Brevet FR2459104A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux dispositifs d'amenée de soudures et brasures. Le secteur technique de l'invention est celui des machines automatiques ou semi-automatiques à souder et à braser, et plus particulièrement dans le traitement calorifique des soudures ou brasures en fils ou en rubans, pendant la phase préliminaire immédiate de la soudure. On connait déja des machines ou la soudure ou brasure est maintenue à la plus basse température possible,pendant son passage et son stationnement dans un guide, par différents moyens de circulation de fluides réfrigérants, ce qui a pour but d'éviter la fonte prématurée des dites soudures ou brasures et sOn coulage autour de l'orifice de sortie du guide-soudure, cette sortie se trouvant dans une ztne à plus ou moins hante température. Ces machines, bien que permettant une amélioration dans les travaux effectués par rapport aux méthodes anciennes, présentent certains inconvénients. En effet,les moyens de refroidissement utilises ne permettent pas une assez grande rapidité du coulage de la soudure ou brasure, rapidité qui est un gage de réussite dans ce genre de travaux. La présente invention, qui est un perfectionnement aux procédés déja existants, vise à remédier à ces inconvénients, d'une part, et à permettre des écono- aies de matières riches en métaux précieux. L'objectif à atteindre est une avancée de soudure ou brasure qui permette à la longueur de soudure nécessaire à l'exécution de cette dernière, d'atteindre, sans la dépasser, une température immédiatement au dessous de son point de fusion, et ceci pendant le temps nécessaire d'attente nécessaire aux changements, autosa- tique ou non, de position des pièces à souder ou à braser. L'objectif est atteint grace à un didpositif de préchauffage du métal d'apport (soudure), ce qui permet l'emploi de ces derniers à très faible teneur en métaux précieux. De ce fait de l'utilisation possible de métaux d'apport à haute température de fusion et de gaz neutres réducteurs, l'économie est très grande, et ceci dans tous les procèdés de soudures, MIG (métal inerte-gaz), MAG (métal-argon gaz),ou TIG (Tungstène inerte-gaz). En effet la température des métaux d'apport étant maintenue près de leur point de fusion, il suffit d'un faible apport de calories au moment même ou le métal d'apport touche les pièces à assembler par soudure qui, ellesssont à la température de fusion dudit métal d'apport,la soudure est alors parfaite quoique sans emploi de borax.De plus il est possible d'employer des soudures ou brasures à très faible teneur en métaux précieux en regard de leur haut point de fusion, entre six cent et mille cinq cent degrés centigrade et au delà. L'économie de métaux d'apport est alors très grande. Le dispositif qui fait l'objet du présent s'adapte aisément aux soudures ou brasures dans le cadre d'une chauffe oxy#acétylènique, il peut également ètre adapté aux équipements de postes à induction de haute ou moyenne fréquence élec triques. Les dessins annexés illustrent, à titre d'exemple, un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention. La figure 1 représente,schématiquement et en coupe, le dispositif de préchauffage du métal d'apport muni de sa circulation de fluide réfrigérant et de son écran thermique de régulation. La figure 2 représente schématiquement l'ensemble tète mobile de soudure et avance de fil ou ruban de soudure, conforme à l'invention. La figure 3 représente schématiquement des dispositifs connus associés à l'objet principal du présent brevet d'invention. Tel qu'il est représenté schématiquement et en coupe dans la figure 1, le dispositif comporte un corps creux tubulaire 1 qui est le guide-soudure en fils ou rubans 4, dont l'entrée est en t2 et la sortie en Il . Le corps tubulaire 1 est entouré d'un deuxième corps creux, également tubulaire 2. Les deux corps creux 1 et 2 sont intimement réunis par coulage de brasure 3, ce qui a pour effet un bon échange de calories entre eux. Le corps creux tubulaire 2 est parcouru par un fluide réfrigérant entrant en 9 et sortant en 10.La nature de ce fluide réfrigérant sera choisie selon la gamme de températures qui s'imposera pour l'éxacution des travaux en cours. Ltensemile des corps creux 1 et 2 est entouré d'un troisième corps creux tubulaire 19, chargé de maintenir et de guider l'ensemble. On remarquera ensuite qu'urne partie 7 du corps creux 1 n'est pas refroidi par le fluide refrigérant qui parcourt lthélicoRde 2, c'est précisément dans cette ztne 7 qu'On va amener le métal d'apport à la température optimum ou son avance va être déclanchée pour effectuer la soudure.Cette avance ne pourra se faire que si le thermocouple 6 constate que la température recherchée est atteinte. D'une façon générale, c'est le thermocouple 6 qui va déclancher, non seulement le déplacement du métal- d'apport 4, mais aussi réguler cette température en faisant varier le débit du fluide réfrigérant dans 2, d'une part, mais aussi en déplaçant latéralement l'écran de protection 5 dans le sens utile, soit à la montée en température, en libérant sa protection des calories sou en limitant la quantité, en interposant ledit écran thermique 5 entre le flux du au chalu 8 menu et la ----- ztne 7 qui contient la section du métal d'apport qui va être utilisée .Le thermocouple 6 se révèle donc comme la pièce principale du dispositif, puisqu'a lui seul il détermine le fonctionnement total de 11 ensemble par action sur la protection variable de la ztne 7 contre le flux thermique d'un chalumeau, d'une part, du débit variable du fluide réfrigérant dans le corps creux 2 et de la vitesse de défilement du métal d'apport 4, d'autre part. L'originalité de l'invention réside dans la régulation des échanges thermiques et leur équilibre obtenu selon des critères fixés à l'avance, entre la température de la partie de métal d'apport contenue dans la ztne 7 du guide soudure ou brasure et celle des pièces à souder ou braser. La figure 2 à laquelle on se référera, va permettre de complèter la démonstration, elle représente schématiquement l'ensemble tète mobile de la figure 1, avance fil ou ruban de métal d'apport, circuits de réfrigération et couple thermoélectrique. On peut y voir le corps tubulaire 1 qui guide et ou se réchauffe le métal d'apport 4, dont la sortie est en 11, la position du couple thermoélectrique 6, le tube de réfrigération 2, à l'intérieur duquel circule le fluide réfrigérant dont ltntrée est en 9 et la sortie en 10, ainsi que le support 19 de tète de soudure 23. On remarquera ensuite une gaine souple connue 18 qui as sure la translation du métal d'apport en fil ou en ruban 4 entre le dispositif propulseur 14 et la tète de soudure mobile 23 quelle que soit la position de cette dernière.Un dispositif 13, qui peut être mécanique ou électrique, contrtlle non seulement l'avancement du métal d'apport 4, mais aussi sa présence, son r# le est d'arréter le processus de soudure dès que la bobine réserve de métal d'apport est vide , bobine réserve figurée en 17 et tournant sur son axe 20. De plus le détecteur de présence de métal d'apport 13 permet le comptage des pièces effectivement soudées. Des guides-fil sont prévus en 15 et 16 . L'écran mobile pare flamme asservi est représenté en 5 . L'avantage de cette disposition réside dans la liaison souple 18 entre le propulseur de métal d'apport 14, qui est fixe , et la tète mobile de soudure 23, toutes les positions utiles aux travaux en cours peuvent ètre adoptées sans d'importants déplacement de matériel.Toutes les liaisons entre la tète mobile de soudure 23 et les alimentations diverses qui la desserve peuvent prendre toutes les positions utiles , ces manoeuvres sont très rapides et font gagner beaucoup de temps dans les réglages initiaux des divers organes du dispositif. Dès à présent on peut comprendre que l'originalité principale du présent brevet d'invention réside dans le fait de l'obtension, à la sortie du guide-fil 1 ,d'un métal d'apport proche de son point de fusion, d'ou une grande simplification des outillages de maintien des pièces à souder au moment même de l'avance dudit métal d'apport. La figure 3 représente schématiquement et à titre de démonstration ce qntest, en pratique, une installation autnmatique efficace de soudure ou brasure qui intègre le dispositif de préchauffage de métal d'apport qui fait principalement l'objet du présent. On peut y voir la tète mobile distributrice de métal d'apport 25 munie de son tube guide-soudure 1, le thermocouple 6 qui lui est associé, ainsi que l'écran thermique mobile asservi 5 et les arrivée et sortie de fluide réfrigérant 9 et 10. Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant: Les pièces à souder ou braser étant en place et le ou les chalumeaux étant allumés (non représentés) ,la température de la flamme de ce dernier est Observée par le thermocouple 26 et affiché sur l'appareil de mesure 32 .La température de la pièce à souder est observée par un appareillage pyromètflque 25 et affichée par 33, ces deux valeurs de températures sont ensuite transmises àux mémoires d'un intégrateur électronique programmé 27 qui donnera des ordres au moment propice. Pendant la chauffe de la pièce à souder et l'écran thermique 5 en état de repos, le guide-soudure ou métal d'apport 1 va s'échauffer au voisinage de la flamme du chalumeau, le thermocouple 6 va envoyer la valeur de sa mesure par 6 à 36 qui est l'index de l'appareil de mesure directe de température 34 sur lequel on à préalablement et manuellement affiché la température du métal d'apportsdéterminée d'après la température de soudage des pièces à traiter, à l'aide de la commande 28 qui détermine la position de l'index de référen ce 24. Dès que tndex mobile 36 de l'appareil de mesure 34va entrer en cO3Snci- dence avec l'index de référence 24 , un signal va être transmis à l'intégrateur électronique 27, la soudure va pouvoir avoir lieu à la condition que les indications de températures de pièce à souder 33 soient propices à cette action. Si l'un des critères n'est pas atteint, la soudure n'aura pas lieu. Au contraire si les mesures concordent, 27 les intègrent et peut déclancher la commande d'avancée de soudure ou métal d'apport 4 par le mécanisme 14. Dès le début de la mise en marche de la machine automatique à souder, le moto-pompe à débit variablet2s9est mis en marche, le fluide réfrigérant à circulé entre le radiateur 30 et l'évacuateur de calories 2 de la tète de soudure 23 par les alimentations 9 et 10. L'indicateur de température 36 du thermocouple 6 va progresser vers l'index d'affichage manuel 24, comme dit plus haut, quand il y aura corncidence entre 36 et 24 qui affiche la température de 6 qui est précisément celle du métal d'apport contenu dans le guide soudure 1, les deux signaux ou mesures seront intégrés dans les circuits à mémoire de 27 qui déclanchera le contrtle de débit du moto pompe 29 qui ajustera cette action jusqu'a ce que l'équilibre thermique déterminé à l'avance soit atteint entre le thermocouple 6 ,donc du métal d'apport, et la pièce à souder (controlé par 25 et 33). Si cet équilibre thermique entre les organes plus haut cités tends à dépasser la température affichée en 24, un ordre, mémorisé par 27 va mettre en fonction l'organe mécanique ou oléopueumatique .31 qui actionnera l'écran thermique 5 qui va protèger de façon efficace le guide soudure 1 des radiations calorifiques de la flamme du chalumeau. Un équilibre thermique va s'instaurer par égalisation de la température idéale affichée manuellement par 24 et celle de 36, il y aura cdïncidence, C'est seulement à ce moment précis que le déclanchement de l'avance de métal d'apport qui est contenu dans le guide tubulaire 1, va ètre commandé par le mécanisme 14 maintenu en activité par 13 qui controle 4 la présence du métal d'apport4dans le propulseur.I1 reste à noter que la com- mande d'injection de gaz réducteur pendant le temps de coulage (fonte) du métal d'apport sur la pièce à souder est commandée par 35, il en est de mème pour l'al lumage et l'extinction du ou des chalumeaux pendant la phase de changement des pièces qui a lieu après chaque acte de soudage, ces fonctions sont automatiquement commandées au cours du processus d'actions enregistrées par programmation des mémoires électroniques situés en 27 dans le schéma. Les avantages du préchauffage du métal d'apport qui fait l'objet du présent, ainsi que l'extinction des chalumeaux et l'interruption d'injection des gaz réducteurs pendant le temps de changement des pièces à traiter sont très grands. En effet l'économie de métaux précieux d'apport, de gaz combustibles et comburants et des gaz réducteurs est considérable,~grace aux thermies développées parla combustion oxy#acétylènique ( environ 3.300 OC) l'emploi des alliages à base de nickel-chrome-molybdène, cobalt, etc, en lieu et place des alliages à base d'argent ou d'or sont permis. D'autre part il est connu que liens n ploi de ces alliages de métaux commus permet d'atteindre de hautes performances dans les caractéristiques mécaniques ainsi que d'excellentes tenues à l'abrasion et à la corrosion. Les dispositifs qui viennent d'ètre décrits assurent ces avantages et y compris l'utilisation de gaz réducteurs comme l'azote ou l'azote-hydrogène. Les domaines d'application de la présente invention sont vastes et toute liste en serait incomplète, elle ne sera donc pas évoquée. IoevENDICÂTI(#s. 1 - Perfectionnements aux dispositifs d'amenée de métal d'apport de soudure en fils ou rubans, notamment dans les appareils de brasage et soudure semiautomatiques ou automatiques, qui permettent l'utilisation de métaux d'apport à très faible teneur en métaux précieux ainsi6utune grande économie dans la consommation des gaz combustibles, comburants et réducteurs, caractérisé par le fait qu'ils comportent des dispositifs de préchauffage controléde la fraction utile du métal d'apport, d'une part, et d'interruption d'alimentation en gaz divers pendant la phase de changement des pièces à traiter, toutes les fonctions étant contrtlées selon une programmation préliminaire précise. 2 - Perfectionnements apportés aux amenées de soudure suivant la revendication 1, caractérisépar le fait que le dispositif de préchauffage de la fraction de métal d'apport nécessaire à l'éxécution d'une soudure consiste en ce alune partie du corps tubulaire guide-soudure est plus ou moins refroidie par la circulation régulée d'un fluide réfrigérant, pendant qu'une autre partie dudit gui de soudure est plus ou moins exposée au flux thermique ##environnement de la flamme d'un chalumeau, la température de cette dernière partie du guide-soudu re , proche de l'orifice de sortie de cette dernière, est contrtlée par un thermocouple. 3 - Perfectionnements apportés aux amenées de soudure suivant la rerendica- tion 2, caractérisés par le fait que le thermocouple de contrtle de température commande, par l'intermédiaire d'une mémoire électronique, le débit du fluide réfrigérant dans la partie refroidie du guide-soudure qui estl en réa litésun piège à calories destinés à les éliminer. 4 - Perfectionnements apportés aux ma amenées de soudure suivant la revendication 2, caractérisés par le fait que le thermocouple contrôle, toujours pari l'intermédiaire d'une mémoire électronique, le déplacement d'un écran thermique qui s'interpose plus ou moins entre la partie nue du guide-soudure et le flux thermique du chalumeau. 5 - Perfectionnements apportés aux amenées de soudure suivant - - - les revendications 2 et 3, caractérisés par le fait que la température de la partie nue du guide soudure, donc de la soudure qui y séjourne, atteint une valeur parfaitement contrtlée par l'action simultanée du fluide réfrigérant à débit variable et dtun écran mobile pare flamme. 6 - Perfectionnements apportés aux amenées de soudure suivant la revendication 1 ,caractéri épar le fait de l'interruption de fonctionnement du ou des chalumeaux ainsi que de la fermeture de l'arrivée des gaz réducteurs pendant le changement, automatique ou non, des pièces en cours de traitement. 7 - Perfectionnements apportés aux amenées de soudure suivant les revendications 1, 2 , 3 , 4 ,5 et 6, caractérisgpar le fait que le thermocouple qui mesure la température de la section de métal d'apport nécessaire à la soudure, est à la base de la commande d'actions successives pour la bonne éxécution du travail en cours, toutes les actions sont programmées par le réglage préliminaire et manuel d'un seul organe pyromètrique central.