Brevet FR2526345A1 — publié le 19831110

L'invention concerne un dispositif de cambrage de fil-électrode pour tête de soudage à l'arc, ainsi que les tetes de soudage pourvues de ce dispositif. L'invention s'applique au domaine de soudage à l'arc sous gaz à l'électrode fusible et plus particulièrement au soudage dit à "intervalle étroit" qui permet de réaliser la soudure en bout de tôles épaisses au moyen de cordons juxtaposés, et déposés en couches successives et régulières dans l'intervalle étroit que l'on ménage entre les faces d'extrémité à souder de ces tôles, préalablement usinées à angle droit. Dans la version la plus répandue de ce procédé, chaque couche comporte seulement deux cordons intéressant chacun d'une part la couche précédente et d'autre part l'une des parois de l'intervalle délimitée par la face d'extrémité de l'une des tôles à souder. Dans le principe de base déjà connu de ce procédé, une liaison soudée de qualité est obtenue en réalisant un précambrage du fil-électrode par une disposition particulière du mécanisme d'entrainement et d'introduction du fil dans la torche à souder, conçue elle-même de manière à s'introduire aisément dans l'intervalle étroit. Ce précambrage définitif assure, en sortie de torche, à l'endroit de l'arc, une courbure permanente du filélectrode que la disposition d'ensemble de la tête de soudage oriente vers l'une des parois à souder. Une tête de soudage selon ce procédé comporte ainsi généralement deux torches et leurs alimentations en filsélectrodes en gaz et en courant, les courbures des deux fils étant orientées de façon opposée vers chacune des deux parois de l'intervalle. La mise en oeuvre industrielle de ce principe de soudage repose sur le guidage précis des torches par rapport à leurs parois respectives, guidage qui est obtenu par des dispositifs palpeurs actionnant des servo-mécanismes de position supportant les torches. La courbure des fils-électrodes à l'endroit des arcs de soudage est obtenue par des systèmes de cambrage qui leur impriment une déformation permanente que n'altère pas ensuite leur passage dans les torches. La qualité de la soudure dépend non seulement de la précision des servo-mécanismes de guidage des torches mais surtout de la constance de la courbure et de l'orientation des fils-électrodes par rapport aux parois. L'orientation est donnée par la position de la-tete, tar.ii que la courbure est donné par le réglage du système de cambrage. Dans la pratique, on a remarqué malheureusement que des difficultés provenaient de l'état de contraintes dans lequel pouvait se trouver le fil-électrode au moment de son emploi. Ce phénomène est bien connu dans la mise en oeuvre du procédé de soudage à l'arc sous gaz à l'électrode fusible dans sa forme répandue. On pallie dans une certaine mesure cette difficulté en prévoyant un système de dressage du fil avant son introduction dans la torche. De nombreux systèmes ont été développés dans ce but et équipent les appareils du marché. Ces systèmes relèvent de plusieurs principes parmi lesquels deux sont les plus courants et donnent satisfaction Le premier fonctionne par galets multiples brisant la précontrainte du fil appelée couramment "nerf" du filélectrode. Le second fonctionne par traction imprimée au fil-électrode. On obtient ainsi des conditions de dépôt de cordons satisfaisantes car les variations de position de l'extrémité du fil-électrode par rapport à l'axe de la torche restent compatibles avec les conditions de soudage, bien que ces variations s'exercent dans toutes les directions. On a cependant constaté que ces systèmes n'étaient pas de nature à satisfaire les conditions de soudage en intervalle étroit, qui impliquent impérativement des variations beaucoup plus faibles et une orientation rigoureuse des filsélectrodes. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un dispositif de cambrage de fil-électrode pour tête de soudage à l'arc caractérisé en ce qu'il comporte un axe pour le support d'une bobine de fil-électrode, un dispositif de traction du fil électrode se déroulant de la bobine, une torche pour amener l'extrémité libre du fil-électrode à proximité des pièces à souder, et en ce que, entre la bobine et le dispositif de traction, sont disposés successivement un premier et un second galets de cambrage du fil-électrode montés à rotation sur des axes parallèles à l'axe de support de la bobine de fil-électrode, le premier galet étant disposé de manière à cambrer le fil dans le même sens que le cambrage du fil enroulé sur la bobine, le second galet, dont le diamètre est plus petit que celui du premier galet, étant disposé de manière à cambrer le fil en sens contraire du cambrage du premier galet. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la rainure annulaire du premier galet est sensiblement d'une largeur double de celle du second galet. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le second galet est monté à rotation à l'intérieur d'une bague, ce second galet et cette bague délimitant entre eux un chemin torique pour des billes de roulement, la rainure du second galet débouchant à la périphérie de ce second galet à hauteur du chemin torique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la bague est mobile axialement en direction du second galet, sous l'action d'un ressort. L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 représente de manière schématique une tête de soudage conforme à l'invention - la figure 2 représente l'évolution du cambrage du fil-électrode depuis sa bobine jusqu'à la torche - la figure 3 est une coupe axiale de l'ensemble du second galet de la figure 1 - la figure 4 est une vue de gauche de la figure 3. La présente invention a, en conséquence, pour but de donner une courbure et une orientation précises au filélectrode en sortie de torche et cela quelles que soient les contraintes existant dans le fil électrode utilisé et qui résultent notamment de son bobinage sur la bobine sur laquelle il est enroulé. On a remarqué en effet que ces contraintes sont de deux natures distinctes et peuvent se mesurer par le rayon de cambrure et par le vrillage qui sont les effets des contraintes longitudinales et transversales du fil-électrode. Ces paramètres, qui dépendent des conditions de bobinage varient généralement dans des limites. inacceptables pour le procédé de soudage à intervalle étroit. Le dispositif se compose d'un axe l supportant à libre rotation une bobine 2 sur laquelle est enroulé le fil-électrode 3 devant être utilisé lors de l'opération de soudage à l'arc, ce fil 3 étant à cet effet déroulé en continu et amené successivement au travers d'un guide-fil 4 dans un dispositif de cambrage et de traction 5, puis au travers de la torche 6 qui est positionnée et orientée à proximité de l'intervalle de pièces à souder de façon que l'extrémité 31 du fil occupe une position précise par rapport à cet intervalle. Comme indiqué précédemment, la tête de soudage pourra comporter deux dispositifs de ce genre de façon a réaliser simultanément deux cordons de soudure intéressant chacun l'une des parois de l'intervalle à souder et la couche de soudure formée précédemment par ces mêmes fils et celà jusqu'a ce que les couches successives comblent entièrement l'intervalle des pièces a souder. Le dispositif de cambrage et de traction 5 se compose d'un premier galet 7 pourvu d'une rainure annulaire dont la largeur est sensiblement égale a deux fois le diamètre du fil de façon que ce fil, logé dans la rainure, puisse former au moins une spire complète 32 avant d'être amené sur un galet de guidage 8, puis sur un second galet de cambrage 9. Ces galets 7, 8 et 9 sont d'axe parallèle à l'axe 1 de la bobine 2 et le diamètre du premier galet 7 est plus faible que le diamètre minimum 21 d'enroulement du fil 3 sur la bobine 2. En outre, ce galet 7 est disposé, par rapport au sens d'enroulement du fil sur la bobine, de façon à accentuer ce cambrage en supprimant l'effet des contraintes de vrillage de ce fil résultant soit de sa fabrication, soit de son bobinage sur la bobine 2. Le galet 8 est également monté à libre rotation sur son axe et comporte une rainure périphérique annulaire dont la largeur correspond sensiblement au diamètre du fil, afin d'assurer son guidage à la sortie du galet 7. Le second galet 9, disposé après le galet 8, dans le sens de défilement du fil 3, comporte également une rainure annulaire 91 recevant le fil, le diamètre de travail de ce galet, déterminé par le fond de cette rainure 91i étant plus faible que le diamètre de travail du premier galet 7 déterminé par le fond de la rainure Ce galet 9 est monté à rotation sur une portion d'axe 101 d'une pièce 10 par l'intermédiaire d'un roulement à billes 11 maintenu par un écrou 12. Autour de ce galet 9, est disposée une bague 13 qui délimite avec le galet 9 un chemin de roulement torique 14 pour des billes 15, cette bague 13, fixe en rotation, étant mobile axialement dans le sens de la flèche F, sous l'action d'un ressort 16 logé dans un orifice correspondant 1a2 de la pièce 10. Ce déplacement axial de la bague 13, sous l'action du ressort 16, est obtenu par l'intermédiaire d'un noyau 17 supportant une traverse 18, fixée par ses extrémités à la bague 13. La pièce 10 est elle-mêle fixée sur son support 19 par un écrou 20. Egalement, comme on le remarque sur la figure 3, le plan 92 contenant la rainure annulaire 9 est décalé, du plan médian du chemin de roulement 14 recevant les billes 15 dans le sens du déplacement axial de la bague 13 suivant la flèche F, de façon que le ressort 16, en déplaçant la bague 13 dans le sens de la flèche F, applique à pression les billes 15 contre le fil 3, disposé dans la rainure 91. A cet effet, la profondeur de la rainure 91 est légèrement inférieure au diamètre de ce fil 3. Cette disposition permet d'exercer sur la face du fil dirigé vers l'extérieur du galet une multitude de pressions réparties sur le fil afin d'obtenir un cambrage précis et constant de ce fil, particulièrement lors d'une mise. en fonctionnement du dispositif. Ces billes 15 sont disposées dans le chemin de roulement 14, de façon que certaines d'entre elles viennent en contact avec la périphérie extérieure du fil 3, tandis que d'autres billes, telles que les billes 152 sont disposées dans la partie du chemin de roulement 14, non intéressé par le fil 3, afin d'assurer le centrage de la bague par rapport aux galets et de faciliter la rotation de la bague La bague 13 présente deux orifices périphériques 131 et 132 destinés respectivement à ltentrée et à la sortie du fil de l'ensemble galet 9 et bague 13, le fil 3 sortant de cet ensemble étant ensuite amené entre deux galets ou tambours 21 et 22 dont l'un au moins est moteur et qui pincent entre eux le fil 3 afin d~assurer son défilement de la bobine 2 par l'intermédiaire des galets , 8 et 9. Les rainures des galets 7, 8 et 9 sont disposés dans le même plan et sensiblement ci ans le plan moyen de la bobine 2, le rôle du galet 9 étant de créer une cambrure de fonctionnement du fil 3 qui est Imprimée dans le plan de la cambrure naturelle et en direction inverse, cette cambrure restant constante, quelle que soit la traction exercée sur le fil compte-tenu que son angle d'enroulement sur le galet 9, cet angle étant déterminé par la position des ouvertures '31 et 132. En conséquence, dans ce dispositif, la conjugaison des deux galets 7 et 9 a pour effet d'imprimer au filélectrode 3 une cambrure (par le galet 9) qui est inverse à la courbure naturelle et de maintenir l'action de cette cambrure dans un plan perpendiculaire au sens de soudage, c'est-à-dire à la direction du déplacement relatif de la torche 6 par rapport aux pièces à souder. REVENDICATIONS 10) Dispositif de cambrage de fil électrode pour tète de soudage à l'arc, caractérisé en ce qu'il comporte un axe (1) pour le support d'une bobine (2) de fil-électrode (3), un dispositif de traction (21, 22) du fil-électrode se déroulant de la bobine, une torche (6) pour amener l::extrémité libre du fil-électrode à proximité des pièces à souder, et en ce que, entre la bobine et le dispositif de traction, sont disposés successivement un premier (7) et un second (9) galets de cambrage du fil-électrode montés à rotation sur des axes paral vièles à l'axe de support de la bobine de fil-électrode, le premier galet (7) étant disposé de manière à cambrer le fil dans le même sens que le cambrage du fil enroulé sur la bobine, le second galet (9), dont le diamètre est plus petit que celui du premier galet (7), étant disposé de manière à cambrer le fil en sens contraire du cambrage du premier galet. 20) Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'un galet de guidage (8) est disposé entre le premier et le second galets. 30) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les galets présentent des rainures annulaires (71 81, 891) de positionnement du fil-électrode (3). 40) Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que la rainure annulaire (71) du premier galet (7) est sensiblement d'une largeur double de celle (91) du second galet (9). 50) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre du premier galet (7) est plus petit que le diamètre minimum (21) d'enroulement du fil sur la bobine (2). 60) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second galet (9) est monté à rotation l'intérieur d'une bague (13) ce second galet et cette bague délimitant entre eux un chemin torique pour des billes de roulement (15), la rainure (91) du second galet (9) débouchant à la périphérie de ce second galet à hauteur du chemin torique. 70) Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que la bague (13) est mobile axialement en direction du second galet (9), sous l'action d'un ressort (16). 80) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plan (92) de la rainure annulaire (91) du second galet (9) est décalé du plan médian (151) du chemin de. roulement (14). dans le sens du déplacement axial de la bague so#a l'action du ressort (16). 90) Les têtes de soudage à l'arc pourvues du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications pré- cédentes.