Brevet FR2204706A1 — publié le 19740524

L'objet de l'invention est une installation de métallisation à onde stationnaire destinée au revêtement de matériaux, en particulier de matériaux en bandes tels que des fils, des plaques, des objets métalliques suspendus individuellement, par du métal à point de fusion plus bas que celui des matériaux de base , par exemple de l'étain, du plomb, du zinc, destinée-par ailleurs au revêtement par du matériau de soudage de plaques pourvues de circuits imprimés et/ou à la réalisation des soudures de celles-ci garnies des pièces du circuit Des installations de ce genre ayant des conceptions constructives diverses et équipées de systèmes d'exploitation variés ,sont connues à ce jour On connaît des installations de métallisation au trempé dans lesquelles le matériau en mouvement incessant est plongé dans du métal en fusion de grande capacité calorifique et dans lesquelles l'immersion en dessous de la surface est réalisée par des moyens de guidage mécaniques L'inconvénient commun de telles installa tions est qu'au point d'entrée dans le bain de métal et au point de sortie du bain, du matériau en mouvement continuel,#il doit être fait usaged'eléments de construction narticulièrement compliqués ou de substances chimiques résistant à l'attaque pour réaliser une élimination continuelle de la couche superficielle d'oxydes et de scories , e'est-à dire pour empêcher sa formation Dans le cas de bains en fusion ayant des températures supérieuresa 300-3500C la couche superficielle d'oxydesvet de scories ne peut pratiquement plus êtr éliminée par des substances chimiques (fondants) déversées en surface . Dans les mêmes conditions les sous-produits non métalliques ( oxydes et autres scories) nés des différents composants du bain de métal, ainsi que les vapeurs de certains métaux volatels, par exemple le cadmium, se forment en quantités significatives et se répandent dans l'environnement du lieu de travail od le respect des faibles concentrations en impuretés, imposées du point de vue de la protection de la santé, ne peut s'obtenir que par des solutions techniques auxiliaires, comme par exemple une forte aspiration locale, onéreuses et compliquées . Mais la forte aspiration locale influence défavorablement l'uniformité dans 1 'espace et dans le temps de la température du bain de métal Les bandes conductrices métalliques formées sur la plaque de base isolante des plaques à circuit imprimé sont constituées d'un revêtement de produit de soudage dans le but d'améliorer la souda bilité .Pour réaliser celà,différentes installations utilisant des procédés chimiques, électrochimiques et calorifiques, sont connues . Dans le revêtement en produit de soudage par ledit procédé calorifique ainsi que pour le soudage des plaques de circuits imprimés pourvues d'éléments de circuits, des installations mettant en oeuvre deux procédés se sont répandues . Dans l'installation utilisant le procédé simple la plaque à circuit imprimé, vide ou garnie, flotte sur la surface du bain de produit de soudage en fu sion, est enfoncée légèrement dans celui-ci , puis est retirée du bain .Dans l'autre installation utilisant un procédé plus compliqué mais plus fiable et plus productif, la plaque à circuit imprimé vide ou garnie est conduite par dessus la ligne de crête d'une vague ou onde stationnaire de soudure en fusion, de telle façon que le dos de la vague touche au moins la surface à traiter de la plaque à circuit imprimé et l'enduit de façon régulière Les particularités caractéristiques des bains fixes évoqués ci-dessus, et des dispositi#fs qui les utilisent pour les revêtements en produits de soudage et/ou pour le soudage, correspondent aux dispositifs précédemment décrits en liaison avec la réalisation de la métallisation des ma matériaux Dans les dispositifs de revêtement en produits de soudage et/ou de soudage, provoquant la formation d'une vague ou onde stationnai re, une pompe mécanique à métal fondu, de conception spéciale et entraenée par un moteur électrique, est disposée dans le fond du récipient contenant le produit en fusion chauffé électriquement et est en général une pompe à aubages rotatifs rigides ( Pompe centrifuge) ou une pompe à engrenages .La matière en fusion refoulée par la pompe s'écoule à travers un canal soigneusement préparé , vers l'orifice horizontal de sortie au-dessus duquel se forme, par suite de la hauteur manométrique de la pompe et de la portance du liquide qui s'écoule, une vague ou onde stationnaire à ligne de crête horizontale . Le matériau en fusion retombant de la vague s'écoule dans le récipient de matériau en fusion .L'appoint de matériau de soudage qui a été réduit par l'apport aux pièces a revêtir , par la formation de scories et par les éclaboussures, est assuré par des dispositifs spéciaux d'alimentation en produit de soudage mesurant le niveau du bain en fusion et asservis à ce niveau , fonctionnant mécaniquement ou électromécaniquement .La hauteur de la vague ou onde de matériau en fusion est réglée par la modification à un moment donné du débit de la pompe de matériau en fusion, cette modi fication résultant normalement d'une variation de vitesse de rotation . Ces installations offrent de nombreux avantages techniques et économiques en comparaison du traitement au trempé ou par Immer- sion légère dans le bain de fusion immobile, mais par suite de leur principe de fonctionnement et de leur construction précédemment décrits, elles ont aussi de nombreux inconvénients : La pompe mécanique exige une étude de conception et une fabrication soignées ár elle doit travailler dans le bain de matéria#u en fusion à une température d'environ 28000 tout en créant une turbulence aussi faible que possible .La pompe mécanique est très sensible aux impuretés ( scories, pièces métalliques tombant dans le bain ou se détachant, particules solides etc ..) h2t66 dans le bain de matériau en fusion car celles-ci peuvent provoquer la panne et meome éventuellement la rupture de la pompe . Du point de vue de la mécanique des fluides le canal d'écoulement exige une étude de conception soignée .Des éléments amortisseurs incorporés dans les canaux d'écoulement servent à l'amortissement des turbulences engendres par la pompe .La mise en route, alors que le matériau est dana un état solide, du moteur électrique qui entraîne la pompe mécanique par l'intermédiaire d'un réducteur mécanique, doit être empEchee par un circuit électrique de verrouillage séparé ,équipé d'une sonde de température. L'entretien et la réparation de la pompe mécanique sont rendus difficiles du fait que la pompe est disposée dans le métal en fusion . Pour la régulation du niveau du bain il est prévu un dispositif compliqué comportant un palpeur mécanique ou électromécanique et un système d'appoint .Le gradient thermique dans le bain est uniquement créé par le fait que le bain est en contact thermique par simple conduction avec l'élément de chauffage électrique .Le rotor de la pompe mécanique est exposé à la température du bain de matériau de telle sorte que son so:u- tien et son entraenement exigent des solutions constructives qui permettent d'assurer l'exploitation sans incident mme en tempéras ture élevée et qui ne créent pas de déperditions calorifiques dé mesurées L'installation de métallisation à vague ou onde stationnaire conforme à l'invention élimine les inconvénients caractéristiques des dispositifs de revêtement en produit de soudage et/ou de soudage à vague stationnaire équipée de pompes mécaniques et ouvre des domaines d'applications nouveaux dans des gammes de température encore plus élevées L'installation de métallisation à vague ou onde stationnaire conforme à l'invention maintient le bain métallique en mouvement, sans utiliser de pièce mobile au moyen d'une pompe chauffante électrodynamique ou à induction, entre le point de transfert d'é- nergie jusqu a la vague stationnaire, à travers un canal dépourvu de changement de-direction , qui assure toujours un écoulement laminaire et assure simultanément la régulation continue et automatique du niveau et l'auto-purification sans faire appel à des dispositifs d'alimentation particuliers et dans la gamme de température d'emploi des métaux et alliages utilisés dans la technique courante pour le reveAtement et le soudage par bain métallique, cette gamme atteignant dans la pratique environ #000C. A la surface de la vague de métal en fusion qui se crée, une vibration du matériau dans la gamme de 50 à 300 Hz ne perturbant pas le spectre d'écoulement et indépendant de celui-ci, peut être réalisée, celle-ci renforçant avantageusement le mouillage dans la zone de contact entre les matériaux et le bain de métal et stimulant efficacement l'élimination des impuretés de surface qui contra rient le mouillage .La répartition de température dans le bain métallique est exceptionnellement favorable du fait que le chauffage du bain métallique a lieu par induction et/ou par le courant traversant le bain métallique et par le fait que la pompe chauffante électrodynamique ou à induction ne comporte pas de pièces occasionnant des pertes calorifiques .La pompe mise en service à froid participe à l'échauffement et au maintien de la températu#re et sa réparation est possible aussi bien à froid qu'à chaud car les piè- ces de la pompe qui peuvent éventuellement nécessiter une réparation sont situées en~dehors du bain Le volume intérieur de l'installation de métallisation à vague stationnaire conforme à l'invention peut, en comparaison avec les dispositifs de revêtement en produit de soudage et/ou de soudage à vague stationnaire conventionnels ,équipés d'une pompe mécanique et de capacité de production équivalente, être sensiblement plus faible du fait que le volume du récipient contenant le bain métallique n'est pas inutilement agrandi par ltencombrement de la pompe mécanique .En conséquence , seule une quantité relativement petite de métal fondu doit être stockée dans l'installation de métallisation à vague stationnaire conforme à l'invention, d'où il résulte, lors du réchauffage, une économie d'éne gie et lors du renouvelle ment périodique obligatoire du bain de métal qui s'enrichit inévitablement , en exploitation, en métaux étrangers, une économie de frais de matériaux Dan & l'installation de métallisation à vague stationnaire conforme a l'invention, la surface du bain de métal qui est en contact avec l'atmosphère environnante peut être réduite à une faible valeur par rapport au volume de telle sorte que l'importance de la formation de scories et d'oxydes est réduite et que toute la surface libre peut être efficacement protégée par de petites quantités de produits de protection comme par exemple du fondant ou de l'huile La configuration du canal de la pompe de chauffage électrodynamique ou à induction permet l'alimentation en produits de protection et en produits fondants , sous le niveau du bain de métal, telle qu'elle est utilisée avec succès dans quelques-uns des dispositifs de revêtement en produit de soudage et/ou de soudage à vague sitationnaire . Le canal de la pompe chauffante électrodynamique ou à induction refoule le bain de métal uniquement de la partie inférieure du récipient contenant le bain de métal vers 11 orifice de sortie de telle sorte que les impuretés qui sont plus légères que le poids spécifvique du bain de fusion ne peuvent pas pénétrer dans le canal. Les pièces métalliques solides introduites éventuellement dans le canal ne créent pas, contrairement à ce qui se passe dans les pompes mécaniques, de perturbations d'exploitation et peuvent mQme Etre éliminées facilement pendant l'exploitation ou le fonctionnement La pompe chauffante électrodynamique ou à induction aspire le bain métallique depuis une hauteur déterminée de telle sorte que la fluctuation de niveau périodique qui est courante dans les dispositifs d'alimentation mécaniques ou électromécaniques en ma matériau, est éliminée, cette fluctuation étant dans lesdits dispositifs la conséquence des apports périodiques de matériau L'objet de l'invention est une installation de métallisation à vague ou onde stationnaire destinée au revêtement de matériaux, en particulier de matériaux en bandes tels des fils, des plaques, des objets métalliques suspendus individuellement, par un métal à point de fusion plus bas que celui du matériau de base, par exemple de l'étain, du plomb, du zinc, destinée par ailleurs au revêtement par du matériau de soudage de plaques pourvues de cir cuits imprimés et/ou à la réalisation des soudures de celles-ci garnies des pièces du circuit .La caractéristique de l'invention réside dans le fait qu'elle est pourvue d'une pompe chauffante électrodynamique ou à induction de type connu destinée à la formation de la vague ou onde stationnaire et agissant de façon convenable sur un canal d'exploitation et un canal auxiliaire D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre , d'une installation de métallisation à vague stationnaire conforme à l'invention Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple la Fig.l représente en vue de dessus l'essentiel de l'installation de métallisation à vague stationnaire conforme à l'inven- tion la Fig.2 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la Fig.l ; la Fig.3 est une vue en coupe suivant la ligne B-B de la Fig.l . Un récipient ou une cuve métallique 2 en acier amagnétique et revetu d'un calorifuge 15 est disposé dans un carter 1. Le bobinage 4 triphasé entourant un noyau de fer feuilleté 3 constitue avec une plaque de liaison 5 ferromagnétique et pleine une pompe de chauffage ferromagnétique .Un élément chauffant 6 assure la température d'exploitation du bain de métal se trouvant dans la cuve 2, cette température étant contrôlée par une sonde thermométrique 7. Uncanal d'exploitation 11 et un canal auxiliaire 12 sont formés à l'aide de plaques de séparation 14. Un déversoir 13 régulateur de niveau fixe et stabilise le niveau supérieur du bain de métal dans le récipient ou la cuve d'exploitation 9.La pompe chauffante à induction 3,4 et 5 élève le bain de métal jusqutau niveau appelé- supérieur par rapport au niveau haut constant de la cuve d'exploitation 9 dans le canal d'exploitation 11, et le bain, s'écoulant du canal dwexploi- tation 11, forme une vague de métal à ligne de croate horizontale puis retourne dans le réservoir d'exploitation 9. La hauteur manométrique de la pompe chauffante à induction peut être réglée par la modification de l'excitation de celle-ci . La pompe chauffante à induction pompe aussi du bain de fusion à partir du récipient auxiliaire 10 à travers l'ouverture 16 dans le canal auxiliaire 12 vers la cuve d'exploitation 9 et assure ainsi l'appoint rendu nécessaire par la consommationde métal .Le bain métallique inutilisé, pompé dans le canal auxiliaire 12 retourne en permanence en passant sur le déversoir régulateur de niveau 13 vers un récipient auxi liaire 10 dans lequel le niveau de métal fondu diminue constamment en fonction de la diminution de quantité de métal due à ltexploi- tation .En cas de diminution importante, le récipient auxiliaire 10 doit être réapprovisionné La plupart des impuretés, scories et couches d'oxydes qui surnagent à la surface du bain de métal qui se trouve dans la cuve d'exploitation 9, tombent par dessus le déversoir régulateur de niveau 13 et arrivent dans le récipient auxiliaire 10 d'où elles peuvent retourner à leur point de formation .De ce fait, l'installatidn de métallisation à vague stationnaire conforme à l'invention devient auto-nettoyante Les régulateurs de température de type connu sont disposés dans un coffret de commande 8 ainsi que ltunité de régulation de hauteur manométrique qui n'est pas représentée dans les dessins La pompe chauffante à induction, de l'installation de métallisation à vague stationnaire conforme à ltinvention, réunit ainsi en elle seule les fonctions de moteur dtentratnement , de réducteur, de pompe mécanique à métal fondu, de canal pourvu dtélémentv amortisseurs , de dispositif mécanique ou électromécanique d'appoint de matériau de soudage, des dispositifs classiques de revêtement par du matériau de soudage et/ou de soudage, à vague stationnaire, sans comporter une seule pièce mobile .Les courants circulant dans la plaque de liaison 5 pleine de la pompe chauffante à induction ainsi que dans le canal d'exploitation 11 et auxiliaire 12 assurent le chauffage de base L'emploi d'un champ magnétique à commande pulsée donne naissance à une vibration de matériau brisant la couche d'oxydes .La régulation de niveau automatique assure également et simultanément l'auto-nettoyage La solution décrite et représentée dans les dessins est uniquement un exemple de réalisation de l'installation de métallisation à vague stationnaire conforme à l'invention.Dans le cadre de l'invention de nombreuses autres formes de réalisation de l'installation sont naturellement possibles Ainsi par exemple, à la place de la pompe chauffante à induction, il peut etre fait usage d'une pompe chauffante électrodynamique de type connu dans laquelle,comme on le sait, la force de pompage du bain de métal est Qree par l'interaction entre d'une part le courant introduit dans le métal liquide et d'autre part le champ magnétique traversant le métal liquide REVENDICATIONS l-Installation de métallisation à vague ou onde stationnaire destinée au revêtement de matériaux, particulièrement de fil#,pla- ques et objets métalliques suspendus individuellement , par un métal à point de fusion plus bas que celui des matériaux de base, par exemple de l'étain, du plomb, du zinc , destinée par ailleurs au revêtement par du matériau de soudage de plaques comportant un circuit imprimé et/ou à la réalisation des soudures de celles-ci garnies des pièces du circuit , caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une pompe chauffante (3,4 et 5) électromagnétique ou à induction de type connu, destinée à la formation de la vague ou de l'onde stationnaire 2-Installation de métallisation à vague stationnaire suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe chauffante électromagnétique ou à induction (3,4 et 5) comprend un canal d'exploitation (11) et d'un canal auxiliaire (12).