Brevet FR2498102A1 — publié le 19820723

L'invention a pour objet des perfectionnements aux têtes de soudure à arc électrique munies d'un système de balayage. Lorsqu'on réalise une soudure électrique le long d'un joint entre a deux pièces métalliques, on/l'habitude de déplacer alternativement l'élec- trode dans un plan perpendiculaire à l'axe du joint à souder de façon à bien repartir le cordon de soudure le long du joint. Dans les installations de soudage automatique, ce déplacement transversal de ltélectrode est réalisé par un système mécanique. Un tel système n'est pas toujours facile à réaliser, en particulier lorsque lton soude des pièces de petites dimensions comme des tubes. Dans ce cas en effet, l'électrode est montée sur une tête orbitale qui comprend une partie fixe s'appuyant sur l'un des tubes et sur laquelle est montée une partie tournante entrainée en rotation autour de l'axe des deux tubes pla ces bout à bout et qui portent ltélectrode. La partie tournante est entrai- née en rotation à la vitesse voulue de fanon à réaliser la soudure tout le long du joint. Pour effectuer le balayage nécessaire de l'arc, on utilise un système mécanique qui comporte un chariot mobile de support de la buse de soudage, guidé entre deux glissières dans un plan perpendiculaire à l'axe du joint.Le chariot est animé d'un mouvement alternatif au moyen d'un système bielle-manivelle, le rayon de celle-ci déterminant l'amplitude du mou- vement alternatif de balayage. La manivelle est entrainée en rotation à vitesse constante par un moteur et l'ensemble doit être porté par la partie tournante de façon à se déplacer avec la buse de soudage le long du joint. Pour que le système de balayage soit portée par la partie tournante, il faut donc qu'il soit de petite dimension et l'ensemble, qui doit être réalisé avec une grande précision,est fragile et onéreux. L'invention a pour objet un nouveau système de balayage plus sim- ple et moins encombrant, plus économique et beaucoup moins fragile. Selon l'invention, le dispositif de commande du balayage transversal de l'arc comprend un électro-aimant de production d'un champ magnétique dirigé sensiblement suivant le plan de joint dans le voisinage de l'arc, et un moyen de commande de l'inversion périodique de sens dudit champ magnétique. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'électro-aimant comprend une bobine associée à un noyau magnétique dont un pale est placé à proximité de l'électrode, l'axe dudit pôle étant placé sensiblement dans le plan de joint, perpendiculairement à la direction de l'arc électrique. Le moyen de commande de l'inversion périodique du sens du champ est un organe commandant des variations pulsées de la tension appliquée à la bobine entre deux valeurs opposées. L1 invention est basée sur le fait bien connu qu'un champ magnétique dont les lignes de force sont transversales à un conducteur parcouru par un courant exercent sur ce conducteur une force qui, dans le cas d'un arc électrique, se traduit par une déviation de l'arc. La déviation dépend du sens du champ et, par conséquent, en commandant des variations pulsées du champ, on détermine une déviation de l'arc alternativement dans un sens et dans l'autre à la même fréquence. Pour que le champ magnétique soit efficace, il faut qu'il sort produit à proximité immédiate de l'arc et c'est pourquoi, de préférence, on utilisera à cet effet un noyau magnétique dont un pôle est placé à pro limité de l'électrode, ce noyau coopérant avec une bobine dont la tension est pulsée entre deux valeurs opposées. On peut ainsi très facilement régler la largeur de balayage en faisant varier l'intensité du courant passant dans la bobine et faire varier la cadence du balayage en modifiant la fréquence de pulsage. D'autres avantages du dispositif selon l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre en se référant à un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexes. La figure 1 est une vue générale de dessus, d'une tête orbitale munie du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique à échelle agrandie ds la tête de soudure. La figure 3 est une vue -schématique de dessus selon III-III, figure 2. Les figures 4, 5, 6, 7 représentent des diagrammes de pulsation des tensions dans plusieurs modes de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté, en vue de dessus une tête orbitale classique comportant une pince 1 munie de mors de serrage 11 actionnés par une poignée 12 et prenant appui sur l'un des tubes à souder 2. La pince 1 forme d'autre part la platine de support d'un plateau rotatif 3 qui peut être entrainé en rotation autour de l'axe 20 des tubes 2 au moyen d'un moteur 13, par l'intermédiaire d'un mécanisme non représenté. Sur le plateau 3 est monté la torche de soudage 4 dont ltélectro- de 41 est placée dans le plan du joint à souder. L'ensemble de ces dispositions est bien connu et n'a pas à être décrit plus en détails. Selon l'invention, le plateau 3 porte également un électro-aimant 5 constitué d'un solénoïde associé à un noyau magnétique 6. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, le noyau magnétique 6 est prolongé par une partie coudée 60 dirigée suivant le plan de joint P (figure 3) et dont l'extrémité est placée le plus près possible de l'électrode 11 et peut à cet effet être munie d'un chanfrein. De ce fait, la partie coudée 60 du noyau magnétique canalise les lignes de force 61 (représentées sur la figure 3) et produit un champ magnétique B dirigé suivant le plan de joint P et perpendiculaire à l'arc électrique 7 qui s'établit entre l'électrode 11 et le joint 21 à souder. L'arc 7 est donc soumis à une force F1 qui le dévie vers la droite sur la figure 3. Cependant, si l'on inverse la tension aux bornes de la bobine 5 de ltélectro-aimant, le champ magnétique (B) produit à l'extrémité du noyau 60, change de sens et l'arc électrique 7 est alors soumis à une for ceF'lopposée à F1. Par des moyens bien connus qu'il est inutile de décrire en détails, il est facile de pulser la tension appliquée aux bornes de la bobine 5 de façon à inverser alternativement cette tension avec une fréquence déterminée. L'arc électrique 5 est alors soumis alternativement aux forces opposées F1 et F2, et il se déplace donc avec la même fréquence de la distance (a) ou (-a) de part et d'autre du plan de joint P. L'amplitude du déplacement (a) peut être facilement réglée en jouant sur la tension appliquée à la bobine 5 dans un sens ou dans l'autre. Le système qui vient d'être décrit s'applique à toute tête de soudage, fonctionnant avec ou sans fil d'apport. Dans le cas où lton utilise un fil d'apport 8, il est avantageux, comme on l'a représenté sur lesfi gures > d'utiliser le noyau 60 comme guide-fil en y ménageant un orifice axial de passage du fil 8. Cependant, le fil 8 pourrait également être amené le long du noyau 60 jusqu'à la zone de soudage. Sur les figures 4 à 7 on a représenté différents modes de pulsation de la tension. La partie gauche de la figure est un diagramme des variations de la tension en fonction du temps, la partie droite représentant schématiquement le joint à souder, en coupe transversale au plan de joint. La figure 4 correspond au mode de réalisation le plus simple qui vient d'être décrit dans lequel la tension subit un pulsage symétrique entre deux valeurs +V1, -V1 et reste à chaque valeur pendant un temps to. L'arc électrique 7, soumis alternativement aux forces F1 etprl, balaye le joint 21 entre les deux pièces à souder 22 et 23 sur une largeur 2a. Dans certains cas, il peut être utile de dévier l'arc ou au contraire de ramener dans le plan du joint P un arc dévié par effet de soufflage. I1 est alors utile de superposer à la tension oscillant entre les valeurs V1 et -V1, une tension continue dont la valeur et le signe V2 sont réglés en fonction de la déviation à obtenir. L'arc 7 est alors soumis alternativement à deux forces inégales F2, F'2 qui le font osciller symétriquement de part et d'autre du plan P du joint, la tension continue V2 représentant la nouvelle origine pour la tension de pulsage. On peut également répartir inégalement l'énergie dans le cas où lton doit souder entre elles, par exemple, des pièces d'épaisseuxsdifférentes. Ainsi sur la figure 6, on a représenté le soudage de deux pièces 24 et 25, la pièce 25 étant un peu plus épaisse. Dans ce cas, comme on le voit sur le diagramme de la figure 6, la tension appliquée à la bobine varie encore entre deux valeurs opposées V1 et -V1 mais reste à la valeur V1 pendant un temps tl supérieur au temps t2 pendant lequel est appliquée la tension -V1. De la sorte, bien qu'il oscille symétriquement de la distance a de part et d'autre du plan de joint P, l'arc électrique 7 reste plus longtemps du côté de la pièce plus épaisse 25. Bien entendu, il est possible également de ne pas faire passer instantanément l'arc électrique d'un côté à l'autre du plan de joint P. I1 est facile en effet de régler la pulsation de la tension de façon à produire des pentes de montée et de descente du courant dans la bobine, le signal de tension étant alors un signal ondulé, par exemple trapézotdal comme on représenté sur la figure 7. On utilisera de préférence un tel mode de pulsation dans le cas de joints larges. Les avantages du système qui vient d'être décrit sont nombreux. Tout d'abord, contrairement au système connu, on n'utilise pour réaliser le balayage de l'arc, aucune pièce en mouvement, la bobine 5 étant fixe ; en outre, le dispositif est d'un encombrement très réduit. L'électrise restant également fixe, la protection gazeuse peut être améliorée du fait que l'on élimine les turbulences qui résultaient du déplacement de l'électrode. Enfin, comme on l'a indiqué, il est très facile de régler en cours de soudage la fréquence et la largeur du balayage, le temps de maintien de l'arc d'un côté ou de l'autre du plan de joint et enfin de compenser un effet de déviation de l'arc. Bien entendu l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être déoit seulement à titre d'exemple, car elle pourrait faire l'objet d'autres variantes en utilisant notamment des moyens équivalents et d'autres modes de pulsations du champ magnétique. Par ailleurs, si l'invention est particulièrement avantageuse dans le cas d'une teête orbitale de soudage de tubes en raison des faibles dimensions de celle-ci, le même système pourrait être appliqué à d'autres dispositifs de soudage mobile sur une trajectoire le long d'un joint de forme quelconque ainsi qu'au cas où l'électrode est fixe et la pièce mobile. REVENDICATIONS 1.- Tête de soudure à arc électrique comportant une électrode (11) alimentée en courant électrique pour la formation d'un arc (7) et un dispositif de commande du balayage de l'arc selon une direction transversale au plan de joint, caractérisée par le fait que le dispositif de commande du balayage transversal comprend un électro-aimant (6) de production d'un champ magnétique B dirigé, dans le voisinage de l'arc (7), sensiblement suivant le plan de joint P et un moyen de commande de l'inversion périodique de sens dudit champ magnétique B. 2.- Tête de soudure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'électro-aimant comprend une bobine (5) associée à un noyau magnétique (6) dont un polie (60) est placé à proximité de l'électrode (11), l'axe dudit pôle (60) étant placé sensiblement dans le plan de joint P, perpendiculairement à la direction de l'arc électrique 7. 3.- Tête de soudure selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le moyen de commande de l'inversion périodique de sens du champ est un organe de commande de variations pulsées de la tension V1 appliquée à la bobine (5) entre deux valeurs opposées. 4.- Tête de soudure selon la revendication 3, caractérisée par le fait que la tension pulsée V1 est ajoutée à une tension continue V2 de déviation de l'arc. 5.- Tête de soudure selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée par le fait que la tension de la bobine passe progressivement d'une valeur V1 à la valeur opposée -V1.