Brevet FR2279508A1 — publié le 19760220

La présente invention a pour objet une machine semiautomatique pour le soudage et le traitement thermique des soudures en bout, plus spécialement destinée au soudage des aciers à forte teneur en carbone, des aciers inoxydableE tels que F 17, des aciers austénitiques ou martensitiques. Un tel soudage en bout de fils métalliques est par exemple réalisé préalablement à une opération de tréfilage, ce qui évite d'avoir à enfiler chaque fil dans toutes les filières. La technique connue pour réaliser de tels soudages en bout consiste tout d'abord à positionner les extrémités des deux fils dans deux mâchoires dont l'écartement est de l'ordre de 2 à 3 fois le diamètre du fil, puis à réaliser le soudage par passage du courant à une température de l'ordre de 900 à 1 30000. Dès que l'on coupe le courant il se produit un refroidissement-rapide des extrémités soudées par dissipation thermique dans les mors de blocage. A ce stade, les aciers à forte teneur en carbone sont trempés, très fragiles, et l'équilibre fer-carbone est rompu, puisque l'homogénéité métallurgique est rompue. Il est donc nécesssaire d'effectuer un traitement thermique rendant une certaine homogénéité à la partie comportant la soudure.Ce traitement étant nécessairement effectué sur une distance plus grande que la soudure, il faut débloquer le fil des mors de soudage et le bloquer à nouveau dans des mors de recuit dont l'écartement est de l'ordre de 10 à 20 fois le diamètre du fil. Après cette opération, on envoie un courant plus faible dans le primaire du transformateur pour obtenir lå température de revenu dans le fil et dans la soudure. La valeur du courant et/ou le temps de chauffage pelrvent être contrés manuellement ou automatiquement. Dans le cas de variations de température, il faut donc effectuer une régulation du transformateur après contrôle visuel ou automatique de la température du fil. Cette technique présente un certain nombre d'inconvénients dont le principal est qu'il y a toujours trempe de la soudure après soudage. En outre, il faut manipuler le fil entre les opérations de soudage et de revenu, ce qui constitue une perte de temps relativement importante. En ce qui concerne son#r'ésul- tat, cette technique n1 est pas parfaite puisque la régulation par le transformateur est difficile à réaliser en mettant en oeuvre des moyens onéreux, et est peu reproductible compte-tenu des écarts de soudage et du volume du bourrelet. Db#plus, l'opération est, dans la plupart des machines existantes, directement liée aux connaissances de l'opérateur, et nécessite donc une spécialisation métallurgique, que possèdent rarement les personnes effectuant ce type de soudures, dont la spécialisation est plutôt le laminage ou le tréfilage, La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant une machine semi-automatique permettant de réaliser à la fois le soudage en bout et le traitement thermique de la zone soudée. A cet effet, cette machine comprend deux mors de soudage dont chacun est monté sur un chariot déplaçable longitudinalement, et est relié à une borne du secondaire d'un transformateur dont le primaire est apte à être alimenté successivement directement par une source de courant, et par l'intermédiaire d'une résistance réglable, un circuit de commande destiné à procurer successivement une alimentation directe en courant du primaire du transformateur pendant la phase de soudage et une alimentation par l'intermédiaire d'une résistance pendant la phase de chauffage, et des moyens qui, lorsque la phase de soudage est terminée et que commence la phase de chauffage, sont aptes à commander la mise en marche d'un moteur électrique agissant sur les chariots dans le sens d'un écartement de ceux-ciO Dans un premier temps, les fils à souder en bout sont positionnés chacun dans un mors, l'écartement des mors étant alors faible, de l'ordre de deux à trois fois le diamètre du fil, La puissance de soudage est réglée de façon connue en règlant le nombre de spires actives du primaire du transformateur. Le soudage est alors réalisé en alimentant directement le primaire du transformateur à partir d'une source de courant.A la fin du soudage, le primaire du transformateur est alimenté par l'intermédiaire d'une résistance réglable afin de provoquer le chauffage de la partie soudée0 Pendant cette phase de chauffage, les mors sont écartés l'un de l'autre, ce qui permet, d'une part, de réaliser le traitement thermique sur une longueur de fil suffisante, de l'ordre de 10 à 20 fois le diamètre du fil, et, d'autre part, de réguler le chauffage, puisqu'un écartement des mors correspondant à une augmentation de la longueur de fil entre ceux-ci, correspond également à une augmentation de la résistance. Cette machine est très intéressante puisqu'elle évite la trempe dans la mesure où le chauffage intervient au plus tard à la fin de la phase de soudage, qu'elle fournit une régulation du chauffage simple, puisque ne faisant pas intervenir une régulation du transformateur, et qu'enfin elle limite au maximum le nombre des interventions manuelles puisque seule la mise en place des extrémités des deux fils dans les mors est effectuée manuellemente Avantageusement, la fermeture de chaque mors est assurée, d'une part, par un ressort et, d'autre part, par un vérin, les moyens de commande de ce vérin étant tels que celui-ci assure le blocage du fil dans le mors uniquement pendant la phase de soudage, la pression exerce par le ressort assurant une fermeture du mors, telle que celui-ci puisse glisser sur le fil tout en demeurant à son contact. Les ressorts agissant en permanence, il faut exercer une action qui leur est contraire afin de positionner les fils dans les mors, après quoi les vérins sont actionnés pour bloquer les fils pendant la phase de soudage. Â la fin du soudage, les vérins cessent leur action, les ressorts assurant alors une pression suffisante pour que les mors demeurent au contact du fil pendant la phase de chauffage, tout en pouvant glisser sur celui-ci. Dans une forme préférée d'exécution l'un des chariots est constitué par un chariot principal et un chariot intermédiaire déplaçable relativement au chariot principal sous l'effet d'un vérin, un tel déplacement intervenant au cours du soudage afin de rapprocher les deux fils, lors de la fusion du métal0 Le circuit de commande de soudage est relié aux bornes d'une source de courant et comprend un contacteur, un contact solidaire du chariot intermédiaire solidaire de l'un des mors qui, en fin de soudage, ouvre le circuit en raison du déplacement du chariot, un relais étant prévu dans le circuit qui, lorsqu'il n'est plus alimenté, provoque l'ouverture d'un contact placé sur l'une des phases d'alimentation du primaire du transformateur. Au cours du soudage, le métal constituant les extrémités à souder fond, ce qui provoque l'avance du chariot intermédiaire supportant l'un des mors, par suite l'ouverture du circuit de commande, et par conséquent l'ouverture du circuit d'alimentation du primaire du transformateur. Cette machine comporte, en outre, en série avec la résistance du circuit de chauffage, un contact temporisé, assurant la fermeture de ce circuit à un instant prédéterminé après la mise en marche de la machine0 De préférence, dans le cas où l'on ne désire pas avoir de trempe, le circuit de chauffage se ferme au plus tard au moment de l'ouverture du circuit de soudage, De même, le circuit d'alimentation du moteur comporte un contact temporisé, assurant la fermeture de ce circuit à un instant prédéterminé après la mise en marche de la machine, et au plus tat à la fin de la phase de soudage, au moment où cessent d'agir les vérins bloquant le fil dans les mors, les moyens de transmission prévus entre le moteur et les chariots sont constitués par une vis qui, montée sur l'arbre moteur, présente deux filetages inverses, aptes à engrener avec des taraudages de même sens ménagés dans des alésages des chariots, afin de pouvoir provoquer des déplacements en sens inverse de ceux-ciO Avantageusement, un variateur est associé au moteur, qui permet de mattriser le temps de refroidissement. Dans le cas de certains fils dont la régénération intervient à une ou plusieurs températures déterminées, il est intéressant de bloquer le refroidissement du fil à ces températures, afin que la totalité du fil soit à une température constante facilitant sa régénération. h cet effet, l'un au moins des chariots porte une came qui, dans certaines positions du chariot, agit sur des micro-contacts qui, associés à un dispositif de temporisation, provoquent l'arrêt du moteur pour des intervalles de temps prédéterminés0 Il est également prévu un contact de fin de course réglable qui, lorsque l'écartement désiré des mors est atteint, provoque l'arrêt du moteur. Cette machine offre de nombreuses possibilités puisqu'il est possible d'effectuer une trempe suivie d'un recuit comme dans les machines traditionnelles ou bien d'effectuer dès la fin du soudage un traitement thermique qui, évitant la trempe, assure un refroidissement lent pouvant etre réglé, d'une part, en agissant sur la résistance placée sur le circuit de chauffage et, d'autre part, sur la vitesse d'écartement des mors, De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette machine Figure I est une vue de face de l'ensemble de soudage Figure 2 en est une vue de cvoté Figure 3 est une vue très schématique des circuits électriques Figure 4 est un diagramme sur lequel figurent plusieurs courbes temps-température montrant les possibilités de la machine. Cette machine comporte deux mors de soudage 2 dont chacun est constitué par deux mâchoires 3 et 4 respectivement supérieure et inférieure articulées en 5. Ces mâchoires présentent, parallèlement à l'axe 5 des gorges 6 servant au positionnement des extrémités des fils 2 à souder. Chaque mors 6o Pour ouvrir le mors afin de positionner un fil, il suffit d'exercer une pression sur l'extrémité de la mâchoire supérieure 3 ne comportant pas de gorge 6.Afin d'assurer une bonne tenue des extrémités des fils dans les mors, il est prévu, à l'extrémités de la mâchoire inférieure 4 de chaque mors, ne comportant pas de gorge, un vérin 2 dont la tige 10 peut prendre appui sur la face inférieure de la mâchoire supérieure afin de provoquer la fermeture du mors. Les mors 2 sont montés sur des chariots 12. Comme montré à la figure I, l'un des mors 2 est monté directement sur un chariot 12, tandis que l'autre mors 2 est monté sur 11 autre chariot 12 avec interposition d'un chariot intermédiaire 13 déplaçable sur le chariot 12 sous l'action d'un vérin 14. Ce vérin a pour rwole de diminuer la distance entre les deux mors au cours du soudage lorsque se produit la fusion des bouts à assembler. Chaque chariot 12 est déplaçable dans la direction des fils à souder. A cet effet, il est prévu un moteur électrique 15 auquel est associé un variateur de vitesse 16. Sur l'arbre du moteur 15 est montée une tige filetée 17 présentant deux filetages 2 et 17b engrenant avec des taraudagelaet 18b re#pec- tivement ménagés dans des alésages des deux d 12. Les tarauda- ges 18a et 18b sont de mbeme sens de telle sorte que les chariots 12 se déplacent toujours en sens inverse0 Chaque mors 2 est relié à une borne du secondaire 19 d'un transformateur 20.Ce transformateur 20 comporte un enroulement primaire 22 présentant plusieurs bornes, ce qui permet de modifier le nombre de spires actives du primaire 22 en fonction de la puissance de soudage désirée, l'alimentation du primaire 22 du transformateur peut se faireesoit directement à partir d'une source de courant 23 par l'intermédiaire des conducteurs 24 et 25, soit a' partir de la source de courant 23 par l'intermédiaire d'un conducteur 26 qui, relié à une borne du primaire 22 du transformateur 20, comporte une résistance réglable 27, et du conducteur 25. 'l'alimentation du primaire 22 du transformateur par l'intermédiaire des conducteurs 24 et 25 correspond à la phase de soudage et son alimentation par l'intermédiaire des conducteurs 25 et 26 correspond à la phase de chauffage, Cette machine comporte un circuit de commande du soudage alimenté par la source de courant 23. Ce circuit comprend deux conducteurs 28 et 29 reliés chacun à une borne de la source 23. Sur le conducteur 28, il est prévu un contacteur 30 et un relais 32 dont l'état définit celui d'un contact 33 placé sur le conducteur 24. Les deux conducteurs 28 et 29 sont fermés par un contact 34 solidaire du chariot intermédiaire 13, si bien que lorsque le chariot intermédiaire 13 avance au cours du soudage, le circuit de commande s'ouvre au niveau du contact 34. De relais 32 n'est alors plus alimenté et provoque un changement de position du contact ZZ, qui ouvre le circuit de soudage, Sur le conducteur #6, il est prévu un contact temporisé 35 qui, enclenché en même temps que le contacteur du circuit de commande, provoque à un instant prédéterminé la fermeture du circuit de chauffage 25, 26. De meAme, sur un conducteur 36 d'alimentation du moteur 15, il est prévu un contact temporisé 23 qui, enclenché en m#me temps que le contacteur du circuit de commande de soudage, provoque à un instant prédéterminé la fermeture du circuit 36, 38 d'alimentation du moteur 15, cet instant étant toujours situé après la phase de soudage et lorsque les vérins 9 ont cessé d'agir0 Sur le circuit d'alimentation du moteur 22 sont disposés deux micro-contacts 39 (dans la forme d'exécution représentée au dessin) de position réglable situés en dessous de la trajectoire de l'un des chariots 12. Ces micro-contacts L9, associés à un dispositif de temporisation 40, peuvent êtse actionnés, lors du déplacement du chariot, par une came 42 solidaire de la face inférieure de ce chariot0 Ces micro-contacts sont destinés à couper l'alimentation en courant du moteur pendant des temps prédéterminés afin de fournir des paliers lors du refroidissement. Il est également prévu sur le circuit d'alimentation du moteur électrique un contact de fin de course 43, réglable en position, qui coupe 11 alimentation en courant du moteur lorsque l'un des chariots atteint une position correspondant à l'écartement maximal désiré des mors. La figure 4 fournit un diagramme montrant les possibilités de la machine. Le temps figure sur l'axe des abscisses et la température sur l'axe des ordonnées. La courbe A présente une soudure s effectuant à une température de l'ordre de 1 3000C. A partir du temps tl, la courbe A présente trois variantes - La courbe A1 présente un palier à une température voisine de la température de soudage,obtenu en enclenchant le circuit de chauffage dès la fin du soudage, sans déplacer les mors, le déplacement des mors intervenant ensuite pour procurer un refroidissement lent. - La courbe A2 correspond à un enclenchement du circuit de chauffage dès la fin du soudage, avec déplacement simultané et régulier des mors. - La courbe A3 correspond à un enclenchement du circuit de chauffage postérieur à la fin du soudage, et présente en outre deux paliers de température correspondant à deux arrêts du moteur déplaçant les chariots supportant les mors. La courbe B présente une soudure s1 effectuant à une température de l'ordre de 1 0000C, suivie d'un refroidissement rapide correspondant à une trempe, le circuit de chauffage entrant en fonction à un instant t2, un palier de température étant prévu avant un refroidissement progressif. La courbe C montre un soudage à une température de l'ordre de 6500C avec refroidissement rapide. La zone d'action de la machine est située entre les courbes A-A1 et C, entre lesquelles il est possible de choisir la courbe de refroidissement ayant la pente la plus adaptée à la soudure à effectuer avec jpossiblllté de prévoir des paliers de température, ceci en choisissant l'écartement maximum des mors, leur vitesse d'écartement, la valeur de la résistance du circuit de chauffage, qui est fixe pendant 11 opération, et en règlant la position des micro-contacts. il est également possible de prévoir, avant le soudage, un préchauffage qui est fourni par le circuit de chauffage, le reste des opérations, à savoir le soudage et le traitement thermique demeurant les mêmes. L'intérêt du préchauffage est d'éviter des zones de surchauffe qui risquent de créer dans le système fer-carbone des structures non résolubles et difficilement transformables par des traitements thermiques ultérieurs. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette machine décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que les moyens de commande des circuits de soudage, de chauffage et d'alimentation du moteur pourraient être différents sans modifier en rien la portée de l'invention. - REVEND EI0NS 1. - Machine semi-automatique.pour le soudage et le traitement thermique des soudures en bout, caractérisée en ce qu'elle comprend deux mors de soudage dont chacun est monté sur un chariot déplaçable longitudinalement, et est relié à une borne du secondaire d'un transformateur dont le primaire est apte à etre alimenté successivement directement par une source de courant, et par l'intermédiaire d'une résistance réglable, un circuit de commande destiné à procurer successivement une alimentation directe en courant du primaire du transformateur pendant la phase de soudage et une alimentation par l'intermédiaire d'une résistance pendant la phase de chauffage, et des moyens qui, lorsque la phase de soudage est terminée et que commence la phase de chauffage, sont aptes à commander la mise en marche d'un moteur électrique agissant sur les chariots dans le sens d'un écartement de ceux-ciO 2. - Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fermeture de chaque mors est assurée, d'une part, par un ressort et, d'autre part, par un vérin, les moyens de commande de ce vérin étant tels que celui-ci assure le blocage du fil dans le mors uniquement pendant la phase de soudage, la pression exercée par le ressort assurant une fermeture du mors, telle que celui-ci puisse glisser sur le fil tout en demeurant à son contact. 3. - Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'un des chariots est constitué par un chariot principal et un chariot intermédiaire déplaçable relativement au chariot principal sous l'effet d'un vérin, un tel déplacement intervenant au cours du soudage afin de rapprocher les deux fils, lors de la fusion du métal. 4. - Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que le circuit de commande est relié aux bornes d'une source de courant et comprend un contacteur, un contact solidaire du chariot intermédiaire solidaire de l'un des mors qui, en fin de soudage, ouvre le circuit en raison du déplacement du chariot, un relais étant prévu dans le circuit qui, lorsqu'il n'est plus alimenté, provoque l'ouverture d'un contact placé sur l'une des phases d'alimentation du primaire du transformateur0 5. - Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comporte, en série avec la résistance du circuit de chauffage, un contact temporisé, assurant la fermeture de ce circuit à un instant prédéterminé après la mise en marche de la machine0 6. - Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte, sur le circuit d'alimentation du moteur, un contact temporisé, assurant la fermeture de ce circuit à un instant prédéterminé après la mise en marche de la machine, et au plus t8t à la fin de la phase de soudage0 7o - Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de transmission prévus entre le moteur et les chariots sont constitués par une vis qui, montée sur l'arbre moteur, présente deux filetages inverses, aptes à engrener avec des taraudages de meme sens ménagés dans des alésages des chariots, afin de pouvoir provoquer des déplacements en sens inverses de ceux-ciO 8o - Machine selon l'une quelconque des revendications a à 7, caractérisée en ce qu'un variateur est associé au moteur0 90 -Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'un au moins des chariots porte une came qui, dans certaines positions du chariot, agit sur des micro-contacts qui, associés à un dispositif de temporisation, provoquent l'arr8t du moteur pour des intervalles de temps prédéterminés,