Brevet FR2492702A1 — publié le 19820430

La présente invention concerne le soudage et a notamment pour objet un procédé de rechargement par soudage d'une couche superficielle de composition variable, un dispositif pour la commande du processus de rechargement par ledit procédé, ainsi que les pièces, organes ou analogues recharges conformément audit procédé. L'invention peut être utilisée pour le recharge- ment, sur n'importe quelle surface, d'une couche de métal dont les différentes parties ont chacune une composition déterminée, par exemple pour le rechargement des cylindres d'un laminoir par dép8t d'une couche de travail ayant une composition et, donc, des propriétés variables. Il a été proposé (voir le certificat d'auteur URSS N 507428), pour obtenir une couche superficielle de composition variable, d'introduire dans le bain de fusion, dans un ordre déterminé, un matériau d'électrode et un matériau d'addition sous forme d'au moins deux barreaux de composition différente, que l'on fait avancer à une vitesse différente. Ce procédé a des possibilités limitées, étant donné que les plages d'alliage des fils d'addition, surtout avec des éléments qui augmentent la résistance mécanique etréduisent la plasticité du métal (tels que le carbone), sont restreintes par les difficultés auxquelles on se heurte lors de l'étirage du fil allié, difficilement déformable. Il est possible, quand on utilise ce procédé connu, d'élargir considérablement les possibilités d'alliage du métal de rechargement, ainsi que les possibi- lités de variation de la composition et des propriétés de celui-ci au cours du rechargement, en employant des matières d'alliage dont on fait varier la vitesse de masse (Vm) durant le rechargement. Toutefois, la fusion du matériau d'addition absorbe une partie de l'énergie de l'arc, ce qui conduit à une perturbation du bilan thermique dans le bain de fusion, Ceci compromet la formation de la couche de OT enb T3: np nlosj. ge 9,asod Tsuse eamquqozd aq enue4qo e.anpnos ee ep ezqTln2aJ uoT.oes9 aunmnb sdzeli ewam ue '%ueme2,zuqoez ap aqonoo ul ep 5ú e2eT'llep se.TmTI sep no enb'rn:qo uoT:.Tsodmoo ml ep eat'2pz ep 2ueld BI ap UOTeua. xe aun azensse g uoeu: ep seT3:Tpom uaeTu.Zes UOTsn ap utiq aelt suep senbTurm.aqzeq suoTpuoo sel s'enbsel suep gpgooizd 'Tpel:'d izueweîBsqoez ep snsseoo.zd np epuummoo Bp;T.TsodsTp un %a eClquTZA 0o uoTlS;odwoo Op e EeToTTzedns etqonoo eunp eIBpnos JEd %uemea.zuqoe.z p 9p0oozd un ouop eSTA uoTue.AuTqI À 92.zaqoeaz eqonoo B' ep uo'T:oes Bt ap no InessT'd:,' ap:,l.TZtn29.zlT eun ' %'Tnpuoo '%uemzuiqoe, np sBuo el suep.'Tb ao 80.xpTSUOO 5Z nq el sUBp seea'sTI'Tn sea.z'qT.Im p e't.o!,. 9T.uenTb ml ep uoT.eO;TTTpom eunp eu2edwoooueis 'eTquçtlaA uoTTsoduoo ep etteToTaBdns eqonoo eunp uweB2Zqoej eTl ilnod eldBexe.zd %4oddz %Tpnp uoT%.uoTTpou eanoj To-xneo op eu.sU0oo eT!o%. %WTuenb eun inod xnuTiql. uee ezue puuop!Jzoddc oz unnb zTueuTum ep %aeuzed si nuuoo,TTTsodsp e'I À xnuuTs op sxnes;Tzxeauoo sep 1. eou9Auep se90SeTA sAe.z JOSTlTquB imod sjneuuoT:ppe sep 'eoueAup esse. 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Dans le procédé conforme à l'invention, la modification du rapport de la vitesse massique d'amenée du matériau d'addition à la vitessemassique totale d'amenée du matériau d'électrode en fonction de la variation de la distance entre les électrodes, permet d'élargir la plage de réglage de la composition. Cette possibilité résulte également de la modification de la distance entre les deux (au moins) électrodes, de sorte que le bilan de fusion peut être maintenu à un niveau assurant une fusion effective des matériaux arrivant dans - ledit bain. L'invention vise d'autre part un dispositif de commande du processus de rechargement, objet de l'invention, du type comprenant un mécanisme d'avance des électrodes et un mécanisme d'amenée des matériaux d'addition, munis de capteurs de la vitesse d'avance, de dispositifs de réglage de cette dernière et d'additionneurs pour la stabilisation de la vitesse d'amenée des matériaux 2249279j2 d'addition, ainsi que des convertisseurs de signaux, caractérisé, selon l'invention, en ce que le capteur de la vitesse d'avance des électrodes est raccordé aux convertis- seurs de signaux reliés entre eux en série, dont l'un a pour fonction de déterminer le rapport entre la quantité de matériaux d'addition et la quantité totale de matériaux à introduire dans le bain de fusion, tandis que le second a pour rôle de déterminer le taux d'alliage de la couche de rechargement, les sorties desdits convertisseurs de signaux étant reliées à l'additionneur et celui-ci étant connecté à un mécanisme d'amenée de matériaux d'addition supplémentaires, tandis que le convertisseur de signaux pour la détermination du taux d'alliage de la couche de rechargement comporte un dispositif à programme et est relié au mécanisme d'amenée du matériau d'addition. Le convertisseur de signaux servant à déterminer le rapport entre la quantité de matériaux d'addition et la quantité totale des matériaux à introduire dans le bain de fusion peut être relié à un dispositif à programme supplémentaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de différents modes de réalisa- tion de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique illustrant le rechargement avec emploi de deux électrodes fusibles vues dans le plan horizontal; - la figure 2 est une vue schématique analogue à celle de la figure 1, mais montrant les électrodes dans un plan vertical; - la figure 3 montre le diagramme de variation du courant de soudage lors de l'introduction des matériaux d'addition dans le bain de fusion; - la figure 4 représente le schéma synoptique fonctionnel du dispositif conforme à l'invention; - - la figure 5 représente le schéma électrique 2492702 d'une partie du dispositif conforme à l'invention. Le procédé, objet de l'invention, est mis en oeuvre de la façon suivante. Le rechargement est effectué à l'aide d'électrodes 1 et 2 sous une couche de flux (figures 1,2).On modifie le taux d'alliage du métal de rechargement en réglant la quantité de charge ou matière d'alliage 3 arrivant dans le bain de fusion en 4, en faisant varier en même temps la distance séparant les électrodes. L'introduction de la charge métallique dans le bain de fusion conduit à une augmentation du courant de soudage (A), due à son shuntage par le laitier (comparer les durées 1 et U2 sur la figure 3). Avec l'augmen- tation de la distance s entre les électrodes 1 et 2 (figure 1) et l'accroissement du courant, a lieu une augmentation de l'intensité des flux convectifs dans le bain. Ceci favorise l'égalisation de la température dans le volume du bain et entratne une intensification de la fusion des matériaux amenés dans le bain. On obtient de ce fait une assimilation normale de ces matériaux dans le bain, une extension des limites d'alliage, une bonne formation du métal déposé et une liaison sgre de ce dernier avec le métal de base. Le rapport entre la vitesse massique d'amenée des matériaux, d'une part, et la distance entre les électrodes, d'autre part, s'exprime comme suit: V s=d(1 + k m Yve+vm o: s est la distance entre les électrodes (voir figure 1); d, le diamètre des électrodes; k = 3 à 7, un coefficient de proportionnalité; Vm9, la vitesse massique d'amenée du matériau d'addition; Ve, la vitesse massique totale d'avance des électrodes. Les valeurs limites précitées du coefficient k ont été choisies sur la base de données expérimentales. Quand le coefficient k est inférieur à 3, la formation de la couche de rechargement (figure 4) est altérée par la dégradation du bilan thermique dans le bain de fusion lors de l'introduction de la matière d'addition. Toute augmentation du coefficient k au-dessus de 7 provoque l'apparition de deux bains de fusion distincts, ce qui compromet le processus de rechargement. Exemple. On a effectué le rechargement à l'aide de deux électrodes de 5 mm de diamètre. La vitesse totale d'avance des électrodes était de 64 m/h. Le courant d'arc était de 620 à 670 A, la tension, de 32 à 34V. Au cours du rechargement, on a fait varier la quantité de charge métallique amenée dans le bain de fusion de façon que le rapport m varie de 0,1 à 0,35. Avec l'augmentation de la quantité de charge dans ces limites on a fait varier la distance antre les électrodes de 7 à 13 am, respective- ment. On a constaté que la qualité de la formation de la couche de rechargement et la profondeur de fusion satisfaisaient aux prescriptions techniques. Des possibilités supplémentaires de régulation de la composition du métal de rechargement sont créées en introduisant une charge de deux compositions: une composition ballast, identique à celle des électrodes, et une composition d'alliage, différente de celle des électrodes. En faisant varier le rapport des vitesses massique d'amenée des additior d'alliage et ballast, et la vitesse massique totale en fonction de la variation de la distance entre les électrodes, on peut élargir les possibilités de régulation de la composition sans dépenses supplémentaires d'énergie et sans affecter les qualités technologiques du processus. Pour effectuer le contrôle du processus de rechargement conforme à l'invention on utilise le dispositif décrit ci-dessous. 7 24927'?2 Sur la figure 4 on voit en 1 un dispositif d'avance des électrodes consommables relié à un capteur de vitesse 2 et à un dispositif 3 de réglage de la vitesse d'avance des électrodes. On peut employer, en guise de capteur de vitesse, un capteur électromagnétique, photo- électrique, tachymétrique ou autre. En qualité de dispositif de réglage on peut utiliser un potentiomètre, un auto- transformateur, etc. Le capteur 2 est connecté à un convertisseur 4 qui détermine le rapport entre la quantité de matériaux d'addition différents de ceux des électrodes et la quantité totale dematériaux introduits dans le bain de fusion par unité de temps. Le convertisseur 4 est relié à un convertisseur 5 qui convertit le signal d'entrée en un signal proportionnel à la vitesse massique d'avance du matériau d'alliage nonélectrode. Le convertisseur 5 reçoit du dispositif à programme 6 un signal qui détermine le taux d'alliage de la couche de rechargement. Le convertisseur 4 est un dispositif constitué d'un amplifica- teur opérationnel et d'un additionneur (figure 5). Le convertisseur 5 est couplé à un dispositif d'amenée du matériau d'alliage non-électrode, qui comprend un mécanisme d'amenée 7, un capteur 8 de la quantité de matériau d'addition introduit, relié à un moteur (non représenté) d'amenée du matériau d'alliage non-électrode, et de construction analogue à celle du capteur 2. Ledit dispositif d'amenée comprend en outre un dispositif 9 de réglage de la quantité de matériau amené et un addition- neur 10 dont la fonction est de comparer le signal d'entrée U3 au signal de réaction U4. En qualité de dispositif de réglage 9 on peut utiliser une commande à thyristor, un amplificateur magnétique ou tout autre dispositif approprié. Le rôle de l'additionneur 10 peut être rempli par un amplificateur soit opérationnel, soit différentiel, un comparateur à diode, etc. Les sorties du capteur 2 et des convertisseurs 4 et 5 sont reliées en outre à un adiitionneur 11 servant à supprimer l'influence de la modification de la vitesse d'avance du fil d'électrode 8 2492702 sur l'alliage de la couche de rechargement et sur la qualité du métal de rechargement par unité de temps lors de la variation de l'alliage à la suite du réglage de la vitesse d'avance d'un matériau d'addition nonélectrode supplémentaire. A l'additionneur 11 est connecté un dispositif d'amenée du matériau d'addition supplémentaire dont la composition chimique peut être la même que celle de l'électrode de sondage. Ce dispositif comporte des unités 12, 13, 14, 15 analogues, respectivement, aux unités 7, 8, 9, 10. En 12 est monté un mécanisme d'amenée du matériau d'addition non-électrode supplémentaire, en 13, un capteur de la quantité de matériau d'addition non- électrode à introduire, en 14, un dispositif de réglage de la quantité de matériau d'addition à introduire, en 15, un additionneur comparant le signal d'entrée U6 au signal provenant du capteur 13. Au convertisseur 4 est couplé un organe à programme 16 dont les fonctions peuvent être remplies par un diviseur de tension réglable branché sur le circuit de réaction de l'amplificateur opérationnel faisant partie du convertisseur 4. Le dispositif fonctionne comme suit. L'installa- tion de rechargement étant mis en circuit, un signal U1 proportionnel à la vitesse d'avance de l'électrode de soudage est appliqué au convertisseur 4 (figures 4 et 5). Il apparaît alors A la sortie du convertisseur 4 un signal U2 proportionnel à la somme des vitesses massiques d'avance de l'électrode de soudage et des matériaux d'addition non-électrodes. La condition suivante doit alors être respectée: (1) U2 = U1. (1) 1-k1 o k1I est un coefficient caractérisant le rapport entre la quantité de matériaux d'addition non-électrodes et la somme des matériaux d'addition et d'électrode introduits dans le bain de fusion par unité de tmps. Le signal U2 est appliqué à l'entrée du convertisseur 5, qui délivre alors un signal U3 proportion- nel à la vitesse massique d'amenée du matériau d'addition non-électrode et qui est lié au signal U2 par la relation suivante: U2 = k2. U3 (2) o k2 d'alliage du métal déposé. On peut régler le coefficient k2 et par conséquent modifier le taux d'alliage à l'aide du dispositif à programme 6. La sortie du convertisseur 5 est reliée au dispositif d'amenée du matériau d'alliage non-électrode. La quantité de matériau d'alliage à introduire est proportionnelle au signal U3 appliqué à l'entrée de l'additionneur 10. Pour stabiliser la quantité de matériau d'alliage non-électrode à introduire, au mécanisme 7 est relié le capteur 8 dont le signal de sortie U4, proportion- nel è la quantité d'addition d'alliage, est comparé au signal U3 dans l'additionneur 10. En cas d'écart de la quantité d'addition d'alliage par rapport à la quantité voulue, il apparait A la sortie de l'additionneur 10 un signal U3 qui agit sur le dispositif de réglage 9 pour modifier le débit du mécanisme 7 d'amenée de l'addition. Pour supprimer l'influence qu'exerce le changement de la vitesse d'avance du fil d'électrode sur le taux d'alliage de la couche de rechargement et sur la quantité de métal déposé par unité de temps en cas de modification du taux d'alliage, on a introduit dans le dispositif selon l'invention un additionneur 11 et un dispositif d'amenée d'un matériau d'addition supplémentaire. Les signaux U1, U2, U3 de sortie des dispositifs 2, 4 et 5 sont appliqués aux entrées de l'additionneur 11, qui délivre à sa sortie un signal U6: TT - TT _ -TT - TT % f x v6 - v2 - %wl 'r wY TAJ Le signal U6 commande le fonctionnement du dispositif d'amenée du matériau d'addition nonélectrode supplémentaire Le principe de fonctionnement de ce dispositif est analogue à celui du dispositif d'amenée du matériau d'alliage non- électrode. Tout changement de la quantité de matériau d'alliage nonélectrode pour une vitesse constante d'avance de l'électrode entralne une modification du signal U3. A la sortie de l'additionneur 11, le signal U6 se modifie de façon que soit remplie la condition (3). Ceci conduit à une modification de la quantité de matériau d'addition non-électrode supplémentaire, de sorte que: U3 + U6 = const. pour U1 = const. (4) En réalisant les conditions (3) et (4) on obtient un métal de rechargement de composition chimique variable, la variation de la composition chimique au cours du rechargement n'influençant pas les dimensions, c'est- à-dire la section ou l'épaisseur, de la couche de rechargement. En cas de rechargement de pièces ayant une configuration complexe, on a besoin de modifier non seulement la composition chimique, mais aussi et dans le même temps la productivité du rechargement suivant une loi donnée. Le changement de la productivité du re- chargement ne doit pas influencer la compositbn chimique de la soudure. Ces pièces peuvent être/par exemple, les cylindres d'un laminoir à pèlerin dont les parties de pression et de calibrage de la surface de travail doivent satisfaire à des exigences différentes. Les quantités de métal à déposer sur les différentes parties du calibre sont elles aussi différentes. Il n'est pas avantageux de faire varier la productivité du processus de rechargement en réglant la vitesse d'avance de l'électrode de soudage, ceci pouvant entraîner un changement des paramètres du régime de rechargement. Ce problème est résolu en introduisant dans le dispositif qui vient d'être décrit un bloc de programmation 16 relié au convertisseur 4. Ce bloc permet de régler le rapport entre la quantité de matériaux d'addition non- electrodes et la somme des matériaux d'addition et d'électrodes arrivant dans le bain de fusion, c'est-à-dire le coefficient k1 dans l'équation (1) . La modification du coefficient k1 n'entraîne pas un changement du taux d'alliage de la couche de rechargement quand le signal délivré par le dispositif de programmation 6 est constant. Le rôle du dispositif de programmation 16 peut être rempli par un diviseur de tension réglable branché sur le circuit de réaction de l'amplificateur opérationnel fonctionnant au sein du convertisseur 4. La modification de la productivité du processus de rechargement par réglage de la quantité de matière d'addition arrivant dans le bain de soudage permet d'autre part de modifier la vitesse de solidification et de refroidissement du métal de la couche déposée. En modifiant la vitesse de solidification et de refroidissement du bain de fusion, on arrive à faire varier la structure du métal déposé, et, par conséquent, à modifier les propriétés technologiques de la couche de métal de rechargement. 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. REVEND I CA TIONS 1.- Procédé de rechargement par soudage d'une couche superficielle de composition variable, du type consistant à introduire dans le bain de fusion des matériaux d'électrode et d'addition dans un ordre déterminé, caractérisé en ce qu'on introduit le matériau d'addition à l'aide d'au moins deux électrodes fusibles séparées l'une de l'autre par une distance déterminée par la relation suivante: V úve+v dans laquelle: s est la distance entre les électrodes, d, le diamètre d'électrode, k, un coefficient de proportionnalité de 3 à 7, Vz, la vitesse massique d'amenée du matériau d'addition, Ve, la vitesse massique totale d'avance des électrodes. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit dans le bain de fusion un matériau d'addition comprenant un additif d'alliage et un additif ballast, ce dernier ayant la mime composition que les électrodes. 3.- Dispositif de commande du processus de rechargement conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2, du type comportant un mécanisme d'avance des électrodes et un mécanisme d'amende des matériaux d'addition, équipés de capteurs de vitesse d'avance, de dispositifs de réglage de cette dernière et d'additionneurs stabilisant la vitesse d'amenée des matériaux d'addition, ainsi que des convertisseurs de signaux, caractérisé en ce que le capteur de vitesse d'avance des électrodes est relié à des convertisseurs dsarnaux 13 2492702 reliés en série, dont l'un a pour fonction de déterminer le rapport entre la quantité de matériaux d'addition et la quantité totale de matériaux arrivant dans le bain de fusion, tandis que l'autre convertisseur a pour rôle de déterminer le taux d'alliage de la couche de rechargement, les sorties desdits convertisseurs étant reliées à un additionneur connecté à un mécanisme d'amenée de matériaux d'addition supplémentaires, le convertisseur de signaux déterminant le taux d'alliage de la couche de rechargement comportant un dispositif de programmation et étant relié au mécanisme d'amenée de matériau d'addition. 4.- Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le convertisseur de signaux servant à déterminer le rapport entre la quantité de matériaux d'addition et la quantité totale de matériaux arrivant dans le bain de fusion est relié à un dispositif de programmation supplémentaire. 5.- Pièces ou organes caractérisés en ce qu'ils sont rechargés conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2.