de soudure, le retrait de soudure peut produire dans l'élément une courbure globale ou, dans le cas de panneaux à peau renforcée par des profilés , une courbure globale associée à des froncement ou ondulations locales de la peau entre les lisses. 15 Un procédé pour éliminer la déformation après soudure est de redresser par étirement en lui appliquant un effort de traction dans la direction du joint de soudure ; bien que cette technique soit pratique, elle exige que le matériau puisse se déformer plastiquement, ce qui, dans certains cas, peut affecter 20 les propriétés du matériau ou du métal de soudure. C'est un but de l'invention de traiter les inconvénients de la déformation selon un procédé nouveau. Selon la présente invention; les éléments à souder ensemble sont maintenus sous tension pendant les opérations de 25 soudure , la traction étant appliquée dans la direction du joint de soudure . Cette technique s*est révélé intéressante pour éliminer la déformation , ainsi que comme moyen pour tenir et positionner les éléments pendant la soudure. Des essais ont montré que, pour un matériau donné, 30 des conditions de calibrage de soudure données, on peut applique: pendant la soudure une contrainte de traction telle que, lorsqu'i supprime la charge, la contrainte dans le métal de base équilibri la contrainte de retrait, et l'élément reste ainsi à un état raidi stable. 35 la soudure des éléments sous tension de cette manière peut s'appliquer à tous iles matériaux soudables et peut être uti lisée avantageusement en liaison avec de nombreux procédés de soudure connus, parmi lesquels on peut citer ; la soudure de tungstène sous gaz inerte, la soudure 40 des métaux sous gaz inerte, la soudure à l'arc de plasma, la sou COPV 70 26963 s 2060054 l'arc des métaux, la soudure à l'are submergé, la soudure au faisceau d'électrons et la soudure par résistance. les éléments à souder sont mis sous tension jusqu'à un niveau de contrainte identique, qui est maintenu constant pendant 5 toute l'opération de soudure, le système d'application de la charge doit être capable de maintenir un niveau de contrainte constant,-c'est-à-dire de compenser la dilatation thermique des éléments pendant l'opération de soudure et leur contraction lors du refroidissement. On peut employer ,divers poyens pour atteindre ce 10 but, parmi lesquels on peut citer, un système de ressorts de compen-" dation ou Un système hydraulique. ^ Dans chaque cas, le niveau .de, contrainte .optimal dépend du matériau et des paramètres de soudure, .c'est-à-dire de la fourniture de chaleur, de la vitesse, .etc, que l'on peut seulement 15 vérifier par l'expérience ; .on a utilisé des contraintes pouvant atteindre-90% de la, limite ,d':élasticité du matériau à souder. • les-soudures réalisées par les procédés automatiques de soudure par fusion, c • est-à-dire les. soudures bout à bout et les soudures avec cordon de soudure svu: des. matériaux minces 20 calibrés (6,35mm et moins) sont normalement effectuées en bridant la pièce de part et d,,1 autre du, joint.les méthodes dè bridage classiquement utilisées.sont très complexes et sont conçues pour obtenir une pression de bridage unifprme et de ce fait un puits thermique constantA les; limitations pratiques, des systèmes de 25 Tfcidage. de cette nature sont de plus en plus complexes, lorsque la longueur du joint cjroit , la longueur maximale de .bridage connue étant de l'ordre de Jy50m. Outre,.,qu'ils tiennent et positionnent lé Joint, les .systèmes de bridage de oe type localisent la chaleur nécessaire pour.effectuer la soudure et réduisent ainsi la déforma-30 tion. • : - ■■■ - • . r. . Des expériences réalisées avec.«des procédés de bridage similaires aux procédés classiques précités, mais dans lesquels des charges de traction sont appliquées au matériau, ont montré - que l'on pouvait pratiquement, supprimer la déformation rencontrée 35 précédemment. / . , • • On va maintenant décrire, à titre d'exemple, un disposi-, tif de soudure selon, l'invention, ce dispositif étant représenté schématiquement sur les dessins joints, , sur lequel : la figure 1 est une vue schématique d'une machine à 40 souder selon 1'.invention ; 70 26963 3 2060054 Les figures 2 et 3 sont respectivement une vue en plan et une vue en élévation en bout d'un élément particulier en cours de soudure ; la figure 4 est une vue partielle de cet élément en coune 5 selon la ligne 4-4 de la figure 2 ; et La figure 5 est une vue en coupe transversale détaillée représentant une forme de tête de soudure pour souder l'élément représenté sur les figures 2 à 4-. En se reportant d'abord à la figure t, on voit un certain 10 nombre de profilés de renforcement 11 qui doivent être soudés sur un côté d'une tôle métallique 12. La tôle 12 et les profilés 11 sont positionnés et fixés dans un gabarit vertical de tenue 13 sous forme d'un cadre rectangulaire, de telle sorte que l'on peut exercer une traction longitudinale uniforme à la fois sur 15 la tôle et sur les profilés. La force de traction est appliquée et maintenue pendant toute l'opération de soudure par une série de vérins hydrauliques 14, ou par tout autre dispositif de traction agissant à l'intérieur du cadre de tenue 13, les extrémités de l'élément était maintenues dans des barres de bridage trans-20 versales 15. Les bords longitudinaux verticaux du cadre 13 sent maintenus dans des guides verticaux fixes 16, qui perme-ttent au cadre de se déplacer vers le haut dans la direction de la flèehe F pendant l'opération de soudure. Lorsque l'élément est déplacé de 25 cette manière, il passe à travers un étrier ou châssis 17 supportant l'équipement de soudure, et monté sur les guides 16. La tête de soudure 18, qui effectue le cordon de soudure vertical, peut être réglée horizontalement sur un rail 19, pour effectder des soudures à différents endroits selon la largeur de l'élément. 30 Le travail peut être effectué, soit en faisant des cordons de soudure du même côté de la tôle 12 que les profilés 11, soit en effectuant des soudures traversantes depuis le côté opposé de la tôle formant l'élément. Une façon particulièrement avantageuse d'utiliser l'invention 35 est de l'utiliser en liaison avec les techniques de soudure avec étirage. La technique de soudure avec étirage est un moyen de tenir les composants ensemble en les étirant localement à travers une filière avant et pendant une opération de soudure par fusion. Cette 40 filière peut être fixa et le composant mobile, ou vice versa. Une. 70 26963 4 2060054 combinaison de la technique de soudure sous tension et de la technique de soudure avec étirage est un moyen intéressant d'effectuer des fabrications soudées ayant une longueur quelconque. On peut assembler ensemble les composants dans leur posi-5 tion correcte et leur appliquer un effort de traction, en maintenant les parties alignées sur toute leur longueur. la filière de soudure avec étirage doit maintenir ensemble localement les composants, elle est montée avec l'équipement de soudure et se déplace selon la longueur du cordon de soudure. En variante, la 10 filière et l'équipement de soudure peuvent être fixes, tandis que le châssis de traction avec les composants de l'élément maintenu sous tension peut être mobile . Les figures 2 à 4 montrent des travaux caractéristiques de soudure à effectuer et la figure 5 une tête de soudure pour 15 effectuer ces travaux. L'élément est constitué par un panneau d'avion en alliage de titane 20, sur une face duquel on doit souder des profilés longitudinaux 21 à section en U. Le panneau à 1,0mm d'épaisseur et 2,10m de longueur, et neuf profilés parallèles sont disposés à intervalles de 70mm selon la largeur. 20 Les profilés sont en un matériau de 0,56mm.d'épaisseur et sont pliés pour former une section carrée ayant un côté ouvert, le côté extérieur ayant 16mm de largeur. La longueur soudée de chaque lisse 21 est seulement 168cm, le reste des 210cm de longueur étant du matériau excédentaire utilisé pour procurer une marge 22 25 . à chaque extrémité de l'élément à des fins de bridage. Le procédé de soudure employé est la soudure de tungstène sous gaz inerte, l'élément étant maintenu en tension dans le sens longitudinal sous une contrainte de 44 kg par mm2. La figure 5 montre comment l'élément est étiré à travers une tête de soudure 30 qui comporte un bloc de bridage supérieur 23, appliqué sur la face du panneau 20 opposée aux profilés 21, et un bloc de bridage inférieur comportant des blocs parallèles espacés 24 en prise avec le panneau 20, et délimitant entre eux un passage 25 dans lequel chacune des sections de profilé 21 est montée à ajustage 35 coulissant ; le passage comporte également une platine coulissante 26, qui est repoussée vers le haut par des ressorts 27 pour appliquer la lisse à sa place contre le panneau 20. La soudure se fait en effectuant des cordons de soudure 30 à travers l'élément, au moyen d'une paire d'électrodes. 28'logées dans des passages 29 dans 30 le bloc supérieur. Les portions 23A, 23B du bloc supérieur 23 sont 70 26963 5 2060054 isolées, par exemple en 31, de la portion de bridage, et l'une de l'autre, pour former des chalumeaux de soudure portant les électrodes. les chalumeaux de soudure sont refroidis à l'eau et alimen-5 tés en argon. Les deux ensembles de bridage supérieur et inférieur ont des passages de refroidissement pour l'eau 32, l'argon est amené, non seulement aux deux chalumeaux, mais également à travers des passages 33 dans le bloc de bridage inférieur et le long de l'intérieur de la section de profilé 21. Cette technique 10 n'est pas limitée à la soudure de profilés (ou à d'autres raidisseurs analogues ) qui sont parallèles l'un à l'autre ou à l'axe du panneau. Pourvu que les profilée soient rectilignes et puissent être individuellement mis sous tension, on peut effectuer l'opération de soudure d'une manière similaire, les chalumeaux de soudure 15 et les filières se déplaçant automatiquement en même temps à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens transversal du panneau. Le rapport du mouvement transversal au mouvement longitudinal peut être programmé pour s'adapter à l'angle que fait le profilé avec l'axe du panneau tout entier-20 On peut employer les diverses techniques de soudure qui viennent d'être décrites, ainsi que le déplacement de la tête de soudure, soit dans des plans horizontaux , soit dans des plans verticaux, pour produire des composants soudés ayant pratiquement une longueur quelconque. 70 26963 2060054 REVENDICATIONS 10) Procédé de soudure caractérisé en ce que les composants à souder ensemble sont maintenus sous une charge de traction, appliquée dans le sens du cordon de soudure, pendant les opérations de soudure. 5 2°) Procédé selofc la revendication 1 caractérisé en ce qu'une charge de traction est appliquée qui engendre dans le matériau à souder une contrainte pouvant atteindre 90$ de la limite élastique de ce matériau. 3°) Procédé selon la revendication f ou 2, caractérisé 10 en ce que la charge est' appliquée par des. moyens tels qu'un système de ressorts de compensation , ou un système hydraulique, qui maintiennent une.contrainte constante, quelle que soit la dilatation ou la contraction thermique de l'élément à souder. 4°) Procédé selon la revendication 1 ou 2 pu 3, carac-15 térisé en ce que les composants à souder sont montés dans un cadre qui porte des moyens permettant d'appliquer à ces composants la charge de traction, ce cadre se déplaçant par rapport à un autre cadre portant une tête de soudure (ou une série de têtes de soudure) pour effectuer le cordon de soudure, ou simultanément une multi'pli-20 cité de cordons de soudure. 5°) Procédé selon la revendication 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que le cordon de soudure est produit par soudure avec étirage, les composants à àssembler étant maintenus ensemble dans la zone de soudure en les étirant localement à travers une filière 25 ou un ensemble de bridage. t COPY