Brevet FR2327843A1 — publié le 19770513

La présente invention se rapporte à une installation de soudage mécanisée destinée à souder, sous un gaz de protection ou sous une poudre protectrice, la couche de la racine, ainsi que les couches de remplissage et de finition sur des matériaux métalliques. Dans le soudage mécanisé unilatéral. où on soude exclusivement à partir d'un côté, on suppose une pénétration uniforme de la soudure, fondant régulièrement sur les côtés de la racine. Pour répartir régulièrement le cordon de soudure. un suppprt de soudage est absolument nécessaire, ce qui exige une dépense supplémentaire. Un cordon parfait, entièrement soudé, ne peut cependant pas être toujours obtenu en soudant à partir d'un côté. Les difficultés résultent du fait que s'il s'agit en particulier de tôles longues, une préparation en quelque sorte uniforme du cordon ne peut être obtenue qu'au prix d'une grande dépense et. en outre. des modifications du joint du cordon peuvent se produire pendant le soudage. Pour cette raison, les tôles relativement minces sont déjà soudées également au préablable à laide d'un procédé dit bilatéral. Dans un procédé de ce type. les côtés des plaques à souder sont chanfreinés de part et d'autre et pints les uns aux autres de telle sorte qu'il en résulte un cordon en X, K ou en double U. Dès que le soudage d'un côté est effectué. la plaque esttournée pour souder la couche ou les couches opposées.Cette façon de faire est liée à de nombreux inconvénients, parmi lesquels se rangent en particulier ce qui suit: a/ il ne peut être soudé, à partir des deux côtés, que des pièces à usiner dans lesquelles la face inférieure du cordon est accessible par des renversements; ceci n'est pas le cas dans les corps creux fermés, en quelque sorte les tubes; b/ la préparation des joints bilatéraux est compliquée et plus coûteuse que celle des tôles chanfreinées unilatéralement; c/ normalement. un dépôt de métal considérable par jointoiement est nécessaire avant que le côté opposé puisse être soudé; d/ la rotation des plaques pour le soudage à partir de la face inférieure est fastidieux, accaparante et coûteuse; en particulier, dans le cas de grandes pièces à usiner lourdes et volumineuses. telles qu'elles sont utilisées, par exemple. pour la construction de bateaux, cette manoeuvre de renversement n'est pas réalisée d'emblée; elle exige des#engins de levage spéciaux et onéreux, abstraction faite d'un grand encombrement. On a donc préféré un procédé de soudage unilatéral; toutefois, aucun procédé de soudage à l'arc électrique satisfaisant, pour le soudage à partir d'un seul côté n'a été disponible jusqu'ici. A ceci s'ajoute le fait que, d'une manière entièrement identique, si on soude en partant d'un ou des deux côtés, abstraction faite entièrement des cordons courbés, un écart du chalumeau soudeur au-delà du milieu du joint conduit à un soudage défectueux dans le cas de cordons longs et rectilignes et ne peut être évité que par une grande dépense résultant de l'alignement des tôles, ainsi que par une observation et intervention constantes du per sonnel de service. Ceci est encore plus difficile pour les sections courbées spatialement. Pour cette raison, on a travaillé intensément, dans différents endroits, au développement de systèmes de guidage de tête à souder et on a proposé des solutions d'une nature extrêmement variée. Il est bien connu d'utiliser des appareils mécaniques, tels que des palpeurs, des rouleaux de guidage, etc. pour la commande latérale automatique du chalumeau soudeur. Un inconvénient important de cette solution est l'usure des palpeurs, qui est inévitable et qui conduit à des manoeuvres de commande erronées au cours de durs travaux à l'atelier. D'autres solutions pour le guidage sans contact de la tete à souder dans le milieu de joint sont connues et sont fondées sur un principe capacitif, inductif ou optique. Ces procédés connus exigent des dispositifs supplémentaires sur la tete à souder, à proximité étroite de l'endroit à souder, lesquels do#nnent lieu fréquemment à des difficultés en raison de la sensibilité à la température et à l'encrassement des palpeurs. Lorsque le joint est plus fortement coudé, il est nécessaire en outre de séparer le chalumeau soudeur et le palpeur et de mémoriser les servo-signaux pour le déplacement du chalumeau soudeur, ce qui, supplémentairement, > signifie une dépense électronique, Il est donc souhaitable de prévoir un système de guidage au milieu du joint, dans lequel il est renoncé aux palpeurs supplémentaires. Deux procédés de ce type sont connus.Dan#s la demande de brevet n0 1. 080. 712 déposée -en République Fédérale d'Allemagne, la différence de tension résultant de l'écart de l'électrode de soudage à partir du milieu du joint entre les tôles, est utilisée ici comme un signale de mesure. Par suite du très petit signale de mesure de 0 > 0001 volt obtenu, ce procédé ne peut guère être mis en oeuvre lors de trajets de courant qui ne sont pas toujours définis et qui sont influençables également par le cordon déjà soudé, ainsi que de résistances de contact différentes au cours des durs travaux à l'atelier.Un second procédé connu, où l'arc électrique sert de palpeur, est décrit au brevet ne 3.204.081 des Etats Unis d'Amérique. L'arc électrique est dévié ici magnétiquement vers les deux flancs du joint et les modifications dynamiques des grandeurs caractéristiques de l'arc électrique entre deux déviations représentent une mesure de l'écart à partir du milieu du joint. Cette déviation n'est pas sans influence désavantageuse sur le procédé de soudage et exige en outre la dépense supplémentaire d'un dispositif magnétique à pendule, ainsi qu'une évaluation coûteuse des signaux électroniques. Pour améliorer le soudage de la racine, il est connu de monter en série. à une faible distance, pour deux électrodes en fil métallique, deux sources de courant séparées l'une de l'autre et deux systèmes de chalumeaux soudeurs et d'avance des fils métalliques, de façon que l'un des arcs électriques fonde l'un des bords du joint à souder et l'autre arc électrique, le bord opposé. L'avantage de cette variante de soudage technologique est qu'une chenille de racine uniformément bonne est garantie sûrement, dans la mesure où il est satisfait à la condition présumée selon laquelle le système des chalumeaux soudeurs est guidé exactement au milieu du joint.Dans cette variante, le guidage médian précis suppose l'utilisation d'un système de gui supplémentaire, comme décrit ci-avant > et est lié au surplus à l'inconvénient J de devoir utiliser nécessairement deux sources de courant avec les chalumeaux soudeurs et mécanismes nécessaires pour l'avance des fils métalliques. Dans ces conditions, le but de la présente invention vise à prévoir un système très simple et d'un coût favorable par rapport au dispositif de commande électronique et à la dépense en appareils; ce système réunit en soi les avantages du soudage à double fil métallique et du guidage au milieu~ du joint d'un système de chalumeaux soudeurs, convient de préférence à un soudage unilatéral et compense également les écarts de distance entre la tête à souder et la pièce à usiner. Conformément à l'invention, ceci est obtenu en utilisant un appareil à souder (figure 1) décrit en détail ci-dessous et dans lequel on utilise une source de courant 1. un système d'avance de fils métalliques 2 conçu pour deux électrodes 22 du type fil métallique et un chalumeau soudeur 3 fonction- nant sous un gaz de protection ou sous une poudre protectrice et muni de deux tubes de contact 4 séparés électriquement l'un de l'autre. dotés de buses de contact vissables 5r disponibles dans le commerce, pour chaque électrode du type fil métallique et en particulier et de préiSrence d'une buse commune de gaz de protection 6 pour le soudage sous gaz de protection ou d'un dispositif d'amenée de poudre commun pour le soudage sous poudre protectrice; simultanément, la disposition de deux conducteurs d'amenée de courant séparés 9, prévus pour chaque électrode métallique et pourvus chacun d'un shunt de mesure 10 monté en série. disposition rendue possible par un système d'avance du double fil métallique (figure 2) séparant électriquement l'un de l'autre les fils métalliques et concrétisé par des rouleaux pour l'avance des électrodes métalliques 8r isolés électriquement l'un de l'autre et disposés de préférence sur un arbre de commande 7. offre la possitilité d'utiliser. comme signal de mesure, les différences des courants partiels 12 des deux électrodes métalliques lors d'un écart du chalumeau depuis le milieu de joint, de sorte que ce signal de mesure. après amplification usuelle (figure 3). convient à l'entraînement du moteur actionnant le chariot du chalumeau soudeur mobile latéralement et provoque ainsi automatiquement un retour de ce chalumeau soudeur dans le milieu du joint. Le capteur de valeur de mesure est, dans ce procédé, un shunt de mesure disponible dans le commerce. Lors d'un écart du chalumeau à partir du milieu du joint. il se produit, par modification des intervalles de résistance entre la buse de contact 5 et la pièce à usiner 19r c'est-à-dire. par conséquent, par l'intermédiaire de l'extrémité libre 20 du fil métallique et de l'arc électrique 21, des courants partiels différents 12 dans les conducteurs d'amenée 9 séparés électriquement l'un de l'autre des deux électrodes métalliques 22, si bien que la différence des deux courants partiels forme le signal de mesure que l'on doit utiliser, comme décrit ci-avant, pour le guidage continu du chalumeau soudeur dans le milieu. Pour souder des tôles courbées spatialement, par exemple. il est proposé, pour maintenir égale la distance, que le courant de soudage entier soit mesuré pour la manoeuvre en hauteur de la tête à souder et soit comparé avec une valeur de consigne prédéterminée et que la hauteur de la tête à soudér au-delà de la pièce à usiner soit réglée. comme on le sait > de façon que la valeur de consigne du courant de soudage entier soit atteinte. La conception et le mode de fonctionnement de l'invention sont décrits en détail ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation qui se rapporte au soudage sous gaz de protection. Aux dessins annexés: - la figure 1 représente un appareil à souder; - la figure 2 est un système d'avance du double fil métallique; - la figure 3 est une amplification du signal de mesure et - la figure 4-est un système de guidage de l'écartement La construction des différents dispositifs et appareils. qui représentent le système entier. est visible à la figure 1. Une source de courant commune 1 > à ligne caractéristique tombant de préférence à plat, sert de source d'énergie à la double électrode métallique disposée dans un chalumeau soudeur 3 du type à gaz de protection.A chacun des conducteurs d'amenée de courant séparés 9, on a incorporé un shunt 10 disponible dans le commerce et Qnt la chute de tension 11 est de 150 mV à 600 A. La distance entre les deux tubes de contact 4 séparés électroniquement ltun de l'autre, disposés dans le chalumeau commun du type à gaz de protection, est déterminée de façon qu'il en résulte une distance 8 mm entre les électrodes métalliques. On soude avec des valeurs de courant et de tension de 230 A et 29 V par fil métallique, valeurs usuelles pour un diamètre de fil de 1,0 mm. La vitesse de~ soudage atteint 45 cm/minute.Lors d'un écart à partir du milieu du cordon, provoqué par voie de contrainte et s'élevant, par exemple, à 2 mm, la différence des deux courants partiels atteint environ 30 A lors du soudage d'un joint en Y d'un angle d'ouverture de 60 , d'épaisseurs de tôle de 16 mm, d'une largeur de jonction de 2 mm et d'un entrefer de O mm, ce qui correspond à une différence de tension 13 de 7, 5 mV au shunt de mesure utilisé; cette différence de tension est amplifiée cent fois dans le dispositif d'amplification de mesure représenté à la figure 3 et est transformée en impulsions du type pas à pas pour la commande du moteur pas à pas M utilisé dans l'installation pour le réglage latéral du chalumeau soudeur qui est ainsi ramené dans le milieu du cordon jusqu'à ce que les deux courants partiels soient de nouveau égaux. Le dispositif d'amplification de mesure se compose d'un amplificateur différentiel 14 comprenant une logique d'évaluation 33. un basculeur directionnel 36. un déphaseur 37 et l'étage final de puissance 38. Un oscillateur 39 est connecté. La ligne 40 sert au réglage à gauche, la ligne 41 au réglage à droite et la ligne 42 au réglage médian. En rectifiant obliquement le joint par rapport à la voie de guidage du chariot d'avance du chalumeau soudeur, ce dernier suit régulièrement et en continu, grâce à la commande prédécrite, exactement le parcours imposé dans le milieu du joint, de sorte que le procédé de soudage se déroule d'une manière absolument exempte de perturbations, tout en formant régulièrer la chenille de la racine ou les couches de remplissage déposées aprbs réalisation de cette racine. Meme lors du soudage de la couche de finition, une faible différence en hauteur entre la dernière couche de rempliesage et le bord supérieur du joint est suffisante pour guider le brûleur sans écart décelable à partir du milieu. La figure 4 reproduit schématiquement un exemple de réalisation du système de guidage de l'écartement. Les électrodes métalliques 22 sont déplacées à une vitesse constante grâce au réglage 31 de la vitesse de rotation du moteur d'avance des fils métalliques 32 dont les particularités ne forment pas l'objet de la présente invention. Au conducteur d'amenée de courant, on a incorporé un shunt de mesure 24 dont la chute de tension est de 1 volt à 500 ampères et à l'aide duquel on mesure le courant de soudage entier que fournit une source d'énergie 25. Lors d'une modification de l'écartement entre la tete à souder 26 et la pièce à usiner 19, le courant de soudage se modifie, de meme que la chute de tension au shunt. Ceci conduit, après une comparaison 28 avec le courant de consigne prédéterminé par l'intermédiaire d'un potentiomètre 29, à la formation d'un servo-signal 30 transformé, dans un appareil de commande 35, en impulsions 34 du type pas à pas pour L'entraînement du moteur pas à pas 23 utilisé dans l'installation pour le réglage en hauteur du chalumeau soudeur, de sorte que la tete à souder se règle jusqu'à ce que l'intensité initialement prédéterminée soit rétablie. REVENDICAT IONS 1. Installation de soudage mécanisée servant à souder sous un gaz de protection ou sous une poudre protectrice la couche de la rac#ine, ainsi que les couches de remplissage et de finition sur des matériaux métalliques, caractérisée en ce qu'elle se compose d'une source de courant de soudage connue 1, d'un système d'avance des fils métalliques connu 2 qui amène à l'état synchrone et isolé électriquement l'un de l'autre deux fils métalliques de soudage et d'un chalumeau soudeur 3 du type à gaz de protection ou poudre protectrice dans lequel les deux fils métalliques de soudage. isolés électriquement l'un de l'autre, sont conduits à l'endroit à souder; et en ce que la différence d'intensité ou de résistance résultant de la position excentrique du double chalumeau soudeur est mesurée dans les deux branches de courant 12, puis est transormée en un signal différentiel 13 qui est fourni à un dispositif de réglage et d'amplification connu 14 (figure 3) et est ainsi utilisé pour le retour en continu du chalumeau soudeur dans le milieu, par l'intermédiaire d'un déplacement dû à un moteur. 2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'en vue de régler en hauteur la tête à souder, le courant de soudage entier est mesuré et comparé avec une valeur de consigne prédéterminée; et en ce que la hauteur de la tête à souder au-dessus de la pièce à usiner est réglée d'une manière connue de façon que la valeur de consigne du courant de soudage entier soit atteinte. 3. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les buses de courant 5 et les tubes d'amenée 4 des fils métalliques, séparés électriquement l'un de l'autre et inclus dans le chalumeau soudeur commun 3 du type à gaz de protection ou poudre protectrice, peuvent être réglés, en ce qui concerne leur distance et leur inclinaison l'un par rappprt à l'autre, au moyen de douilles d'écartement correspondantes 15, de vis de serrage ou autres. 4. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'une buse de gaz de protection séparée, montée sur le chalumeau soudeur commun par une liaison à vis ou à emboftement, est utilisée pour chaque électrode métallique, en lieu et place de la buse de gaz de protection commune. 5. Installation suivant la revendication Ir caractérisée en ce que le rouleau d'avance 8 du double fil métalliqu;, représenté à la figure 2, est divisé, par une matière non électriquement conductrice 16, en deux moitiés de rouleau séparées électriquement l'une de l'autre, montées de préférence sur un arbre commun 7 du moteur dlavance des fils métalliques. 6. Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le rouleau de pression 18 montée de préférence à la façon d'un cardan sur l'arbre de commande 17 et faisant face au rouleau de commande 8, est aussi divisé > selon le même principe, en deux moitiés séparées électriquement l'une de l'autre 7. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la suspension des dévidoirs des fils métalliques et le guidagides différentes électrodes métalliques jusqu'aux tubes de guidage 4 séparés électriquement l'un de l'autre, se font également à l'état séparé électriquement l'un de l'autre. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la variante de soudage technologique prédécrite convient mieux à la résolution des problèmes de guidage des fils: métalllques lors d'un soudage à joint étroit (procédé de soudage à entrefer étroit).