Brevet FR2314016A1 — publié le 19770107

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de transfert de métal sur une pièce métallique notamment pour soudage, rechargement ou analogue. La technique habituellement utilisée pour le transfert de métal consiste à mettre en oeuvre un arc électrique entre un fil-électrode d'apport et ladite pièce en déplacement relatif par rapport audit fil-électrode, et cela soit avec une protection gazeuse de la zone du bain de fusion, soit en arc dit submergé sous un flux solide. Le taux de dépôt d'un tel arc électrique peut être augmenté dans de larges proportions mais, simultanément, s'accroît le taux de dilution du métal transféré sur la pièce. Ceci peut présenter certains inconvénients en soudage, mais surtout en rechargement de pièces métalliques ou le produit de rechargement qui est destiné à rester principalement en surface a tendance à pénétrer largement dans la pièce métallique de support.Pour accroître le taux de dépit, on a déjà proposé d'amener, outre le fil-électrode créateur de 11 arc, un fil d'apport simplement préchauffé par un courant, par exemple un courant alternatif ne participant pas à la création de l'arc. Cette façon de faire permet bien d'obtenir des taux de dépôt de l'ordre de 10 kg/h avec un taux de dilution de l'ordre de 30 . C'est encore largement insuffisant.On a également proposé d'amener plusieurs fils électrodes côte à côte dans la zone d'arc, ce qui permet bien entendu d' accroître le taux horaire de dépôt mais, du fait de l'augtentation de la puissance de l'arc, le taux de dilution s'en trouve accru de façon considérable et peut attendre 45 V. D'autre part, on a également proposé de faire converger l'un vers l'autre deux fils-élec trodebranchés aux bornes d'une source électrique#et entre les extrémités desquelles l'arc éclate à une certaine distance au-dessus de la pièce, en sorte que le métal en fusion tombe par gravité sur cette pièce.On assure ainsi un taux de dépôt particulièrement important, mais une pénétration quasi nulle du fait de l'absence d'un arc aboutissant à la pièce, ce qui produit des défauts sur le cordon de métal déposé. On a également proposé, dans le procédé à fil-électrode unique, de préchauffer par un générateur auxiliaire une partie en amont de la partie terminale normalement chauffée par le courant d'arc, ce qui permettrait d'accroître le taux de dépôt sans pour autant augmenter la puissance développée dans l'arc donc sans accroître le degré de dilution. Cependant, ce mode de préchauffage s'est avéré jusqutà ce jour inopératoire pour des raisons d'impossibilité de connection électrique sur une partie d'un fil-électrode déjà préchauffé à forte température. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de transfert de métal assurant des taux de dépôt supérieurs à 15 kg/h tout en maintenant un taux de dilution au plus égal à 10 %. Selon l'invention, on utilise un arc secondaire entre ltextremité d'un fil-électrode d'apport principal et d'extrêmité d'un fil-électrode d'apport secondaire par dérivation d'une partie du courant circulant dans une partie terminale de préchauffe dudit fil-électrode principal.Cette disposition permet d'une part d'assurer une préchauffe importante du fil d'apport principal puisqu'il est parcouru par un courant qui peut être plus important, en meme temps qu on agence un fil-électrode secondaire contribuant à accroître le taux de dépôt, mais cette augmentation de taux de dépôt n'a pas de conséquence importante sur le taux de dilution, puisque l'arc électrique qui stéta- blit entre le fil-électrode principal et la pièce est un arc électrique à intensité normale, inférieure à celle qui parcourt le fil électrode d'apport principal d'une quantité égale à celle de l'arc secondaire.Selon une première variante de réalisation, le courant d'arc secondaire est fourni par le générateur de courant d'arc principal et il suffit de dimensionner celui-ci de façon convenable pour assurer à la fois l'entretien des deux arcs. De façon avantageuse, on peut régler le courant d'arc principal, ou le courant d'arc secondaire, par insertion d'une résistance dans le circuit d'arc principal, -ou dans le circuit d'arc secondaire. Ainsi, si l'on insère une résistance dans le circuit d'arc principal, on réduit la puissance de l'arc donc le taux de dilution qui peut donc être ainsi adapté à chaque application, qu'elle soit du soudage o l'on a besoin d'un taux de dilution relativement fort, ou du rechargement o l'on a besoin au contraire d'un taux de dilution aussi faible que possible. Selon une autre variante de réalisation, le courant d'arc principal d'une part et le courant d'arc secondaire d'autre part sont fournis par des générateurs différents, respectivement un générateur de courant d'arc principal et un générateur de courant d'arc secondaire. Dans cette seconde variante de réalisation, on règle le courant d'arc principal et/ou le courant d'arc secondaire par un choix correspondant de la caractéristique du générateur d'arc principal et/ou du générateur d'arc secondaire. L'invention a également pour objet une installation de transfert de métal du genre comportant un moyen d'amenée d'un fil électrode principal, une source de courant de soudage branchée entre ledit fil électrode principal et une pièce pour former un arc principal de soudage et cette installation se caractérise par des moyens d'amenée d'un fil-électrode secondaire en une direction telle que les fils électrodes principal et secondaire convergent l'un vers l'autre, tandis que sont prévus des moyens de branchements électriques dudit fil-électrode secondaire avec une source électrique, de telle façon qu'un courant soit dérivé du fil-électrode principal vers le fil-électrode d'arc secondaire. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit à titre d'exemple en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique d'une installation de transfert de métal selon l'invention conforme à la première variante de réalisation - la figure 2 est une vue schématique d'une réalisation conforme à la seconde variante selon 1-' invention. En se référant à la figure 1, en regard d'une pièce métallique 1 sont disposés deux guides-fils 2 et 3 de part et d'autre d'un plan 4 normal à la pièce 1. Ces guides-fils 2 et 3 assurent le guidage de deux fils-électrodes 5 et 6 respecti vent, dont les parties terminales, respectivement 7 et 8, convergent l'une vers l'autre en un point situé légèrement au-dessus de la pièce à traiter 1. Les fils et 6 respectivement dénommés fil-électrode principal 5 et fil-électrode secondaire 6 sont fournis par des dévidoirs 9 et 10 respectivement. Les guides-fils 2 et 3 sont maintenus par un support commun 11 qui d'ailleurs peut être associé à un moyen d'oscillation trans versable autour d'un axe 13 qui est parallèle à l'axe de déplacement 14 de l'ensemble du dispositif de transfert par rapport à la piè#ce 1. Un générateur de soudage 16 est branché par un conducteur 17 au fil-électrode principal 5 et par un conducteur 18 et une résistance réglable 19 à la pièce à traiter 1. Ce générateur est donc adapté à créer et à entretenir un arc 20 qui s'établit entre la partie terminale 7 du fil-éiectrode principal 5 d'une part et la pièce à traiter 1 d'autre part. Un conducteur 21 relie d'autre part le fil-électrode secondaire 6 au conducteur 18 de façon à établir entre les parties terminales 7 du fil-électrode principal 5 et 8 du fil-électrode secondaire 6 un arc électrique 22. En avant du guide-fi# secondaire 3 est agencé un dispositif d'amenée d'un flux solide 24 comprenant une conduite d'écoulement 25 à vanne 26 aboutissant à une partie inférieure d'un réservoir de flux 27. En fonctionnement permanent, il s'établit, comme on l'a vu, un arc électrique principal 20 entre la partie terminale 7 du fil-électrode 5 d'une part et un arc électrique secondaire 22 entre les parties terminales 7 du fil électrode 5 et 8 du fil-secondaire 6.Ainsi qu'il résulte clairement du schéma électrique, le courant qui traverse la partie terminale 7 est la somme des deux courants d'arc, ce qui permet de combiner, dans une même disposition l'effet de chauffage de la pièce dfl à l'arc 20, l'effet de fusion de l'arc auxiliaire 22-à l'égard du fil électrode secondaire 6, en meme temps que la partie terminale 7 du fil-électrode 5 est parcourue par un courant qui est la somme des deux courants des deux arcs 20 et 22, assurant ainsi une possibilité accrue d'apport de métal en fusion via le fil-électrode 5. La configuration du dépôt obtenu a été représentée schématiquement au dessin ou l'on voit que la zone de dépôt 30 est ici remarquablement élevée et très importante au regard de la zone de dilution 21.Bien entendu, en jouant sur la valeur de la résistance 19, on peut modifier les conditions d'alimentation de l'arc 20, car il est bien évident qu'un accroissement de cette résistance 19 a pour effet de réduire la puissance de l'arc principal 20 et de diml- nuer encore le taux de dilution. Au contraire, une réduction de cette résistance 19, qui a pour effet d'accroître l'intensité de l'arc principal 20, a pour conséquence un accroissement du taux de dilution en même temps d'ailleurs qu'un accroissernent du taux de dépôt métallique 30.On notera en passant que la disposition décrite impose un amorçage d'arc un peu particulier en ce sens qu'au démarrage, on doit partir d'une vitesse de dévidage des dévidoirs 9 et 10 relativement faible, après quoi la vitesse est progressivement augmentée jusqu'à obtenir les vitesses correspondantes aux taux requis pour- l'opération considérée. Selon une forme de réalisation avantageuse qui n'est pas décrite au dessin, la résistance variable 19 peut etre déconnectée, puis reconnectée dans le circuit du générateur 15 et dans ce cas la mise en fonctionnement de l'installation de transfert de métal s'effectue en utilisant d'abord l'arc 20 sans insertion de la résistance 19, puis, et simultanément, en insérant cette résistance variable 19 avec la mise en route du dévidoir 10 pour le fil-électrode secondaire 6. Selon une variante de réalisation représentée à la figure 2, on retrouve ici désigné par les mêmes références le fil-électrode principal 5 associé à ce guide-fil 2 et le filélectrode secondaire 6 associé à ce guide-fil 3. Un générateur 40 est branché de la meme façon que le générateur 16 entre le gui#e-fil 2 du fil-électrode principal 5 et directement à la pièce à traiter 1. Le générateur présente ici cette particularité d'être un générateur à courant continu et c'est sa borne négative qui est raccordée au guide-fil 2.Ici le fil-électrode secondaire 6 est branché à une borne positive d'un second générateur 41 dont la borne négative est également raccordée au guide-fil 2, de préférence, mais cela n'est pas indispensable, au même niveau que le raccord de la borne négative du générateur 40. Ainsi qu'on le remarque immédiatement, on assure, par l'intermédiaire de deux générateurs appropriés 40 et 41, les mêmes conditions opératoires électriques que celles qui ont été décrites en référence à la figure 1 puisqu'également ici la partie terminale 7 du fil principal 5 est parcourue par la somme des deux courants qui forment respectivement l'arc principal et l'arc secondaire. Le réglage est ici simplifié, notamment plus simple en ce sens que l'on peut agir directement sur les carac téristiques de fonctionnement des générateurs 40 et 41 pour assurer des conditions particulières d'arcs principal et secondaire, tandis que la mise en fonctionnement de cette installation est ici particulièrement simple puisqu'il suffit alors, après avoir branché les deux générateurs d ' amorcer l'arc principal par la mise en route du dévidoir 9 pour le fil-électrode principal 5 puis d'amorcer l'arc secondaire par simple mise en route du dévidoir d'arc secondaire 10. L'invention s'applique au soudage et au rechargement sous flux gazeux ou en arc submergé sous flux solide et permet la mise en oeuvre de fil-électrode principal et/ou secondaire en fil plein ou en fil fourré ou en leur combinaison. R E V E N D I C A T-I O N S 1. - Procédé de transfert de métal sur une pièce métallique, notamment pour soudage, rechargement ou analogue, mettant en oeuvre un arc principal entre un fil-électrode d'apport et ladite pièce en déplacement relatif par rapport audit fil-électrode, caractérisé en ce qu'on établit un arc secondaire entre l'extremité dudit fil-électrode d'apport principal et l'extrê- mité d'un fil-électrode d'apport secondaire par dérivation d'une partie du courant circulant dans une partie terminale de préchauffe dudit fil-électrode principal. 2. - Procédé de transfert de métal sur une pièce métallique, caractérisé en ce que le courant d'arc secondaire circule également dans une partie terminale de préchauffe du-fil-élec-- trode d'apport secondaire. 3. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le courant d'arc secondaire est fourni par le générateur de courant d'arc principal. 4. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le courant d'arc principal d'une part, et le courant d'arc secondaire d'autre part sont fournis par des générateurs différents, respectivement un générateur de courant d'arc principal et un générateur de courant d'arc secondaire. 5. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on règle le courant d'arc principal et/ou le courant d'arc secondaire par une résistance insérée dans le circuit d'arc principal et/ou d'arc secondaire. 6. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on règle le courant d'arc principal et/ou le courant d'arc secondaire par un choix correspondant de la caractéristique du générateur d'arc principal et/ou du générateur d'arc secondaire. 7. - Procédé de transfert de métal selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on travaille en arc principal submergé sous flux. 8. - Procédé de transfert de métal selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre, à titre de fil-électrode principal et/ou secondaire, un fil plein, ou un fil fourré ou un feuillard, ou leur combinaison. 9. - Procédé de transfert de métal, caractérisé en ce qu'on fait converger l'une vers l'autre les directions des parties terminales des fils d'apport principal et secondaire. 10. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on fait converger les parties terminales des fils d'apport principal et secondaire en un point de convergence situé à distance de la surface en regard de la pièce. 11. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les parties terminales des fils d'apport principal. et secondaire sont toutes deux inclinées par rapport à un plan normal à la pièce et transversal au déplacement relatif pièce-fils-électrodes. 12. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 11, caractérisé en ce que les parties terminales des fils d'apport principal et secondaire sont inclinées de part et d'autre par rapport audit plan normal à la pièce et transversal au déplacement relatif pièce-fils-électrodes. 13. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 12, caractérisé en ce que les axes des parties terminales des fils-électrodes principal et secondaire sont substantiellement dans un plan incorporant la direction de déplacement relatif pièce-fils-électrodes. 14. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 13, caractérisé en ce que le fil-électrode secondaire est en avant du fil électrode principal par rapport à la direction de déplacement pièce-électrode. 15. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 3, caractérisé en ce que, le circuit d'arc principal incorporant une résistance insérrée à demeure dans le circuit d'arc principal, on assure la mise en fonctionnement en augmentant progressivement les vitesses de dévidage des fils-électrodes d'arc principal et secondaire depuis des vitesses faibles de dévidage d'amorçage d'arc jusqu'à des vitesses normales de dévidage appropriées au fonctionnement en charge. 16. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 3, caractérisé en ce que, le circuit d'arc principal incorporant une résistance inserrable par comsnutation, on assure la mise en fonctionnement en amorçant d'abord l'arc principal avec résistance hors circuit, puis l'arc secondaire simultanément avec l'insertion de la résistance d'arc principal. 17. - Procédé de transfert de métal selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on assure la mise en fonctionnement par établissement des tensions aux générateurs d'arc principal et d'arc secondaire, d'abord avec dévidage du fil-électrode d'arc principal, puis après am orçage de l'arc principal, dévidage du fil-électrode d'arc seconzaire. 18. - Installation de transfert de métal du genre comprenant un moyen d'amenée d'un fil-électrode principal, une source de courant de soudage branchée entre ledit fil-électrode principal et une pièce pour former un arc principal de soudage, caractérisé par des moyens d'amenée d'un fil-électrode secondaire en une direction telle que les fils électrodes principal et secondaire convergent l'un vers l'autre et par es moyens de branchement électrique dudit fil-électrode secondaire avec une source électrique de telle façon qu'un courant soit dérivé du fil-électrode principal vers le fil-électrone secondaire. 79. - Installation de transfert de métal selon la revendication 18, caractérisé en ce que le moyen de branchement incorpore une connexion électrique du fi1-électrode secondaire à la borne du générateur d'arc principal, qui est opposée à celle connectée au fil-électrode d'arc principal. 20. - Installation de transfert selon la revendication 18, caractérisée en ce que le moyen de branchement électrique du fil-électrode secondaire incorpore un générateur par exemple à courant continu branché à une borne du fil-électrode d'arc princi pal, de l'autre borne au fil-électrode secondaire, et de polarités telles, par rapport à celle du générateur, par exemple à courant continu, d'arc principal, que les courants délivrés par le générateur d'arc principal et le générateur d'arc secondaire soient de même sens dans le fil-électrode principal. 21. - Installation de transfert selon la revendication 20, caractérisée en ce que la polarité du fil-électrode d'arc principal est négative. 22. - Installation de transfert selon la revendication 18, caractérisée en ce que le moyen de branchement du fil-électrode principal à la pièce et/ou le moyen de branchement du filélectrode secondaire à la pièce incorpore une résistance réglable. 23. - Installation de transfert de métal selon l'une quelconque des revendications 18 à 22, caractérisée en ce que les moyens d'amenée du fil-électrode principal et du fil-électrode secondaire comprennent des dévidoirs d'axes parallèles et des guides-fils à directions convergentes. 24. - Installation de transfert selon l'une quelconque des revendications 18 à 23, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'amenée de flux en avant des fils-électrodes.