Brevet FR2191969A1 — publié le 19740208

L'invention se rapporte au domaine du soudage à l'arc. la présente invention concerne un procordé et un appareil de soudage à l'arc dans lesquels la pointe d'une lec- trode conson.^hle est mise en oscillation et, en synchronise avec ce mouvement d'oscillation, deux types d'arcs ou plus présentant des caractéristiques différentes sont engendrés pendant un mouvement alternatif, l'électrode avançant en zig- zag le lon de la ligne de joint de manière à effectuer la soudure. Pour obtenir une amélioration, il a été nécessaire de remédier à la fois à l'absence de fusion de la pièce à souder et à l'étalement excessif du bain de soudure qui correspondent à des impératifs contradictoires. Ces problèmes sont résolus suivant l'invention et on peut réaliser automatiquement une soudure satisfaisante, indépendamment de ce que le soudage est réalisé bord à bord ou en congé ainsi que de la position de la pièce à souder, à savoir : horizontale ou verticale. D'une façon générale dans les réalisations connues, lorsque la chaleur produite par l'arc en cours de soudage aug- mente, la pénétration et le degré de fusion de la zone de soudure dans la pièce sont améliorés mais il risque de se produire des défauts de coulures de métal en fusion et d'étalement inégal du cordon dans le cas d'une soudure horizontale en cong alore que, lorsque l'échauffement est réduit, on peut éviter les coulures et l'étalement in gel du cordon mais la fusion est altérée. L'invention e pour but de rsoudre ces problmes contradictoires. En outre on connaît un procédé de soudage à l'arc pulsé à l'aide duquel on a essay@ de résoudre des problèmes contradictoires tels que l'absence de fusion, les coulures de la soudure et l'étalement inégal du cordon. Ce procédé a pour but de permettre l'exécution d'une bonne soudure en faisant varier le courft d'oscillae dans une période de 1/50 à 1/100 de seconde de façon ci fournir périodiquement une inpulsion de courant élevé.Cependant, puisqu'on ne prend pas en considération les défauts tels que l'absence de fusion, les coulures et un étalement inè@al du cordon en fonction de la position le long de la rainure de soudage, considérée en section droite, on peut seulement obtenir un ré,-le 3e correct de l'échauffement de l'ensemble de la zone de soudure et un controle du transfert de métal en fusior mais on n'a pas trouvé de solution fondamentale permettant de resoudre des problèmes contradictoires tels que des défauts d'absence de fusion, de coulures du métal de soudure et d'étaiement inégal du cordon.Cette tendance est particulièrement sensible à mesure que l'épaisseur de la pièce à souder et les dimensioils de la rainure augmentent et on utilise par conséouent un procédé de soudage à l'arc court produisant un faible chauffenent et faisant intervenir deux ou plusieurs passes pour résoudre le problème. Celez empêche l'automatisation des soudages et nécessite un haut degré d'halbileté de la part des soudeurs. L'invention permet de tenir compte du degré d'échauffement nécessaire pour obtenir une bonne soudure dans chaque position de la section droite de la rainure de la zone de soudage et elle permet d'assurer un échauffement différent en fonction de la position, c'est-à-dire qu'on produit un arc pré- sentent une caractçristiolue différente en fonction de la position, ce qui permet d'amWliorer la fusion de la pièce à souder, et d'éviter des défauts tels que des coulures du métal de soudure et un étalement inégal du cordon.Plus pcrticulièrement l'invention est caractérisée ei ce qu'un mouvement oscillant est transmis à la pointe d'une électrode consommable en correspondance à chaque position de la section droite de la rainure de soudage et, on produit plusieurs arcs présentant des caractéristiques différentes en synchronisme avec le mouvement oscillant. En produisant un arc engendré or un courant soit, par exemple un arc atomisé lorsque la pointe de l'électrode consommable se trouve dans la position la plus rapprochée dc la face de r-inure ménagée dans la pièce à souder et lorsqu'on engendre un arc par un courant faible, par exemple un arc court lorsque la pointe d'électrode se trouve dans d'autres positions, on améliore non seulement la pêntration dans la ace de rainure à l'aide de l'arc atomisé mais on évite également la fourniture d'une chaleur excessive en maintenant l'arc court dans la majeure partie des positions, ce qui permet d'éliminer les phénomènes de coulures du métrai de soudure et d'étalement ingal du cordon. Ainsi l'invention consiste J produire de façon-répétée plusieurs types d'arc en correspondance à chaque position de la rainure de soudage la pointe de l';lectrode conso:rble étant mise en oscillation et, tout en entgendrant deux ou plusieurs types d'arc présentant des caractéristiques différentes pendant un mouvement alternatif synchronisé avec le mouvement oscillant, on fait avancer la pointe de l'électrode consomable en zig-zag le long de la ligne de soudure. D'autres avantage et caractéristiquer de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins an vexés, dans lesquels : Fig. 1 est une vue en perspective montrant le processus de manipulation dt-une électrode suivr-;;2t llinvention, Fig. 2 est un graphique donnent la relation entre le courant d'oscillage et le temps de génération d'@re dans le pro cédez de 1 'invention, Fig. 3 est une vue en perspective montrait un autre exemple du processus de manipulation de l'électrode suivant l'invention, Fig. 4 est un schéma de réalisation de l'appareil sui- vant l'invention, Fig. 5 est un schéma d'un autre exemple de réalisation de l'appareil suivant l'invention, Fig. 6 est un schéma représentant un dispositif de co- mande e l'appezeil de la fig. 5, Sur la Fig. 1, on a désigné par 1 une tôle horizontale, par 2 une tale verticale, par 3 une baguette de soudage et par 4 une courbe suivie par la baguette de soudage 3. Sur la Fig. 3, on a désigné par 1 une tôle épaisse e acier dont les deux parties sont placées bord contre bord en for. n entre elles une rainure en V, par 2 une torche de soudage et par 3 une courbe suivie par la pointe de la baguette de soudage en cours de soudage, deux branches de cette courbe étant désignées par A et B sur l@ figure. On va décrire dans la suite des exemples de réalisations de l'invention. .3:1 On a utilisé une tôle acier de 12 mm d'épaisseur placée dans la position de soudage horizontal e congé conte indilué sur la Fig. I. Bien qu'on puisse adopter différents processus de manipulation de 11 électrode dans cette position de soudage, on a utilisé dans l'exomple considéré le procédé de progression en zig-za . Comme le montre la variation du courant e soudage en onction du temps, le soudage a te réalisé à l'aide d'un arc de forte densité de courant (280 à 320 A pour une baguette de 1,6 mm, diamètre = 160 A/mm2) pendant la période t1 de génération de l'are sur la tôle horizontale de manière à améliorer la pénétration de la soudure dans la tole et dans l'angle. Pendant 1? période t2 dans laquelle le soudage a été réalis dans la tôle verticale depuis la partie d'angle jusqu'au point de retour ç 1 tole horizontale, l'arc précédent a été automatiqueiaent changé en un arc présentant une faible densité de court (150 à 190 Li pour une baguette de 1,6 mm diamètre = 95 A/mm2) qui a été déterminée de façon à ne pas produire d'affouillement dans le bol spérieur de la soudure correspondant à la tôle verticale tout en n'altérant pas la forme de section droite du cordon par coulure de métal déposé pendant le soudage vers le bas.L'opération décrite ci-dessus a été automatiquement ynchronisée avec le mouvement oseillant de manière à maintenir le point de commutation du courant d'arc sur une ligne comstante en cours de soudage.On a utilisé par conséquent les conditions de soudage suivantes baguette de soudage fil convenant ou un soudage avec C02 (1,6 mm) Gaz de protection : A + C02 Arc de forte densité de courant (t1) = 0,4 - 0,8 s intensité = 280-320 A tension = 2S - 30 V Arc de faliple densité de courant (t2) = 1,5 - 3 s intensité = 150-190 A tension = 18 8 - 20 V vitesse d ' avance : 100 - 150 mm/mm largeur @'oscillation: 20 - 30 mm La zone de soudure obtenue dans cet eYeqDle a été cmélicrée en ce qui concerne l'égalité d'étalenent cordon et l'absence d'affouillement. Bien que, dans l'exemple d@crit plus haut, on ait utilisé alternativement un are atomisé et, un arc court pour le soudage, en changeant simplement l'intensité du couant fourni par une source de courant continu, on peut utiliser deux ou plusieurs types d'ar@s en utilisant un arc pulse o un courant de forme spéciale. Jn outre, dans le cas d'un arc pulsé, la nature de l'arc change en fonction de l'intensité de la composante de courent continu et la con@ition de tra@sfert du métal en fusion suppose également un phénomène de transfert par atomisation ou similaire dans le cas d'un courant fort et suppose un phénomène de transfert analo-me à un transfert globulaire ou par arc court dans le cas d'un faible courant, ce qui permet d'obtenir sensiblement le même effet que lorsqu'on utilise deux types de caractéristiques d'arcs, ce problème étant -solu suivant l'in- vention. EX IMPLE 2 Dans le cas du soudage en position verticale d'une tole d'acier épaisse, le procédé suivant l'invention a té ap- plaqué en introduisant un arc atomisé pendant une très courte période dans un arc court. Conditions pratiques d'exéeution tôle d'acier : tôle en acier doux de 32 mm d'épaisseur dimensions de la rainure t intervalle d'écartement 2 min, rainure en V à 450 fil de soudage : fil massif de 1,2 mm gaz protecteur : A + 20 % C02 position de soudage : verticale, bord à bord position de soudage : sur les deux côtés de la rainure arc atomisé autres positions : arc court (Fig. 4) intensité et tension : arc atomisé : 250 A, 29 V arc court : 190 A, 19 V durée de génération d'arc : arc atomisé toutes les passes 0,2 s. arc court : 0,8 - 20 s. en fonction du nombre de passes vitesse de montée de la torche : 8-15 cm/mn, en fonction du nombre de passes Dans cet exemple, on a constaté qu'il ne se produis@it pas de coulures du @étal en fusion et qu'on obten it un cordon d'un profil relativement uniforme qui est caractvrisé par l'absence de défauts, tel qu'une insuffisance de fusion sur les deux cotés de la rainure. EXEMPLE D Pour un soudage en position verticale d'une plaque d'acier, on a appliqué le procédé de l'invention en produisant un arc atomisé des deux côtés de la rainure, cet arc étant ensuite interrompu pendant une très courte période et remplacé par un arc court produit au voisinage du centre de la rainure. On a utilisé les mêmes paramètres que dans ltexemple 2 en ce qui concerne la position de soudage, l'épaisseur de la tôe d'acier, la forme et les dimensions de la rainure, le fil de soudage et le gaz protecteur, à l'exception des conditions suivantes Conditions de soudage arc et position de soudage utilisés arc atomisé (sur les deux côtés de la rainure) - interruption d'arc arc court (partie centrale de rainure) intensité et tension de soudage arc atomisé : 250 , 29 V arc court : 160 A, 17 V durée de génération d'arc et d'interruption arc atomisé : 0,2 s. pour toutes les tasses interruption d'arc : 0,2 s pou- toutes les passes arc court : 0,6 - 1,6 s. en fonction du nombre de passes. Dans cet exemple, on a constaté qe la tendance à la coulure du métal en fusion en cours de soudage était réduite, que l'opéfltion ae soudage était ais@ment réaliséeet qu'il ne se produisait pas de défauts tels qu'une absence de fusion sur les deux OÔtb-S de le rainure. @@ @PLE 4 Dans cet exemple, on utilise un appareil qui synchro- r se les courants d'arc vec le dépl@cement de la torde de soudage an utilisant un ionterrupteur tel qu'un interrupteur à lame et an opérant en soudage vertical bord à bord. Comme indiqué sur la Fig. 4, une torche 2, placée en regard de tôles 1 et 1' à souder comportant une rainure, est montée sur un axe de pivotement 3. Un axe 4 fixé sur la partie arrière de la torche 2 et un axe 5 fixé sur un disque tour- nant T entrainé par un moteur électrique (non représenté) seront reliés par l'intermédiaire d'une bielle (6) de manière à convertir le mouvement de rotation du disque 7 en un mouvement d'oscillation de la torche. Un aimant permanent O est fixé sur la périphérie du disque tournant 7.Dans des positions corres- pondantes à l'aimant permantent 8 sur la périphérie du disque tournant 7, des interrupteurs à lame 9 et 9' sont fixés sur un support 10 de manière que le passage de l'aimant permanent 8 devant les interrupteurs à lame 9 et 9' assure leur actionnement. il est prévu un relais 1 qui est sollicite par les interrupteurs à lame 9 et 9 t de manière à commander le courant d'arc, une borne Sp étant reliée ci une source de courant d'arc atomisé tandis qu'une borne Sh est reliée å une source de courant d'arc court.Lorsqu'il ne passe aucun courant dans le relais 11, la borne ah est reliée à untiorne , tandis que, lorsque du courant passe dals le reluis 11, c'est-à-dire lorsq1ue l'aiment 8 passe à proximité de l'interrupteur à lame 9 de manière à l'actionner, la borne Sp est reliée à l@ borne A. On va maintenant décrire le fon@tionnement de cet appareil de soudage Après positionnement du support 1C de façon à placer correctanent la pointe de la baguette de la torche 2 dans la rainure de soudage iiénagée entre les tôles i et 1', le disque tournant 7 est is en rotation. La pointe de la baguette de la torche 2 oscille alors vers la droite et vers la gauche à l'intérieur de la rainure.D'autre part, puisque l'axe 5 fixé sur le disque tournant 7 est disposé approximativement sur la :neme ligne radiale que ltaiment 8, la pointe de la baguette de torche 2 est dans la position la plus rapprochee de la tôle 1 lorsque l'aimant 8 est situé dans la position la plus rapprochée de l'interrupteur à lame 9. Il en résulte un actionnement de l'interrupteur 9 qui fait passer un courant dans le relais 11, de sorte que la source de courant d'are atomisé est excitée.Le disque 7 continuant son mouvement de rotation, l'aimant 8 s'écarte de l'interrupteur à lame @ et la pointe de la torche 2 s'carte de 1 tôle 1 en dIrection de l'autre tôle 1'. Pendant ce mouvement, aucun courant ne passe dans le relais il et la torche 2 est alimentée par lp source de courant correspondant à l'arc court. 'lorsque la pointe de la torche 2 se rapproche de la tôle 1', l'interrupteur à lame 9' est actionné de façon à alimenter z nouveau la torche 2 par un courant établissant un arc atomisé.Un conséquence, lorsque la pointe de la torche 2 se rapproche des tôles 1 et 1', un arc atomisé est engendre' alors que, lorsque la pointe cie la torche 2 s'éloigne des tôles i et 1' et est situe entre elles, un arc court est engendré, ce cycle se répétant par la suite. Dans cet exemple, on a décrit un appareil qui utilise deux interrupteurs à lame et qui commande deux types de sources de courant arc mais il est possible de fabriquer un appareil qui utilise plus de deux interrupteurs à lame et qui commande plus de deux sourcews de courant d'arc. @X@@PL@ 5 Dans cet exemple, on utilise un appareil de soudage vertical bord à bord oui est pourvu d'un oscillateur produisant un signal a intervalles de temps constants et qui, en fonction de ce signai, synchronise 1 commande d'une source de courant d'arc avec le dépl@cement d'une torche de soudage. Comme indiqué sur la Fig. 5, une torche 13 placée en regard de ttles 12 et 12' à souder comportant une rainure, est montée sur un axe de pivotement 14. Un sxe 15 fixé sur la partie arrière de la torche 13 et un axe 18 fixé sur un disque tournant 17. entraîné par un moteur de synchronisation 16 (moteur synchrone ou moteur å impulsions) sont reliés par l'intermédiaire d'une bielle 19 de manière que le mouvement de rotation du disque 17 soit converti en un mouvement oscillant de la torche 1. Le moteur de synchronisation 16 peut être agencé de manière à sélectionner la direction et l'angle de rotation à l'aide d'un courant le traversant (à savoir un courant pulsé) et il en résulte qu'on peut choisir une largeur d'oscillation (amplitude) de la pointe de torche sans cl1anger les positions relatives de l'axe de pivotement 1, des axes 15 et 18 et dela bielle 19. On va maintenant décrire en référence à la Fig.6 un dispositif d'excitation du moteur de synchronisation 16 et de commande de la source du courant d'arc fourni à la torche 191 ce dispositif synchronis?nt le mouvement du moteur 16 avec la commande de la source de courant d'arc ; ce dispositif est constitué par un générateur de signaux de synchronisation GS qui convertit l'onde sinuaoldale de 50 périodes aisément disponible en une onde carrée et qui produit à intervr-les de temps constants un signal de manière à engendrer un courant pulsé toutes les 0,02 s.En prenant en considération le temps unitaire minimum nécessaire à la commande du mouvement du moteur de synchronisation 16 et à la commande CSC de la source de courant d'arc SC, il suffit de produire un signal pulsé toutes les 0,1 seconde et par conséquent le signal pulsé produit toutes les 0,02 seconde est converti en un signal pulsé se produisant toutes les 0,1 seconde à l'aide d'un convertisseur de signaux de commande CS afin d'utiliser ce signal comme impulsion de base. le moteur de synchro nisatio4I6 est entraîné en rotation par cette impulsion de base afin d'assurer l'oscillation de la torche 13.Bien que cela ne soit pas représenté sur la Fig. 5, on peut également prévoir pour entratner un mécanisme d'avance 13a faisant déplacer un support 20 le long de la ligne de soudure un moteur de synchronisation qui remplit une fonction siL1ilaire au moteur de synchronisation du mouvement d'oscillation. L'impulsion de base est en outre fournie à plusieurs compteurs sélecteurs qui assurent clrcun le comptage des impulsions de base pendant une période fixe en correspondance à un programme prédéterminé ; lorsqu'un intervalle s'est écoulé dans la période, c'est-a-dire après comptage d'un nombre fixe d'impulsions de base, un signal est engendré de tanière à enclencher ou à arrêter la source de courant d'arc. içr exemple en supposant qu'une période possède une durée d'une seconde et qu'on utilise deux types de sources de courant d'arc, lorsque le moteur de synchronisation 16 assurant le mouvement d'oscillation de la torche 13 a reçu dix impulsions de base, le disque tournant 17 effectue une révolution conformément au réglage du dispositif de commande. Il en résulte que la pointe de la torche répète un mouvement d'oscillation ccrrespondant à un cycle dans une seconde. Un compteur-sélecteur A compte cinq impulsions à partir d'un point-crigine dans une période précédant l'amorçage de la période siivante et iw produit un signal entre la seconde et la cinquième impulsion reçue . Un compteur sélecteur B présente la même période de cinq impulsions de base qua le compteur sélecteur h et il produit un signal entre la troisième et la @@trième impulsion reçue.Un compte@r sélecteur C présente la même période que 'es compteurs selecteurs i et 3, et il produit un signal entre la troisième et la quatrième impulsion reçue . bn conséquence, le signal engendré par le compteur sélecteur ;;, est utilisé pour enclencher une source de courant d'a@@ court alimentant la torche 1v tandis que le signal produit par le compteur-sélecteu B est utilisé pour arr@ter a source de courant d'arc court et que le signal engendré par le compteur sélecteur C est utilise pour enclencher une source de courant d'arc atomisé alimentant la torche 13. près un tel réglage des compteurs sélecteurs A, B et C, lorsque ces dispositifs de commande sont utilisés simultanément et que la pointe de la torche est positionnée au centre correct de l'aiiplitude d'oscillation, un courant d'arc atomisé passe pendant une durée d'environ 0,1 s. lorsque la pointe de la torche 13 se rapporche de la pièce J souder et un courant d'arc court passe pendant la partie restante du mouvement oscillant, excepté dans la zone centrale, pendant une période d'environ 0,2 s. Aucun courant ne passe dans la torche 15 pendant une période d'environ 0,2 s lorsque la pointe de la torche 13 traverse la zone Cu mouvement oscillant correspondant aux amplitudes centrales. Ainsi, le soudage peut être réalisé en synchronisant la commande de courant d'arc avec le déplacement de la torche de soudage. REVEN DICATIONS 1. Procédé de soudage, dans lequel on fait oseiller la pointe d'une électrode consommable, on produit deux ou plusieurs types d'arc présentant des caractéristiques différentes daiis un cycle du mouvement oscillant en synchronisme avec celui-ci et on fait avancer la pointe de l'électrode en zig-zag le ion- de la ligne de soudure. Ledit procédé étant caractérisé en ce qu'un arc de courant élevé est engendré lorsque la pointe se déplace a proxi@ité étroite de la pièce à souder et en ce qu'un arc de courant faible est engendré le reste du temps. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant le mouvement oscillant, un arc de courant éleve est engendré lorsque la pointe est j > placée au centre d'amplitude du mouvement oscillant et en ce qu'un arc de courant faible est engendré le reste du temps. 3. Appareil de soudage, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire osciller une torche de soudage, des moyens pour engendrer un signal électrique lorsque la torche de soudage atteint une position prédéterminée et des moyens pour sélectionner deux ou plusieurs types de sources e courant d'arc présentant des caractéristiques d'arc différentes par le signal électrique pour appliquer ces courants d'arc å la torche e soudage. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou ~, caractérisé en ce que l'arc de courant élevé est engerbé tenant une période de O,2 à O,6 s. 5, Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arc de courant élevé est engendré dans les conditions suivantes : intensité : 280 - -, , tens or ae @ 30 V et en ce que l'arc de courant faible est engendr@ dans conditions suivantes : intensité de 130 a 190 , tension de V