Brevet FR2493741A1 — publié le 19820514

La présente invention se rapporte au soudage en bout par étincelage et a notamment pour objet des procédés de soudage en bout par étincelage, dans disques le mouvement d'avance principal des pièces à souder est combiné avec un mouvement de va-et-vient ou vibratoire d'au moins l'une des pièces à souder. Dans l'industrie de nos jours, on recourt de plus en plus souvent à l'assemblage de pièces par le procédé de soudage en bout par étincelage dans lequel un mouvement vibratoire supplémentaire est communiqué à l'une ou aux deux pièces à souder, le long de la direction de leur avancement. Ce procédé réunit les avantages de deux techniques de soudage en bout : celle de l'étincelage continu (chauffage régulier du métal suivant la section à souder des pièces, qualité stable des assemblages), et celle de soudage par la résistance (faible pertes de métal lors de l'étincelage, possibilité d'utiliser toute la puissance établie des transformateurs de soudage). Ces avantages du procédé en question permettent d'obtenir des assemblages soudés présentant de hautes propriétés mécaniques (résistance au niveau du métal de base) et de réduire de 2 à 3 fois la durée du soudage. Ce procédé de soudage (brevet Grande Brétagne NI 162073) consiste à faire étinceler les bouts des pièces à souder en faisant passer un courant alternatif, à les rapprocher en même temps l'une de l'autre et à communiquer à au moins l'une des pièces à souder, le long de la direction d'avancement, un mouvement vibratoire assurant des rapprochements et des écartements supplémentaires des pièces à souder. Ce mouvement vibratoire supplémentaire des pièces à souder fait varier l'intervalle de décharge, la variation linéaire dudit intervalle provoquant une variation de la résistance dans le circuit de soudage. Lors de l'écartement des pièces à souder, l'intervalle de décharge s'accrott, la surface des contacts diminue, de sorte que la résistance augmente. Lors du rapprochement des pièces, l'intervalle de décharge diminue, la surface des contacts s'accroet et, par conséquent, la résistance diminue. Au moment final de l'écartement et au moment initial du rapprochement des pièces, les contacts explosent (étincelage), la quantité de métal éjectée, le rendement thermique et la vitesse de fusion dépendant de la valeur instantanée de la tension de soudage au moment de ltexao- sion. Il est également à noter que, lors du-rapprochement des pièces, la probabilité de l'explosion des contacts de dimension relativement importantes diminue. Or, dans le procédé connu de soudage qui vient d'entre décrit, il n'est pas tenu compte de ce facteur. Lors du soudage, à une résistance déterminée dans les contacts peuvent correspondre des valeurs ins-t#n?tanées très différentes de la tension de soudage, ce qui entrasse une augmentation de la durée du soudage et une réduction du rendement thermique. L'invention vise par conséquent, un procédé de soudage en bout par étincelage qui permettrait de diminuer les pertes de métal lors de l'étincelage, dtintensifier le chauffage et d'accroitre le rendement de la machine à souder en bout Ce problème est résolu du fait que le procédé de soudage en bout par étincelage, du type consistant à faire étinceler les bouts des pièces à souder en y faisant passer un courant alternatif, à rapprocher simultanément lesdites pièces l'une de l'autre, tout en communiquant à au moins l'une des pièces à souder, le long de la direction d'avancement, un mouvement vibratoire assurant des rapprochements et des écartements supplémentaires des pièces à souder, caractérisé selon l'invention, en ce que pendant la phase d'écartement des pièces on diminue la tension de soudage jusqu'à une valeur comprise dans les limites de 0,7 fois sa valeur de travail et zéro dans un intervalle de temps non inférieur à 1/8 d'une période du mouvement vibratoire à partir du début de 1 'écartement, tandis que pendant la phase de rapprochement des pièces on rétablit ladite tension à sa valeur initiale dans un intervalle de temps non supérieur à 1/8 d'une période dudit mouvement vibratoire à partir du début de rapprochement. Le problème exposé plus haut est également résolu du fait que le procédé de soudage en bout par étincelage, du type consistant à faire étinceler les bouts des pièces à souder en y faisant passer un courant alternatif, à rapprocher simultanément lesdites pièces l'une de l'autre, tout en communiquant à au moins l'une des pièces à souder, le long de la direction d'avancement, un mouvement vibratoire assurant des rapprochements et des écartements supplémentaires des pièces à souder, caractérisé, suivant l'invention, en ce qu'on baisse la tension de soudage jusqu'à une valeur comprise dans les limites de 0,7 fois sa valeur de travail à zéro pour les périodes ou la résistance dans les contacts dépasse une valeur prédéterminée. Ladite diminution de la tension de soudage dans les limites mentionnées et dans un intervalle de temps prédéterminé à partir du début de 1' écartement des pièces à souder, suivie dudit rétablissement de la tension de soudage à sa valeur initiale dans un intervalle de temps prédéterminé à partir du début du rapprochement, ou encore, ladite diminution de la tension de soudage pour les périodes où la résistance dans les contacts dépasse une valeur prédéterminée, excluent l'explosion des contacts de dimensions relativement grandes sans toutefois empêcher l'explosion des contacts de dimensions relativement petites. Par conséquent, les projections de métal (pertes irrécupérables de métal et de chaleur) diminuent, de même que la surlongueur à prévoir pour l'étincelage. Etant donné que le métal projeté lors des explosions des contacts est du métal chauffé, il est évident que la réduction des pertes de métal s'accompagne d'une augmentation du rendement thermique. Le chauffage des pièces à souder s'effectue plus rapidement, ce qui, en définitive, réduit la durée de soudage et améliore le rendement des machines à souder en bout D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs et en se référant au dessin unique annexé représentant les diagrammes des mouvements vibratoires engendrés par la colonne de la machine à souder.Les points Smin du diagramme supérieur correspondent à l'intervalle de décharge minimum, tandis que les points Smax correspondent au maximum dudit intervalle de décharge. Les courbes 2, 2', 3 et le tronçon rectiligne 3' sont des représentations graphiques des valeurs instan tanées de la tension de soudage, dont les amplitudes sont les suivantes pour la courbe 2 U2 2 3 3 " 3 U2 " " " 31 U3= 0 Lors de 11 augmentation de l'intervalle de décharge (à partir du point Smin jusqu'au point Smax sur la courbe 1), a lieu une augmentation de la résistance dans les contacts et une diminution de ceux-ci en nombre et en dimensions. A partir d'un certain moment t2(qui,pour une section à souder et une tension de soudage déterminées, peut entre établi d'une façon assez précise à l'aide d'un oscillographe), l'intervalle de décharge S2 et les dimensions des contacts sont tels, qu'il se produit une explosion de ceux-ci, les pertes de métal et de chaleur contenue dans ce dernier dépendant des dimensions du contact ayant explosé. Afin de réduire les pertes au moment t2, on baisse la tension de soudage, d'amplitude Um égale à U2 (courbe 2, Um = U2), jusqu'a' une valeur (courbe 2', Um=Ul2) à laquelle ne peut se produire que l'explosion de contacts de petites dimensions au moment t'2 (point S2 sur la courbe 1), ou bien on supprime complètement la tension (courbe 3-3'). Lors du rapprochement des pièces à souder, l'intervalle de décharge diminue et on assiste alors à la fusion des contacts de dimensions relativement faibles sous une tension réduite (Um= U'2). Au moment t3, la surface des contacts qui se créent s'accrott à tel point que la fusion de ces contacts ne peut se produire que sous une tension instantanée élevée.A ce moment, on rétablit la tension à sa valeur initiale (courbe 2, Um= U2 ; U2 > U'2). Les essais effectués ont permis d'établir qu'il est rationnel de baisser la tension à une valeur comprise dans les limites de 0,7 fois sa valeur de travail et zéro, la valeur à choisir dépendant de la section des pièces à souder et de la puissance du matériel de soudage. Au fur et à mesure que l'échauffement des pièces augmente au cours de l'étincelage sous la tension Um= U2, apparatt la possibilité de l'explosion de contacts de plus grand diamètre que ceux déterminés par le déplacement Au moment de la baisse ou de la suppression de la tension, la résistance dans les contacts diminue d'une certaine valeur, car elle dépend de la durée du soudage à partir de son début, et par conséquent, la valeur prédéterminée de la résistance diminue au fur et à mesure que se poursuit le soudage. Sur le diagramme, ceci se traduit par le fait que lors de l'augmentation du chauffage, on réalise la diminution de la tension au moment t1. La réalisation des opérations décrites permet d'accrottre le rendement non seulement gracie à une diminution des pertes de chaleur et de métal, mais aussi par l'application d'une tension de soudage élevée aux moments où les contacts sont de grandes dimensions et où leur résistance est faible. Dans les procédés connus, le soudage sous tension accrue ne permet pas d'augmenter sensiblement l'échauffement des bouts à souder, car dans ce cas, se produit aussi l'explosion de contacts de plus grandes dimensions. Les essais de contrtle du procédé conforme à l'invention ont démontré la possibilité de réduire dans des proportions de 20 à 30% la durée du soudage. Le procédé objet de l'invention, peut être mis en oeuvre sans mesurer, pendant le soudage la résistance dans les contacts. Pour cela, on diminue la tension de soudage dans les limites précitées au moment t4 quand apparat la possibilité d'une explosion des contacts à la valeur S4 de l'intervalle de décharge. Le temps ou l'intervalle de temps t4 constitue au moins 1/8 d'une période du mouvement vibratoire à partir du début de l'écartement des pièces à souder.Le rétablissement de la tension à sa valeur initiale est effectué lors de la phase de rapprochement des pièces dans l'intervalle de temps t5, lorsque l'intervalle de décharge est égal à S5. Le temps t5 ne dépasse pas 1/8 d'une période du mouvement vibratoire à partir du début du rapprochement, lorsque la fusion des contacts de dimensions relativement grandes exige, pour se produire, la tension de travail établie. Des exemples concrets mais non limitatifs de mise en oeuvre du procédé, objet de l'invention, sont décrits ci- après. Les limites jusqu'auxquelles on peut baisser la tension de soudage dépendent des aires des sections à souder, de la puissance de la machine à souder, de la résistance en court-circuit de la machine et du matériau des pièces à souder. Pour souder des barres en acier austénitique de 40mm de diamètre par le procédé selon l'invention, on a eu recours à une machine d'une puissance de 150 kVA et une résistance en court-circuit de 60.10 6 ohms, la fréquence du mouvement vibratoire étant de 30 Hz. La tension a été abaissée, aux moments précités jusqu'à O V. La durée du soudage a été de 5 à 6 s. La durée du soudage sans diminution de la tension a été de 10 s. Sur une machine d'une puissance de 100 kVA et une résistance en court-circuit de 90.10 6 ohms, on a soudé des rails (aire de la section à souder, 8650 mm2) par le procédé, objet de l'invention (fréquence du mouvement vibratoire, f=25 Hz). La tension de soudage a été diminuée aux moments précités jusqu'à 0,7 fois sa valeur initiale. La durée du soudage a été de 60s au lieu de 90s en cas de soudage sans diminution de la tension. La surlongueur de soudage a été réduite de 6 mm. Pour souder, par le procédé suivant la présente invention, des tubes en acier à bas carbone dont la section était de 4000 mm2, on a eu recours à une machine à souder d'une puissance de 150 kVA, et une résistance en court circuit de 80.10 6, la fréquence du mouvement vibratoire étant de 16 Hz. A chaque période du mouvement vibratoire, quand la résistance a atteint une valeur de lsordre de 120.10 , on a diminué la tension jusqu'à une valeur égale à 0,4 fois sa valeur initiale. La durée du soudage a été de 50s au lieu de 75s en cas de soudage sous diminution de la tension. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Procédé de soudage en bout par étincelage, consistant à faire étinceler les bouts des pièces à souder en faisant passer un courant alternatif, en rapprochant simultanément lesdites pièces l'une de l'autre, tout en communiquant à au moins l'une des pièces à souder, le long de la direction d'avancement, un mouvement vibratoire assurant des rapprochements et des écartements supplémentaires des pièces à souder, caractérisé en ce que, pendant la phase d'écartement des pièces on diminue la tension de soudage jusqu'à une valeur comprise dans les limites de 0,7 fois sa valeur de travail et zéro dans un intervalle de temps non inférieur à 1/8 d'une période du mouvement vibratoire à partir du début de l'écartement, tandis que pendant la phase de rapprochement des pièces on rétablit ladite tension à sa valeur initiale dans un intervalle de temps non supérieur à 1/8 d'une période d'une période du mouvement vibratoire à partir du début du rapprochement. 2. Procédé de soudage en bout par étincelage, consistant à faire étinceler les bouts des pièces à souder en faisant passer un courant alternatif, en rapprochant simultanément lesdites pièces l'une de l'autre tout en communiquant à au moins l'une des pièces à souder, le long de la direction d'avancement, un mouvement vibratoire assurant des rapprochements et des écartements supplémentaires des pièces à souder, caractérisé en ce qu'on baisse la tension de soudage jusqu'à une valeur comprise dans les limites de 0,7 fois sa valeur de travail et zéro pour les périodes où la résistance dans les contacts dépasse une valeur prédéterminée 3. Assemblages soudés caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par application duprocédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2.