Brevet FR2193674A1 — publié le 19740222

ta présente invention.due à Vasile BERINDE, Adolf MILLION, Nicolae GREAW et Carol MILLION, concerne un procédé pour recharger par soudure au jet de plasma la surface de pièces métalliques, ce procédé permettant d'appliquer des couches composées d'alliages à propriétés spéciales, réalisées par la fusion simultanée des éléments composants dans un jet de plasma, les opérations étant effectuées mécaniquement à l'aide d'un groupe de soudage adéquat. L'invention est également relative au dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé. Le rechargement par soudage de la surface de pièces métalliques est appliqué à des pièces et organes de machines de toute sorte, constitués par des métaux et des alliages habituels, pour conférer à ces surfaces des propriétés spéciales de résistance à l'usure, à la corrosion, à des températures élevées, etc. On connatt différents procédés de rechargement par soudage au jet de plasma - rechargement avec des poudres métalliques introduites et fondues dans le jet de plasma, - rechargement avec des fils introduits mécaniquement en dessous du générateur de plasma, directement dans le bain en fusion sur la surface du métal de base, - rechargement utilisant une combinaison entre les deux procédés ci-dessus, en introduisant le fil directement dans le bain de métal en fusion, les poudres métalliques étant introduites directement dans le bain, ou dans le jet de plasma. Les inconvénients communs à tous ces procédés tendent dans le fait que la réalisation des couches à propriétés spéciales avec alliage complexe, est rendue difficile à cause de la nécessité d'avoir certains systèmes compliqués pour le dosage des poudres, ou à cause de l'impossibilité d'obtenir ces alliages sous forme de fil continu. En effet, dans le cas de l'introduction des poudres métalliques dans le jet de plasma, ou directement dans le bain de métal en fusion, ces poudres doivent satisfaire à des conditions spéciales de granulométrie, et le dispositif de rechargement doit être muni de systèmes compliqués de dosage pour éviter une modification inadmissible de la composition de la couche rechargée, due au débit non uniforme des poudres ; tandis que pour l'utilisation des matériaux d'apport seulement en forme de fils, lesdits procédés sont limités par la nécessité de réaliser au préalable des fils de composition désirée, étant donné qu'une série d'alliages ou de mélanges de métaux ne peuvent pas être laminés ou tréfilés en fils. On connaît de même un procédé qui utilise une électrode remplie avec des particules de carbure et qui, sous l'action de la chaleur est fondue et se dépose sur la surface de la pièce mais ce procédé présente un inconvénient dû au fait que le dosage du matériau dur sur la surface de la pièce est difficile, la technologie de la réalisation des électrodes étant à son tour difficile. Certains procédés utilisent des bandes métalliques, ayant dans leur composition des éléments à allier. Comme dans le procédé précédent, les inconvénients sont dus à la technologie pour réaliser la bande, et aussi aux difficultés pour régler la quantité de matériau dur sur la surface de la pièce. La présente invention élimine les inconvénients des procédés connus et dont il a été question ci-dessus. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que, pour réaliser une couche métallique déposée par soudage, on utilise comme matériau d'apport un profilé métallique en forme d'auge dans lequel sont déposés par gravité les éléments d'alliages sous forme de poudres ou de granulés, le profilé étant continuellement poussé dans la zone de fusion d'un jet de plasma, qui provoque la fusion simultanée de la surface du métal de base et du profilé métallique avec les poudres ou les granulés qui se trouvent dans ledit profilé, le rapport entre les quantités de métal provenant du profilé et des poudres ou des granulés, étant réglé respectivement par l'épaisseur et la largeur du profilé, et par la largeur et la forme de l'auge dudit profilé qui déterminent la quantité de poudres ou de granulés contenue par unité de longueur du profilé. On donne ci-après un exemple d'application de l'invention, avec références aux figures ci-annexées, qui représentent la fig. 1, une vue latérale et frontale d'un raccord pour tige de forage,pendant son rechargement avec du carbure de tungstène granulé et avec de l'acier provenant du profilé, la fig. 2, une vue en section transversale, dans la couche chargée avec le carbure de tungstène et l'acier, de ce meme raccord pour tige de forage et la fig. 3, une vue générale du dispositif de rechargement par soudure au jet de plasma, agencé pour le rechargement d'un raccord pour une tige de forage. Le procédé selon l'invention consiste dans la fusion simultanée dans un jet de plasma 1, produit par un générateur de plasma 2, de la surface d'une pièce 3 et d'un profilé d'acier 4 en forme d'auge contenant des granulés de carbure de tungstène 5 déposés sur le susdit profilé 4 ; on forme ainsi un bain de soudure 6 qui, par la rotation de la pièce 3 (dans le sens indiqué par la flèche) est solidifié et donne une couche rechargée 7, composée de granulés de carbure de tungstène partiellement fondus 8, incorporés dans un liant 9 lui-m#me composé par du métal provenant de la fusion totale du profilé 4 et de la fusion partielle du raccord 3, et par des granulés de carbure de tungstène 5.Le degré de fusion de ces granulés est établi par le réglage de la direction, du sens et de la position d'introduction du profilé 4 dans la zone de fusion, de mOme que par le réglage du régime électrique et de la position du générateur de plasma 2 par rapport au raccord 3. Le procédé est mis en oeuvre intégralement à l'aide d'un dispositif de soudage unitaire, composé d'un chariot 10, actionné par un moteur électrique 11,sur lequel sont montés le support 12 pour le rouleau de la bande 13 pour le profilé, un panneau de commande 14, une colonne tournante de soutien 15, un dispositif à profiler 16 traversé par la bande 13 et actionné par un moteur électrique 17, une réserve de poudres 18 munie d'un obturateur 19, un mécanisme à penduler 20 actionné par un moteur électrique 21, des bras de réglage 22 et 23, et un mécanisme de réglage 24 avec ses manettes 25, 26 et 27. Dans le voisinage du chariot 10, - lequel se déplace sur une voie de roulement 28, se trouve un mécanisme de rotation 29 de la pièce 3 actionné par un moteur électrique 30. L'appareil est muni aussi d'un ensemble pour l'alimentation en courant en eau et en gaz de protection (non représenté sur la figure). Au chargement circulaire, le chariot 10 reste immobile et la pièce 3 tourne dans le dispositif 29. En agissant sur la manette 25 du mécanisme de réglage on élève simultanément la machine à profiler 16, la réserve de poudre 18 et le bras 23 avec le mécanisme à penduler 20, et le générateur de plasma 2 ; en agissant sur la manette 26 on règle la position de la réserve 18 par rapport au profilé 4 et donc la hauteur de la couche de granulés 5 ; en agissant sur la manette 27 on règle la hauteur du générateur de plasma 2 par rapport au profilé 4 avec la couche de granulés 5 ; et en agissant sur le réglage de la longueur des bras 22 et 23 on fait varier l'amplitude du mouvement pendulaire du générateur de plasma 2 et sa position par rapport à la verticale de la pièce 3. Par un choix adéquat du sens de rotation de la pièce 3 et, par une inclinaison adéquate de la machine à profiler 16, on règle la direction et le sens d'introduction des matériaux d'apport 4 et 5 dans la zone de fusion du raccord 3. La vitesse du mouvement pendulaire du générateur 2, la vitesse d'avance du profilé 4 et la vitesse de rotation du raccord 3 sont réglées à partir du panneau 14 à l'aide des moteurs à rotation variable respectivement 21, 17 et 30. Le régime énergétique du phénomène de fusion, la composition et le débit du gaz plasmagène et de protection, ainsi que le débit de l'eau de refroidissement pour le générateur de plasma 2, sont réglés à partir du panneau de commande de l'ensemble d'alimentation. La forme du profilé 4 est réglée par un choix adéquat du profil des rouleaux du dispositif de profilage 16, et en meme temps de la largeur et de l'épaisseur de la bande du rouleau 13. Après le réglage de tous les paramètres pour l'obtention d'une couche chargée 7 d'une certaine largeur, profondeur et surélévation, ainsi qu' après un choix adéquat de la granulométrie du carbure de tungstène, tout le processus de chargement se déroule mécaniquement, en étant dirigé à partir du panneau de commande 14. Dans les conditions de laboratoire, on a procédé au rechargement par soudure au jet de plasma de certains raccords pour tiges de forage, les raccords étant exécutés en aciers faiblement alliés, du type 41 Mo C11 (0,43X C, 0131X Si, 0,79X Mn, 0,025X S, 0,021% P, 0,22% Mo et 1,246 Cr) ; le matériel d'apport était un profilé en acier doux ayant les dimensions 0,5 x 20 mm, et des granulés de carbure de tungstène ayant une granulation "20-30 mesh" (8-12 trous/cm). Le régime de rechargement du raccord a été : I P 60 A ; I2 = 140 A ; V1 = 18 V ; V2 = 34 à 36 V ; débit de gaz plasmagène P 1 1/min ; débit de gaz de protection = 8 I/min ; vitesse de rotation du raccord 0,25 tour/min. diamètre extérieur du raccord = 180 mm. On a obtenu une couche rechargée par soudage, de 4 à 5 mm d'épaisseur et 24 mm de largeur, dans laquelle sont inclus les granulés de carbure de tungstène non fondus, ainsi que l'on voit dans la figure 2. Les épreuves microstructurales ont démontré que les granulés de carbure de tungstène n'ont pas été fondus. Le procédé selon l'invention présente les avantages suivants - l'alliage ou le mélange de métaux, formant la couche rechargée, est obtenu dans le processus même de fusion et de rechargement, par la fusion simultanée du profilé et de la poudre ou des granulés de composition désirée ; on assure de cette manière un domaine étendu de réglage de la composition chimique on permet aussi la réalisation des alliages ou des mélanges de métaux qui ne peuvent pas être obtenus sous forme de fil ou de profilés tout en éliminant la nécessité de certains dispositifs compliqués pour le dosage des poudres ou des granulés dans la zone de fusion du plasma, par la possibilité de les mélanger d'avance dans les proportions désirées, et de les doser par chute libre sur le profilé, que constitue, d'une part, une composante d'alliage, et, d'autre part, une bande transporteuse fusible pour des poudres ou granulés ajoutés - le dispositif de soudage, constituant une unité compacte, permet son utilisation autant comme installation fixe pour le chargement des petites pièces, que comme installation mobile pour le chargement des tôles, viroles et en général des grandes pièces; - les multiples possibilités de réglage du groupe, assurent l'obtention de couches rechargées à géométrie variable, avec une largeur, une profondeur et une surépaisseur désirées - la construction du dispositif permet son emploi pour le rechargement par soudure du plasma, utilisant comme matériau d'apport seulement des fils ou profilés, sans apport de poudres ou granulés, avec la possibilité d'introduire un courant électrique, tant par le fil que par le profilé. REVENDICATIONS 1. Procédé pour recharger des pièces par soudure au jet de plasma, caractérisé en ce que. pour réaliser une couche métallique (7) déposée par soudage, on utilise comme matériau d'apport un profilé métallique (4) en forme d'auge dans lequel sont disposés, par gravité, des éléments d'alliage sous forme de poudres ou de granulés (5), le profilé étant continuellement poussé dans la zone de fusion (6) d'un jet de plasma (1) qui provoque la fusion simultanée de la surface du métal de base (3) et du profilé métallique (4), avec les poudres ou les granulés (5) qui se trouvent dans le profilé (4), le rapport entre les quantités de métal provenant du profilé et des poudres ou des granulés étant réglé respectivement par l'épaisseur et la largeur du profilé, et par la largeur et la forme de l'auge dudit profilé qui déterminent la quantité de poudres ou de granulés contenue par unité de longueur du profilé. 2. Dispositif de soudage pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, pour la réalisation de couches métalliques (7) déposées par soudage, et présentant des paramètres géométriques et une composition chimique réglables entre de larges limites, caractérisé par le fait qu'il comporte ; un chariot (10) actionné par un moteur électrique (11) sur lequel sont montés un support (12) pour un rouleau portant la bande (13) pour le profilé et un panneau de commande (14) ; une colonne tournante de soutien (15) un dispositif de profilage (16) traversé par la bande (13) et actionné par un moteur électrique (17) ; une réserve de poudres ou de granulés (18) munie d'un obturateur (19) ; un mécanisme de pendulage (20) actionné par un moteur électrique (21) et comportant deux bras de réglage (22 et 23) ; un mécanisme de réglage (24) et trois manettes (25, 26 et 27) pour le réglage sur la verticale du dispositif de profilage (16) de la réserve (18) et du générateur de plasma (2) ; un mécanisme de rotation (29) actionné par un moteur électrique (30) disposé au voisinage du chariot (10) qui se déplace sur une voie de roulement (28) pour pouvoir s'approcher du susdit mécanisme de rotation (29) ; un ensemble pour l'alimentation en courant, en gaz et en eau de refroidissement du générateur de plasma, en sorte que, une fois le réglage des paramètres énergétiques et géométriques effectué, l'ensemble du processus de rechargement se déroule mécaniquement en étant conduit et contrôlé à partir du panneau de commande (14).