Brevet FR2481172A1 — publié le 19811030

La soudure de pièces ou de profiles bout à bout par étincelage consiste à rapprocher progressivement les extrémités des pièces à souder au moyen de pinces à må- choires conductrices alimentées en courant électrique de toute manière appropriée et dont le déplacement relatif est assuré par vérins hydrauliques. Ce procédé est notamment utilisé pour la soudure de rails bout à bout, une machine à souder du type auquel se réfère l'invention étant décrite au brevet URSS n0 129.758. Dans les machines de ce type, il y a lieu de régler la vitesse d'avance, c'est- à-dire la vitesse à laquelle sont rapprochées entre elles les extrémités des pièces à soudées, et ce réglage doit avoir lieu au cours de la phase d'étince- lage. En effet, au début de l'étincelage, il s'établit un contact imparfait entre les extrémités des pièces, parltin- termédiaire de leurs irrégularités ou aspérités, ce contact ne fournissant pas un court-circuit france Il stensuit des points d'éclatement et de fusion localisés, donnant lieu à des cratères, ainsi qu'un échauffement de l'ensemble e Ensuite les cratères s'agrandissent, la fusion devient plus rapide de sorte que les pièces paraissent s'éloigner et qu'il est nécessaire d'accélérer leur rapprochement pour maintenir les conditions convenables de soudure et de protection contre l'oxydation. Pour fixer les idées, la vitesse de rapproche ment ou d'avance au début de l'étincelage devra etre par exemple de 0,5 mm/sec. pour passer ensuite aux environs de imm/sec. une fois les pièces échauffées et en cours de fusion. En vautres termes, cette vitesse doit etre suffisamment basse en début d'opération pour permettre d'avoir une fusion correcte du métal encore relativement froid, et s'accélérer au fur et à mesure de l'échauffement pour garder une distance moyenne constante entre les pièces en cours d'étincelage. Différentes solutions sont connues. L'une d'elles consiste à asservir l'ouverture d'un régulateur de débit hydraulique à l'avance du chariot mobile de soudage0 On obtient ainsi une vitesse qui augmente en fonction de la course réel le du chariot. Une autre solution apportée par l'institut Paton de AYiev et décrite au brevet transais n0 1.390.443 utilise un programmateur qui élimine des résistances électriques dans le circuit d'alimentation d'un moteur de commande de l'avance du chariot. On obtient ainsi une vitesse qui augmente en fonction du temps. La première solution nécessite un équipement de captation du mouvement monté directement sur la machine ce qui suppose des transmissions mécaniques complexes. De plus, le réglage est difficile car il ne peut se faire qu'en vraie grandeur avec déplacement du chariot de la machine. La deuxième solution provoque une accélération par paliers et ne peut être mise en oeuvre qu'au dernier moment de l'étincelage lorsque celui-ci est entièrement stabilisé et ne risque plus de recul du chariot de la machine. L'objet de l'invention décrite ci-après est un dispositif simple permettant de faire varier la vitesse du chariot des machines à souder suivant une loi prédéterminée d'une manière simple et progressive depuis le début de la phase d'étincelage. Conformément à l'invention, pendant la phase d'étincelage le ou les vérins de déplacement des pinces à mâchoires conductrices sont alimentés à partir d'une source de pression contrôlée au moins par un distributeur hydrauli- que avec interposition d'un régulateur de débit assurant une variation linéaire du débit en fonction d'une partie au moins du déplacement du piston d'un vérin secondaire alimenté luimême à partir du même distributeur avec interposition d'un régulateur de débit à débit constant, ledit régulateur de débit étant court-circuité par une dérivation munie d'un clapet à bille ou l'équivalent. Ainsi, lorsque le distributeur hydraulique est en position d'avance, le piston du vérin secondaire se déplace à vitesse constante assurant une augmentation linéaire du débit d'alimentation des vérins principaux de déplacement des pinces qui, par suite, se déplacent à vitesse croissante. Lorsque le distributeur est en position de recul, le vérin secondaire revient en arrière ce qui a pour effet de ramener le régulateur de débit des vérins d'avance à une position de débit réduit et par conséquent de ne pas commencer l'avance suivante du chariot à vitesse excessive. De préférence, le recul du vérin secondaire est réglé au moyen d'un limiteur de débit, ce qui permet de déterminer la vitesse initiale de l'avance suivante par rapport à celle précédemment atteinte. L'invention vise également les dispositions suivantes a) Dans le cas ou les vérins de déplacement fonctionnent uniquement en phase d'étincelage le régulateur à variation linéaire de débit est court-circuité par une dérivation munie de clapet à bille ou l'équivalent. b) Dans le cas où les vérins de déplacement assurent 1avance et le recul dans des phases autres que 1'étincelage; le circuit hydraulique comprend également des distributeurs affectés à ces mouvements dont l'action est combinée avec celle des dispositions de la revendication 1. c) Le déplacement du vérin secondaire assure, dans une première partie de sa course, un débit constant, puis dans une seconde partie de sa course un débit croissant linéairement. d) La durée de la course à débit constant est réglable. e) Le débit des régulateurs contrôlant le vérin secondaire est réglable. f) Le circuit de la phase d'étincelage comprend un robi- net à trois voies dont la troisième voie comprend des moyens de mesure et d'étalonnage des débits et des variations de débit. L'invention est illustrée par le dessin joint sur lequel Les figures 1 à 3 donnent une représentation simplifiée d'une machine à laquelle s'applique l'invention, la figure 1 étant une vue latérale, la figure 2 une coupe selon A-A de la figure 1, la figure 3 une coupe selon B-B La figure 4 est un schéma d'alimentation hydraulique des vérins d'avance selon l'invention. La figure 5 est une variante du schéma de la figure 4. En se reportant aux figures 1 à 3, on voit qu'une machine à souder à laquelle se rapporte l'invention se compose essentiellement de deux pinces la, lb et 2a, 2b articulées et coulissant autour de l'arbre 3, commandées par les vérins 4, 5 et munies de mâchoires conductrices 6a, 6b, 7a, 7b destinées à enserrer les extrémités des profilés, tels que rails 8. Les mâchoires 6 et 7 sont alimentées en courant électrique à partir des transformateurs de soudure 9 ; leur déplacement relatif est assuré par les vérins d'avance 10, 11 liés à la pince 1 dont les pistons sont liés à la pince 2, par les tiges 12, 13 sur lesquelles coulissent les demi-pinces la, lb. Les vérins d'avance 10, 11 sont alimentés à partir d'une source de pression 14 contrôlée par un distributeur hydraulique 15 avec interposition d'un régulateur de débit 16 dont la loi de variation de débit est linéaire en fonction du déplacement du piston 17 du vérin secondaire 18. Cette variation linéaire pourra, par exemple, être assurée par une transmission comportant une crémaillère 19 montée sur la tige du piston 17 et entrainant un pignon 20 commandant le régulateur 16. Le vérin ls est lui même alimenté en fluide par le même circuit hydraulique que Xles vérins 10 et 11 avec interposition d'un régulateur 21 à débit constant mais de préférence réglable ou un limiteur de débit, qui, dans l'exemple représenté est placé sur l'échappement du vérin 18. Les régulateurs 16 et 21 sont court-circuités par les dérivations 22 et 23 contrôlées par les clapets à bille 24 et 25. Dans la position du distributeur 15 représentée figure 4, les vérins 10 et 11 sont alimentés de façon à assurer leur avance selon la flèche F. Dans cette position les clapets 24 et 25 sont fermés, et les régulateurs 16 et 21 sont traversés par le fluide. Le piston 17 se déplace vers la gauche, augmentant progressivement le débit du régulateur 16 et par suite la vitesse d'avance des vérins 10 et 11. Si le distributeur est déplacé vers la gauche de fagon à inverser le sens d'écoulement du fluide,les régulateurs 16 et 21 sont court-circuités, les vérins 10 et il reculent en sens contraire de la flèche F ; simultanément le piston 17 revient vers sa position initiale, réduisant le débit de réglage du régulateur 16 et par suite la vitesse d'avance initiale lors d'une nouvelle avance des vérins 10 et 11. Cette réduction de vitesse est contrôlée par le régulateur ou limiteur de débit 26 (de préférence à débit réglable), court-circuité par la dérivation 27 munie du clapet anti-retour 28. En 29, on a représenté un robinet à# trois voies qui permet de faire fonctionner le circuit hydraulique sans alimenter les vérins et par suite de procéder à l'étalonnage des régulateurs et du vérin secondaire sans faire marcher la machine. Un moyen de mesure tel qu'un débit-mètre ou un volume étalonné 30 est placé sur la sortie du robinet 29. Le circuit de la figure 4 est prévu pour la phase dIétincelage. De ce fait il convient aux machines dont les vérins d'avance ne sont alimentés que pendant cette phase D d'autres moyens pouvant ôtre prévus pour le déplacement des pinces dans les autres phases telles que l'avance et le recul en accostage ou la phase de refoulement ou de forgeage0 Avec le circuit de la figure 5, les déplacements de ces phases sont réalisés par les vérins d'avance 10 et il au moyen des distributeurs 31, 32 et 33 qui sont combinés avec les dispositions de l'invention. Le circuit hydraulique comprend une ligne sous pression 14 et une ligne de retour à la banche 14a. Les vérins d'avance 10 et 11 sont alimentés par les distributeurs 15, 31, 32 et 33. Le distributeur 15 et le circuit associe 16 à 28 est le môme que dans la figure 4 sauf la suppression du bypass 22 et du clapet 24 et l'adjonction du clapet à bille 34 (ou l'équivalent); le distributeur 31 a trois positions, l9une d'arrêt total, les autres assurant ltalimentation des vérins sur l9une ou l'autre des faces de piston0 Les distributeurs 32 et 33 sont équivalents à des robinets d'arrêt ; ils sont- associés aux régulateurs à débit# constant (mais réglable) 35 et 36. Le fonctionnement est le suivant Dans la phase dite d'avance en accostage, le régulateur 31 est dans la position où les flèches sont croisées ce qui provoque l'arrivée de fluide autour des tiges des pistons des vérins 10 et 11 ; simultanément le distributeur 33 est ouvert ce qui alimente les faces opposées des mêmes pistons ; dans ces conditions les tiges des vérins 10 et 11 se déplacent selon la direction de la flèche F, direction d'avance ; le distributeur 15 est dans la position représentée, le piston 17 est en fin de course vers la droite et le clapet 34 empêche toute alimentation du régulateur 16. Au cours de cette phase, les extrémités de rails sont rapprochées jusqu'à entrer en contact à vitesse relativement rapide et avec application d'une force de contact élevée. Ce contact établit un courant de court-circuit qui provoque l'échauffement des rails en profondeur par effet joule. Cependant, cet échauffement étendu en profondeur est limité en degré et se produit avec un gradient relativement faible. Au contraire l'échauffement du à l'étincelage est peu étendu, mais dtun gradient élevé qui risque de produire des phénomènes- de trampe au refroidissement. C'est pourquoi il y a intérêt à produire un certain échauffement en profondeur avant l'étincelage de sorte que le gradient de température à partir de la zone de soudure ait les caractéristiques les plus favorables. Mais comme l'échauffement par effet joule est grand consommateur d'énergie et éprouve fortement les transformateurs, il est préféré d'opérer par courtes périodes de contact suivies de ruptures. Dans ce but, on détecte le court-circuit franc d'accostage par tous moyens électriques appropriés qui fournissent un signal commandant de façon temporisée un recul qui sera suivi d'un nouvel accostage. Ce recul est obtenu en fermant le distributeur 33 et ouvrant le distributeur 32. L'interruption du court- circuit franc provoque à son tour, avec temporisation, une avance en accostage. Le nombre des contacts et ruptures nécessaires à l'échauffement recherché étant connu, lorsque ce nombre est atteint on passe à la phase dtétincelage. Pendant.cette phase, le distributeur 31 reste dans la même position (flèches croisées) et les distributeurs 32 et 33 sont en position d'arrêt ; le distributeur 15 est dans la position à flèches croisées et alimente d'une part les faces principales des pistons des vérins 10 et 11 à travers le régulateur 16 a'autre part le vérin 18. Ceci provoque avance des tiges des vérins 10 et 11 avec une vitesse régulée par le régulateur 16 en fonction de la position du piston 17 du vérin 18, comme dans le cas de la figure 4. Pendant la phase dtétincelage, il arrive que les pièces à souder se collent ce qui se traduit par un brusque accroissement dtintensité. Le distributeur 15 est alors ramené à la position représentée et le distributeur 32 est ouvert ce qui provoque un recul rapide ; dans le même temps la face annulaire du piston 17 est alimentée ce qui provoque le déplacement vers la droite de la tige du piston 17. Au bout d'un temps prédéterminé suffisant pour éliminer tout pont liquide entre les pièces à souder, l'avance est reprise. Le rapport entre la vitesse de reprise d'avance et la vitesse précédemment atteinte est proportionnel à ce temps de recul et par suite, lorsque l'étincelage reprend, la vitesse des tiges des vérins 10 et 11 est voisine de celle précédemment atteinte du fait que le temps pour rattrapper l'écartement de recul est approximativement le temps d'écartement. Après la phase dtétincelage, il y a lieu de procéder à une phase de forgeage ou de refoulement dans laquelle les pièces sont rapprochées avec une poussée élevée. Dans ce but le distributeur 31 est déplacé vers la droite (flèches parallèles et opposées) les distributeurs 32 et 33 sont fermés, le distributeur 15 est ramené à la position représentée. Les faces principales des pistons des vérins 10 et 11 sont alimentées et les faces annulaires sont mises à la bâche, ce qui produit une avance rapide et une force maximum. On voit ainsi que le dispositif de l'invention résout le problème posé et présente en outre les avantages suivants Le dispositif de régulation est dépourvu de liaison mécanique avec les pièce s en mouvement de la machine ce qui évite des transm- ssions. rnécanlques complexes. Le dispositif permet le réglage de la vitesse et de la variation de vitesse sans faire fonctionner la machine proprement dite. il suffit en effet de faire des mesures de débit et de variation de débit au moyen du robinet 29 et du débit-mètre ou l'équivalent 30. Ces mesures permettront de régler les régulateurs 21 et 26, et de régler le calage inti au du regulateur de débit 16 ainsi que, éventuellement, celui de la tige du piston 17. On a en effet, sur les figures 4 et 5, représenté une crémaillère 19 comportant une première partie dépourvue de dents. Cette disposition permet d'obtenir une loi de variation de débit du régulateur 16 dans laquelle le débit est constant pendant un temps pour croltre ensuite linéairement Le réglage du calage de la crémaillère 19 sur la tige du piston 17 permet de régler une durée d'avance initiale à vitesse constante pendant le début de la phase d'étincelage. Ainsi, la variation de vitesse peut intéresser une partie seulement de la course d'étincelage ce qui est un autre avantage. D'autre part, en cas de court-circuit entre les pièces à souder provoquant un recul en cours d'étincelage, la vitesse de reprise d'avance est ramenée à une valeur inférieure à la vitesse précédemment atteinte, la différence de vitesse étant réglable par le temps de recul et le réglage du régulateur 26. Dans le cours de la description, on a mentionné la présence sur le circuit de clapets à bille ou clapets de non-retour. il va de soi que tout moyen équIvalent peut être employé et que ce terme recouvre tout moyen autorisant le passage du fluide dans un seul sens ; un robinet dtarret se fermant en cas d'inversion de la circulation ou connandé pour ne s'ouvrir que dans certaines circonstances, conne c'est le cas des distributeurs 32 et 33, fournirait le même résultat. Ainsi, les clapets 24, 25, 8 t 34 peuvent etre remplacés par des robinets commandés par ou on morne temps que le distrIbuteur 15. REVENDICATIONS I.- Perfectionnements aux machines à souder les profiles bout à bout par rapprochement de leurs extrémités au moyen de pinces à mâchoires conductrices déplacées par vérins, caractérisés en ce que pendant la phase d1 étincelage le ou les vérins(10, 11) de déplacement des pinces à mâchoires conductrices sont alimentés à partir d'une source de pression contrôlée au moins par un distributeur hydraulique (15) avec interposition d'un régulateur de débit (16) assurant une variation linéaire du débit en fonction d'une partie au moins du déplacement du piston (17) d'un vérin secondaire (18) alimenté lui-môme à partir du môme distributeur (15) avec interposition d'un régulateur de débit (21) à débit constant, ledit régulateur de débit étant court-circuité par une dérivation (23) munie d'un clapet à bille (25) ou l'équivalent. 2.- Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le recul du vérin secondaire est réglé au moyen d'un limiteur de débit (26). 3.- Machine selon l'une quelconque des revendica; tions précédentes, caractérisée en ce que le déplacement du vérin secondaire assure, dans une première partie de sa course, un débit constant, puis dans une seconde partie de sa course un débit croissant linéairement. 4.- Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la durée de la course à débit constant est réglable. 5.- Machine selon l'une quelconque des revendicaw tions précédentes, caractérisée en ce que la commande du régulateur à vitesse variable par le vérin secondaire est assurée par une transmission mécanique à crémaillère. 6.- Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le débit des régulateurs contrôlant le vérin secondaire est réglable 7.- Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit de la phase d'étincelage comprend un robinet à trois voies dont la troisième voie comprend des moyens de mesure et i'étalon- nage des débits et des variations de débit0 8.- Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que dans le cas où les vérins de déplacement fonctionnent uniquement en phase d'étincelage le régulateur à variation linéaire de débit est court-circuité par une dérivation munie de clapets à bille ou l'équivalent. 9.- Machine selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que dans le cas où les vérins de déplacement assurent l'avance et le recul dans des phases autres que l'étincelage le circuit hydraulique comprend également des distributeurs affectés à ces mouvements dont l'action est combinée avec celle des dispositions de la revendication 1.