Brevet FR2256623A1 — publié le 19750725

La présente invention vise un système de chauffage "HF" par induction particulièrement adapté pour effectuer un traitement thermique dé façon répétitive sur les pièces de série d'une fabrication. La technique de chauffage par induction est couramment employée pour l'application de traitements thermiques variés sur des corps conducteurs électriques. L'échauffement résulte de l'induction produite dans la partie conductrice du corps soumis au champ inducteur. Il se développe dans le corps conducteur un courant induit qui a tendance à stécouler le long de la surface extérieure au corps. L'échauffement du corps a traiter est conséquence de la résistance opposée au flux induit voire de l'inaptitude opposée à lXécoule- ment de ce flux. Il s ten suit que l'échauffement est plus sensible dans les zones les plus rapprochées de la source du flux inducteur.On désigne par le terme d'inducteur cette source. I1 s'agit généralement d'un enroulement (qui peut se limiter à une spire) issu du genérateur et constitué par un tube conducteur, refroidi par la circulation d'un liquide de réfrigération. Le corps exposé à l'induction peut avoir toute forme possible. Dans la plupart des applications les courants d'induction sont extremement élevés. La puissance développée dans le corps conducteur qui constitue la charge est proportionnelle à la résistance de la charge et au carré de l'intensité du courant puisqu'il s'agit d'un effet du à la résistance (Joule).Ainsi pour une surface plane en regard d'un conducteur-inducteur rectiligne, cette puissance de chauffe par métre de charge parallèle au conducteur-inducteur est donnée théoriquement par l'expression : dans laquelle : e désigne ltépaisseur de peau dans la charge (en métre) h désigne la distance séparant l'inducteur de la charge (en mettre) I désigne le courant inducteur en ampères r désigne le rayon du conducteur constituant l'inducteur p désigne la résistivité de la charge (en ohm métre) , Pour effectuer des traitements thermiques exigeant un échauffement considerable on a intéret à opérer avec des courants de centaines et meme des milliers d'ampères. I1 s'en suit que l'enroulement inducteur doit etre le siège de très forts courants, il doit donc etre fortement refroidi. Toutes ces circonstances rendent le déplacement de cet organe peu souhaitable ; c'est pourquoi dans la plupart des cas on renonce à ménager à l'inducteur une latitude importante de déplacement.Il en résulte des difficultés d'application du chauffage par induction lorsque la charge est, elle aussi, peu maniable, ou lorsque le couplage inducteur-charge nécessite un déplacement réciproque des deux parties à coupler, ou lorsque la forme particulière de la charge le rend impropre à un couplage efficace. I1 en est ainsi en particulier lorsque les corps à échauffer se présentent sous la formes de pièces très petites autour desquelles il n'est guère possible de placer un enroulement inducteur fait d'un tube conducteur prévu pour ètre refroidi intérieurement. Lorsque l'on applique le chauffage par induction à des fins de fabrication sur des objets de sérieS la proximité inducteur-charge à ré-établir dans des conditions spatiales très précises sur chacun des objets de la série pour obtenir un bon rendement opératoire conduit à prévoir des mécanismes de montée et de descente soit de l'inducteur soit de la charge, pièce par pièce, avant et après la mise sous tension. Ces mécanisems d'une part font perdre la majeure partie de l'avantage de rapidité que présente l'application du chauffage par induction et d'autre part deviennent très onéreux par leur complexité lorsque les pièces exigent une grande précision du positionnement. Ces difficultés ont pour conséquence l'abandon du chauffage par induction pour toute une catégorie de cas particuliers cependant théoriquement désignés pour en bénéficier. Pour résoudre ces difficultés pratiques et étendre l'utilisation du chauffage par induction à des domaines de fabrication en série de pièces la présente invention propose un système de chauffage HF par induction destiné à effectuer un traitement répétitif sur chacune des pièces, faites au moins partiellement d'un matériau conducteur et appartenant à une série, système caractérisé en ce que - l'énergie délivrée par un premier inducteur, issu du générateur, est transférée a la pièce à traiter au moyen d'un circuit-série, dit circuit de transfert, comprenant au moins un coupleur, coopérant par couplage avec le premier inducteur pour en recevoir 1 'énergie et un deuxième inducteur apte à coopérer par couplage avec la pièce à traiter ;; - et en ce que les positions réciproques du premier inducteur, du coupleur et du deuxième inducteur étant susceptibles de varier, la distance entre le premier inducteur et la position de travail du deuxième inducteur reste constante. L'invention a encore pour objet un système de chauffage par induction remarquable en ce qu'il comporte autant de deuxièmes inducteurs individuels que de pièces à traiter, les positions réciproques de chaque deuxième inducteur et de chaque pièce étant appairées rigidement entre elles de façon pré-établie pour assurer l'efficacité optimale de leur couplage lorsque l'alimentation en énergie dudit deuxième inducteur individuel est fournie par l'approche du coupleur qui lui est électriquement solidaire, dans la zone d'action du premier inducteur. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qutà titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente schématiquement la vue en perspective d'une première forme de réalisation de l'invention. La figure 2a représente la vue en coupe d'une pièce à traiter. La figure 2b représente une vue schématique en perspective d'une deuxième forme de réalisation de l'invention. On remarque sur la figure t, le générateur d'induction tO. Il est prévu d'une sortie fixe sur un premier inducteur 1. Le circuit-série au moyen duquel, selon l'invention, l'énergie produite par le premier inducteur est transférée à la pièce è traiter comporte un coupleur 3, formé par un enroulement cylindrique d'sexe A'A commun à l'enroulement du premier inducteur, et un deuxième inducteur 2. Ce deuxième inducteur 2 est en relation de proximité avec le couple de pièces 6 et 7 à traiter.Ces pièces font partie d'une série 6,6', 6"... 6 , T, 7', 7" ... Tn. La tsble 8 porte la série de pièces 6-7, elles y sont positionnées de façon a les rendre solidaires de leur support. Le traitement thermique a par exemple pour but de souder entre elles les pièces 6 et 7. La suite des pièces est disposée en couronne périphérique sur la table circulaire 8.On communique au circuit de transfert un mouvement de rotation autour de l'axe A'A commun au premier inducteur 1, au coupleur 3 et à la table 8. Ce~mouvement peut être par exemple entraîné à l'aide d'un moteur placé sous la table 8. Au cours de son déplacement, le deuxième inducteur 2 va venir prendre successivement place à proximité de chaque couple de pièces 6-7 formant la série. On remarque que la distance entre le premier inducteur et le deuxième inducteur est constante au cours du déplacement circulaire du deuxième inducteur. Il nrest pas indispensable d'indexer le mouvement de rotation sur la valeur angulaire qui caractérise l'intervalle élémentaire séparant deux couples consécutifs de pièces sur la piste en couronne. On peut en effet ne pas interrompre l'alimentation en énergie de l'inducteur l. Dans ce cas, lors du déplacement du deuxième inducteur, l'énergie émanée de l'inducteur 1 ne cessera d'être efficace sur le cauple qu'il vient de dépasser que pour agir sur le couple de pièces qui lui succède immediatement. Ainsi, l'énergie rayonnée est employée de façon permanente, si toutefois l'intervalle élémentaire est sre-établi en fonction d'une efficacité adaptée à la nature des pièces et du traitement à effectuer. Le premier mode de réalisation comporte cependant quelque servitude dimentionnelle , en effet comme le déplacement du circuit de transfert a lieu dans un plan parallèle au plan de la table-support, il convient parfaitement tant que le plan de ce déplacement coïncide, ou reste au moins très voisin du plan où le travail doit être effectué. C'est le cas des traitements des surfaces, des soudures de couvercles de faible épaisseur, etc... Mais le premier mode de réalisation devient d'une mise en oeuvre difficile quand les cotes de la pièce dépassent dé façon appreciable le niveau de la zone de traitement.Il faudrait théoriquement, pour obtenir ltéchauffement de la zone de traitement, envisager une remise à niveau de l'inducteur individuellement sur chaque pièce. Ihie telle obligation ferait perdre une partie de ltavantage lié à l'utilisation du système décrit. Il faudrait en effet prévoir un agencement de moyens pour abaisser l'inducteur sur la pièce, pour maintenir cet inducteur en place pendant le temps voulu et, une fois le travail effectué, pour relever l'inducteur à une altitude supérieure à celle de la côte maximale de la pièce, de manière à rendre possible le déplacement de l'induc- teur dans son plan de rotation. L'application diun positionnement individuel entraîne la complexité de l'appareillage et le ralentissement du rythme de travail. Aussi, dans un deuxième mode de réalisation, est prévu un système qui permet de conserver tous les avantages qui découlent de l'invention tout en s'adaptant aux formes les plus complexes des corps à traiter. La figure 2a illustre la partie à traiter d'une pièce quelconque par une vue schématique en coupe diamétrale. Il s 'agit par exemple de squder une tige 7 dans l'orifice d'une pièce 6. La tige doit déborder du niveau de la soudure d'une hauteur "h" ce qui interdit l'emploi du premier mode opératoire. On suppose que la position correcte de l'inducteur pour effectuer le traitement thermique des soudures doit être en 21.Pour éviter d'avoir a compter avec la montée et la descente du deuxième inducteur ainsi qu'avec l'entrez et la sortie de la pièce à chaque poste de travail, on rend solidaire mécaniquement le deuxième inducteur inclus dans le circuit de transfert et la pièce. De plus, la pièce est placée de façon parfaitement centrée pour l'execution du travail à effectuer. Mais alors on prévoit autant de deuxièmes inducteurs que de pièces. Le réglage mécanique précis du positionnement réciproque de chaque deuxième inducteur et de chaque pièce est prévu en meme temps que le déplacement des paires : pièce-deuxième inducteur, de manière à ce que le côté coupleur 23 vienne défiler à proximité du premier inducteur. Ainsi, lors de ce déplacement, le coupleur recevra l'énergie par couplage dû à la proximité avec le premier inducteur. La figure 2b illustre un exemple de realisation de ce type. Les circuits de transfert 20, 20' ... 20 comportent chacun un deuxième inducteur 21, 21' ... 21n et un coupleur 23 ... 23n. Chacun des circuits de transfert est rendu solidaire de la table 8 par l'intermédiaire d'un support de fixation isolant 22. L'ajustement en position du deuxième inducteur peut se pratiquer de façon très précise préalablement à ltopération. Il suffit de prévoir pour eela un agencement de supports de fixation réglable, tel 22, à deux degrés de liberté : hauteur et longueur par exemple. Le premier inducteur 11 est fixe. Il peut etre, comme il se présente sur la vue -schématique de la figure 2b, fixé au travers de la table 8. La table 8 comporte une partie fixe 8', centrale, et une piste mobile périphérique, sur lesquelles sont fixés les supports de fixation 22 et les pièces 6.Devant les spires du premier inducteur 11 viennent défiler tour à tour chacun des coupleurs 23, 23' ... 23n On peut laisser en permanence l'alimentation sur le premier inducteur il. Il y a couplage successif des coupleurs de la série 23 et, de ce fait, se produit l'alimentation successive des deuxièmes inducteurs 22 ... 22n. Une telle utilisation ne comporte aucune limitation de vitesse de défilement, aucune obligation d'arrêt de l'alimentation, aucun risque de déchet du a un mauvais positionnement. La distance qui sépare le premier inducteur du deuxième inducteur en position de travail est maintenue constante comme dans le premier mode de réalisation. Bien entendu toute autre forme de réalisation dans laquelle est ménagé un préréglage des positions réciproques de l'inducteur de travail et de la pièce à traiter peut etre suggérée par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. La technique connaît une multiplicité de moyens pour réaliser les supports de conducteurs, la fixation de pièces sur une piste en mouvement et les formes les plus variées d'inducteurs. Ainsi l'invention peut etre appliquée à toutes formes de corps è traiter et a toutes sortes de traitements thermiques.En particulier l'application de l'invention est utile dans le traitement de pièces de série dont les petites dimensions rendent indispensable un centrage individuel précis, Elle permet d'une part d'éviter les déchets dus aux défauts de centrage réalisés en cours de fonctionnement et, d'autre part, de gagner un temps considérable en autorisant la permanence du travail du premier inducteur.-On peut encore adapter son emploi à l'application de traitements thermiques sur des corps d'accès difficile comme c'est le cas quand il s'agit des traitements qui doivent etre effectués sous une enceinte en atmosphère contrôlée. on peut encore prévoir le rapprochement des pièces sur la piste mobile et la vitesse de défilement de cette piste de façon telle que, le travail une fois acheve sur un poste, le couplape entre le coupleur du poste suivant commence à se faire sentir sur la pièce du poste correspondant. On aboutit ainsi à utiliser le générateur d'induction avec irne efficacité optimale. Bien entendu, ainsi qu'il est courant de le faire pour des raisons de sécurité, la sortie sur le premier inducteur se fait en moyenne ou basse fréouence. L'utilisation de l'invention apporte des avantages considérables gain de temps, fiabilité du travail obtenu et haute efficacité de la source d'induction. Elle ouvre des possibilités considérables d'extension de l'emploi du chauffage par induction dans la technique de production à grande échelle. Ceci aussi bien dans la grosse industrie pour la trempe au défilé par exemple que dans l'industrie courante pour le soudage des ustensiles de ménage fonds de casseroles rapportées pour les ustensiles destinés aux euisinières éleetriques, trempe des pièces profilées à contours complexes, etc... ou encore dans l'industrie fine : soudage sur les composants électroniques tels que condensateurs, magnétrons, tubes à vide ou à atmosphère contrôlée, etc... Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. c PEVENDICATIONS 1. Système de chauffage "HF" par induction destiné à effectuer un traitement thermique répétitif sur chaque pièce,faite au moins partiellement d'un matériau conducteur , appartenant à une sérine, earactérisé en ce que - lténergie délivrée par un premier inducteur lié au générateur est transférée à la pièce à traiter au moyen d'un circuit-série, dit circuit de transfert, comprenant au moins un coupleur, coopérant par couplage avec le premier inducteur pour en recevoir l'énergie et un deuxième inducteur apte à coopérer par couplage avec la piece à traiter ; ; - et en ce que les positions réciproques du premier inducteur, du coupleur et du deuxième inducteur étant susceptibles de varier, la distance entre le premier inducteur et la position de travail du deuxième inducteur reste constante. 2. Système de chauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que il comporte autant de deuxièmes inducteurs individuels que de pièces à traiter ; - les positions réciproques de chaque deuxième inducteur individuel et de chaque pièce sont appairées rigidement de façon pré-établie pour assurer I'efficacité optimale de leur couplage ; - et en ce que l'alimentation en énergie de chaque deuxième inducteur indivi -duel est successivement réalisée au moyen de l'approche du coupleur, électriquement solidaire dudit deuxième inducteur, dans la zone d'action du premier inducteur.