Brevet FR2525510A1 — publié le 19831028

La présente invention concerne un procédé et un dis- positif de soudage d'un goujon sur une pièce mécanique au moyen d'un appareil de soudage de goujons à l'arc élec- trique composé d'une part d'un moyen de retenue du goujon 5 disposé à l'extrémité antérieure de l'appareil et associé à un poussoir pouvet coulisser axialement en un mouvement de va-et-vient limité dons le carter de l'appareil, le dit moyen de retenue pouvant 4 tre raccordé à une source de courent de soudage, d'autre part, d'un organe positionneur 10 à moteur agissant linéairement sur le dit poussoir, le goujon appliqué sur la pièce mécanique étant éloigné de celle-ci en formant un arc électrique, puis, après forma- tion de zones de fusion, de nouveau appliqué sur la pièce avec extinction de l'rc et maintenu dans cette pcsition 15 jusqu'à solidification du bain de fusion. Avec l'appareil de soudage de goujons à l'arc élec- trique décrit dons la demande de brevet DE 30 32829 et qui opère sur le principe de l'allumage en trnction de la course, le recul du poussoir porteur du goujon à souder est 20 commandé au moyen d'un électro-aimant, un ressort de com- pression précontraint assurant que le goujon se trouve plon- gé dans le bain de fusion. Il résulte de cette disposition deux mouvements qui diffèrent en direction, en vitesse et en longueur de cour- 25 se. Ces trois paramètres ne peuvent, dans les appareils de soudage de goujons à l'arc électrique connus, être contr ô- lés avec précision ; or, ils exercent sur la qualité de la soudure une influence considérable. 30 Il faut par exemple, lorsque cela est nécessaire, cor- tter la longueur de la course d'éloignement (recul) du gou- jon par rapport à la pièce sur laquelle il doit être soudé, cette correction s'effectuant à chaque fois en agissant sur le réglage de la précontrainte du resscrt. 35 De plus, la vitesse de cet éloignement est fonction de la puissance de l'électro-aimant et ne peut être modi- fiée également qu'en modifiant la longueur de la course d'éloignement Mais, à longueur de course d'éloignement égale, il n'est pas possible de régler la vitesse de cotte course 5 Un inconvénient plus grand encore se manifeste lorsque le goujon se déplace vers la pièce sur laquelle il doit être soudé, car la vitesse de ce déplacement est déterminée uniquement par la force du ressort. Bien que dans l'appareil de soudage de goujons 10 connu, pour empêcher une plongée trop rapide qui chas- serait le métal en fusion, l'avance du goujon puisse encore être freinée au moyen d'un amortissement pneu- matique, l'action de cet amortissement sur la vitesse de plongée n'est pas toujours égale, car des influences 15 telles que les températures et le degré d'encrassement peuvent là aussi causer des variations. En outre, la longueur de la course du goujon en di- rection de l'endroit de la soudure dépend de la grandeur et de la profondeur de la zone en fusion dans laquelle 20 le goujonsous la poussée du ressort, peut plonger au maximum possible, de sorte que la longueur du goujon soudée, mesurée à partir de la piâce, peut varier dans de grandes limites. Le problème auquel l'invention apporte une solution 25 consistait donc à perfectionner un procédé du genre dé- crit en préambule de telle sorte qu'en préservant les avantages déjà assurés par l'état de la technique on puis- se améliorer considérablement la qualité de la soudure et le coefficient de rendement et assurer beaucoup mieux 30 qu'auparavant un positionnement correct du goujon soudé en ce qui concerne se bngueur effectivement sou- dée. La solution conforme à l'invention se caractérise par le fait que les courses et les vitesses de déplace- 35 ment du poussoir sont, dans les deux directions de dépla- cement, commandées automatiquement de manière réglable. -3- En outre, il est avantageux que durant le recul et/ou l'avance du poussoir celui-ci soit commandé auto- metiquement de telle sorte qu'il soit accéléré ou ralenti à des degrés différents. 5 Grâce à ces dispositions on a pour la première fois la possibilité de faire varier tous les paramètres et de les adapter avec précision aux exigences propres à chaque cas. Un dispositif préféré pour la mise en oeuvre du 10 procédé décrit ci-dessus se caractérise par un moteur rotatif dynsmo-électrique dont le sens et la vitesse de rotation sont réglables et qui, par l'intermédiaire d'un mécanisme de transformation du mouvement rotatif on un mouvement rectiligne,est relié au poussoir 15 dans les deux directions de déplacement de ce dernier et sans jeu possible. De tels organes de positionnement sont en ::icsure de permettre d'atteindre les buts visés De plus, les éléments à effet de ressort et les systèmes d'amortissement, sujets à dérangement et qui étaient nécessaires jusqu'à présent, sont maintenant inutiles. Dans le dispositif selon l'invention il est avanta- geux de prévoir un moteur à courant continu dont le ré- glage est relativement facile Il est cependant avanta- 25 geu Gement possible de prévoir un moteur 5 courant alter- natif répondant la fréquence. Une variante préférée dans certains cas comporte un moteur rotatif du type pas à pas. Pour transformer le mouvement rotatif en un mouvement 30 rectiligne du poussoir, il est préférable que la partie tournante du moteur soit reliée au poussoir pe r l'intermd- diaire d'une transmission par vis. Avec une telle disposition une forme d'exécution avantegeuse se caractérise par le fait que le poussoir 35 est monté sans possibilité de tourner dans le carter et que de l'extrémité arribère de ce poussoir s'atend dans la -4- même direction quv lui une tige filetée sur laquelle est vissé 6 un écrou que le moteur peut mettre directement en rotation. Une variante préférée dens certaines circonstances 5 parce qu'elle permet de se dispenser de moyens supplv- mentaires pour empêcher le poussoir de tourner est carsactris 6 e per le fait que la tige filetée et l'écrou vissé sur elle sont disposés parallèlement à la direction axiale de déplacement du poussoir. 10 Une autre possibilité, dventue Lbment préférable, de mettre en oeuvre le procédé ddrrit plus haut, consiste en ce que le poussoir est relié à un moteur linéaire dynamo-électrique dont la direction de mouvement peut être inversée et dont les courses et vitesses de déplace15 mant sont réglables. Avec un tel moteur il est avantageux, pour obten Jr un appareil compact dans son ensemble et pour en simplifier la fabrication, que le poussoir et le moteur linéaire soient disposés dans le même sens l'un par rapport à l'au- 20 tre et reliés directement l'un à l'autre. Lorsque l'on met en oeuvre un organe positionneur électrique de ce genre il devient possible de se passer eue du dispositif requis jusqu'à présent pour transfor- mer un mouvement rotatif en un mouvement rectiligne du 25 poussoir. Pour améliorer davantage le soudzne, il est aventa- geux qu'un dispositif d_ mesure de la course qui orlpe le déplacement du poussoir et asit sur un système de commando de l'organe positionneur b moteur soit affecté à 30 l'appereil de soudage de goujons à l'arc électrique. Lorsqu'un dispositif de mesure de ce genrt est pr 6- vu, il est avantageux que ce soit un dipositif agissant sans contact, afin de garantir le respect précis d(les courses prescrites au poussoir, notamment lorsque ce 35 dernier plonge dans le bain de fusion. Le dispositif de mesure de 19 course )eut être un 5 - dispositif chimique, inductif ou optique. Lorsque l'appareil de soudage de goujons b l'arc électrique décrit ci-dessus et de préférence associd à une commande électronique est utilisé dans une instal- 5 lation de fabrication entièrement eutomatique, il est avantageux de procéder comme suit pour que les opérations se déroulent sens incident : a) avant déclenchement de l'organe position- neur le goujon en position initiale est mainte- 10 nu b distance de la pièce sur laquelle il doit être soudé ; b) aprbs déclenchement de l'organe positionneur et avance du goujon sur une distance présélec- tionnée son entrée en contact avec la dite pièce 15 est vérifiée et, s'il n'y a pas encore contact, l'avance est augmentée et l'entrée en contact à nouveau vérifiée ; c) un signal "gou Jon manquant" est mais si, en position avancée maximum, le goujon ne tou- 20 che pas encore la dite pièce, et 14 processus de soudage est arrêté ; d) lorsque le eoujon fait contact avec la dite un ourat dd c électrique pièce/témoin d'n tensité variable et adaptée à la section du goujon est applique et le goujon 25 est éloigné de la pièce à une vitesse et sur une distance présélectionnées ; e) l'allumage do l'arc électrique est vérifié et en cas de non-allumage de l'arc électrique témoin le goujon est de nouveau appliqué sur 30 la pièce et le processus d'allumage répétd ; f) l'arc électrique témoin étant allumé, un courant de soudage adapté à la section du goujon et dont l'intensité et la durée d'application peuvent être modifiées est appliqué ; 35 g) i 4 est vérifié que les paramètres de soudage prés$loctionnés sont respectés, et éventuellement 6 - procédé b un ajustement des réglages ; h) lorsque les paramètres de soudace pr 6 sélec- tionn 6 S sont atteints, le gou Jon est déplecé vers la pièce b une vitesse et sur une distance 5 présélectionndes et plongé dans le bin de fu- sion, la profondeur de plongée est vérifiée et éventuellement ajustée, et le courant de soudage est interrompu ; i) le goujon est maintenu dans le bain de fu- 10 sion pendent un temps réglable ; k) la solidification du bain est vérifiée et la durée du séjour du goujon dans ce dernier est éventuellement prolongée, et 1) le dispositif est alors ramené à se posi- 15 tion initiale. Afin de réduire la durée de l'opération mentionnée sous e) ci-dessus, il est avantageux que lors de la répétition de l'opération d'allumage de l'arc électrique témoin le goujon soit ramené b la position initiale à une 20 vitesse plus grande que celle de son avance. Lorsque, pour l'opération d'allu 4 me, le goudon est appliqué comme par un coup de marteau contre la pièce, cela à pour effet de briser au moins partiellement toute couche d'oxyde pouvant se trouver sur la pibce à l'endroit 25 du soudage, de sorte que l'allumage se trouve pour le moins facilité. Egalement dans le but de réduire la durée de l'opéra- tion mentionnée sous h) ci-dessus, tout en améliorant la quelité du eoudsge, il est avantageux que le goujon reçoive 30 une accéléretion progressive en direction de la pibce et lors de sa plongée dans le bain de fusion. Pour disposer d'encore plus de possibilités de contr 61 e que jusqu'à présent, il est avantageux que lorsque lea opé- rations de soudage sont terminées les paramètres de soudage 35 présdlectionnés et effectivement réalisés soient effichés, par exemple imprimés. 7 - Grâce à ces dispositions on a pour 1 a première fois la possibilité de présélectionner avec précision la dis- tance d'éloignement du goujon de lm pièce, la vitesse cet éloignement, l'instant auquel se fera l'avance du gou- 5 jon, la vitesse de son impact sur la piece, la course de sa plongée dans le bain de fusion , lu durée de son séjour dans ce bain jusqu'à solidification de ce dernier, ainsi que les courants de soudage les plus favorables selon les différents conditions de travail. 10 De plus, l'appareil de soudage de goujons à l'arc électrique permet cb prdvoir une commutation programmable rapide pour répondre aux différentes situations de soudage pouvant se présenter. Des formes d'exécution de l'invention sont illus- 15 trdes au dessin annexé et décrites en détail ci-après ; sur le dessin la figure I est une vue en coupe longitudinale d'un appareil de soudage de goujons h l'arc électrique, la figure 2 est une vue, également en coupe longitu- 20 dinele, d'un autre appareil de soudage de goujons à l'arc électrique conçu selon l'invention, avec amenée automatique des goujons, la figure 3 ost un schéma de programmation, et la figure 4 est un diagramme de la course du peus- 25 soir. On voit à la fig l que dans le carter 1 de l'appareil muni d'une poignée de pistolet Z est monté avec possibilité limitée de coulisser axialement un poussoir 3 qui, à sa 3 rartie antérieure, présento un porte-goujon 4 fixd de préfd- 30 ronce de manière amovible. Le poussoir 3 ne peut tourner dans le carter, en étant empêché par un clavetage. Le porte-goujon 4 est relid h une conduite d'amenée d'électricité (non représentée) qui peut être branchée à une 35 source de courant électrique. A l'avant de l'appareil se trouve en outre une en- tretoise 5 De l'extrémité arrière du poussoir 3 s'étend ; coaxislement une tige filetée 6 sur laquelle est vissé un écrou 7 qui peut se déplacer et qui est associé de manière amovible è l'arbre de sortie d'un moteur à cou- rant continu 8 dinoséD dans le carter Ce moteur peut 5 tourner dans l'un ou l'autre sons et sa vitesse est variable. Dans le carter 1 se trouve en outre un disoositif de mesure de course 9 orienteé parallèlement à la direction du déplacement du poussoir 3 ; à ce dispositif est af- 10 fect 6 un palpeur 10 associé au poussoir. Lu moteur 8 et le dispositif de mesure de course sont reliés électriquement à un système de commande élec- tronique (non représenté) disposé dans la poignéo 2. Cette dernibre porte également un déclenchement 11 agissant 15 sur le système de commande électronique non représenté. Dans le cas de l'appareil de soudaga de goujons à arc électrique représenté partiellement au dess , le carter, non représenté au dessin, est traversé par un conduit 12, orienté axialement, au moyen duquel les goujons sont 20 amenés par de l'air comprimé dans le purte-goujon (non re- présenté) disposé à l'extrémité antérieure du poussoir 3 '. Dans une collerette 13 prévue à l'extrémité arrière du poussoir 3 ' monté à coulissement axial est dispose un écrou 7 ' dont l'axe est orienté parallèlement à la direc- 25 tion du coulissement du poussoir 3 ' Dans cet 6 crou est vissée une tige filetde 6 ' qui et disposée ccaxialement à l'arbre de sortie d'un moteur 8 ' et est accouplée h cet arbre. Parallèlement à la tige filetée 6 ' est disposé un 30 dispositif de mesure de course 9 fixé su carter 1 et coo- pérant avec un palpeur 10 solidaire de l'écrou 7 '. La fig 3 schématise sous forme d'un programme un cy- cle d'opérations parcouru pour souder un goujon sur une pièce au moyen de l'un ou l'autre des deux appareils dé- 35 crits ci-dessus et auquel est affectée une commande élec- tronique Dans la position initiale le goujon est maintenu è dhtance de la pièce sur laquelle il doit être soudé. 9 - Après que l'on a appuyé sur le déclencheur 11, la commande électronique donne tout d'abord l'ordre "avan- ce du poussoir en direction de la pièce" La commande électronique vérifie que le goujon cet au contact de la 5 pièce ; éventuellement, elle augmente la course, préala- blement choisie, du poussoir et donc du goujon, jusqu'à ce que:ce dernier soit en contact avec la pièce sur laquelle il doit être soudé. Est alors donné l'ordre "passage du courant de l'arc 10 témoin', l'intensité de ce courant étant adaptée à la sec- tion du goujon b souder, et ce dernier est éloigné de la pièce b une vitesse prdsélectionn 6 e. Dans le cas o, après cela, l'arc électrique ne s'est pas encore allumé, on répète l'opération d'allumage, 15 l'avance du poussoir vers la pièce ayant alors lieu à vitesse maximale afin de raccourcir l'opération et de détruire une éventuelle pellicule d'oxyde pouvant se trouver sur la pièce b l'endroit auquel le goujon doit être soudé, la destruction d'une telle pellicule ayant un effet positif 20 sur l'allumage de l'arc. Lorsque l'arc s'est allumé, l'ordre "passage du courant de soudage" est donné, en même temps que sont pres- crites l'intensité de ce courant en fonction du goujon è souder, et la durée d'application de ce courant. 25 En même temps, la commande électronique vérifie que toutes les conditions prescrites sont remplies. Si la réponse est négative, la commande électronique ajuste elle-môme le réglage pour que les paramètres pres- crits soient atteints Ensuite, en fonction de la lon- 30 gueur de course mesurée, de la vitesse et de la direction de celle-ci, la commande électronique donne l'ordre "plon- gée et coupure du courant de soudage" et vérifie que les paramètres préselectionnés ont bien été respectés. A l'expiration d'un temps de séjour présélection- 35 nable du goujon dans le bain de fusion jusqu'à solidifici- tion, le poussoir est alors éloigné du goujon soudé à la 10 - pièce et est rnaené h sa position initiale. Il peut être avantageux de mettre en mémoire tous les paramètres présé 161 ectionnés et obtenus, et de les afficher. Le diagremme faisant l'objet de la fig 4 repriésente 5 les parcours (courses) à décrire par le poussoir ou le goujon Le vitesse de recul du poussoir et la vitesse de plongée sont programmables, et en outre, notamment lors de la plongée du goujon dans le bain de fusion, le mouve- ment du poussoir se bt Duve ralenti dans une mesure croissante. Le déplacoment du poussoir pour allumer l'arc té- moin peut aussi commencer avec une accélération d'abord réduite, pour être ensuite accrue progressivement afin de raccourcir la durée du cycle. 15 Toutes les caractéristiques nouvelles décrites ci- dessus et/ou représentées au dessin sont, individuelle- ment ou en combineison, considérées essentielles à 1 l mise en oeuvre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédd de soudage d'un goujon sur une pièce mécanique au moyen dbn appareil de soudage de goujons à l'arc électrique composé d'une part d'un moyen de re- 5 tenue du goujon disposé à l'extrémité antérieure de l'appareil et associé à un poussoir pouvant coulisser axiale- ment en un mouvement de va-et-vient limité dans le carter de l'appareil, le dit moyen de retenue pouvant être rac- cordé b une source de courent de soudage, d'autre part 10 d'un organe positionneur à moteur agissant linéairement sur le dit poussoir, le goujon appliqué sur la pièce mécanique étant éloigné de celle-ci en formant un arc électrique puis, après formation de zones de fusion, de nouveau appliqué sur la pièce avec extinction de l'arc 15 et maintenu dans cette position jusqu'à solidification du bain de fusion, ce procédé étant remarquable en ce que les courses et les vitesses de déplacement du poussoir ( 3) sont, dans les deux directions de déplacement, commandées automatiquement de mânière réglable. 20 2 Procédé selon la revendication 1, remarquable en ce que durent le recul et/ou l'avance du poussoir celui-ci est commandé automatiquement de telle sorte qu'il est accéléré ou ralenti à des degrés différents. 3 Dispositif pour le mise en oeuvre du procédé 25 selon la revendication 1 cu 2, remarquable en ce qu'il comporte un moteur rotatif dynamo-électrique ( 8 ; 8 ') dont le sens et la vitesse de rotation sont réglables et qui, par l'intermdisire d'un mécanisme de transformation du mou- vement rotatif en un mouvement rectiligne, est relié au pous 30 soir ( 3) dans les deux directions de déplacement de ce der- nier et sans jeu possible. 4 Dispositif selon la revendication 3, remarquable en ce qu'il comporte un moteur h courant continu ( 8). 5 Dispositif selon la revendication 3, remarquable 35 en ce qu'il comporte un moteur rotatif dlu type pas b pas ( 8). 6 Dispositif selon l'une quelconque des revondica- tions 3 5, remarquable en ce que la partie tournante du moteur ( 8) agit sur le poussoir ( 3) par l'intermédi- aire d'une transmission oar vis ( 6 7). 5 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 b 6, remarquable en ce que le ,uussoir ( 3) est monté sans possibilité de tourner dans le carter ( 1) et que de l'extrémité arrière de oe poussoir s'étend dans la même di- rection que lui une tige filetde ( 6) sur laquelle est vissé 10 un écrou ( 7) que le moteur ( 8) peut mettre directement en rotation. 8 Dispositif selon la revendication 7, rel,;Erquoblk en ce que la tige filetée ( 6 ') et l'écrou ( 7 ') vissé sur elle sont disposés -arallèlement 1 le direction axiale de 15 déaplacement -u poussoir ( 3). 9 Dispositif selon la revendication I ou 2, remar- quable en ce que le poussoir ( 3) est relié à un moteur li- ndaire dynamo-électrique dont la direction de mouve- ment peut être inversée et dont les courses et vitesses 20 de déplacement sont réglables. 10 Dispositif selon la revendication 9, remarquable an ce que I poussoir et le moteur linéaire sont disposés dans le même sens l'un par rapport à l'autre et reliés directement l'un à l'autre. 25 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 10, reninrquable par un dispositif de mesure de la course ( 9,10) qui palpe le ddplecement du poussoir ( 3) et agit sur un système de commande de l'orcnne posi- tionneur à moteur ( 8 ; 89. 30 12 Dispositif selon la revendication 11, remarqua- ble un ce que le dispositif de mesure de la course opère sans contact. 13 Proéeddé opératoire selon l'une quelconle des revendications précédentes, au moyen d'une commande, notam- 35 ment 61 éectronique, agissa 3 nsur 1 dispositif selon les re- vendications 3 b 12, ce lrocdd Ié operatoire étant remarqua- ble par les opérations suivantes : a) avant déclenchement (e l'organe positionneur le goujon en position initiale est maintenu b distance de la pibce sur laquelle il doit être soudé ; b) après déclenchement de l'organe position- 5 neur et avance du goujon sur une distance pré- sélectionnde son entrée en contact avec la dite pièce est vérifiéo et, s'il n'y a pas en- core contact, l'avance est augmentée et l'en- trée on contact à nouveau vérifiée ; 10 c) un signal "goujon manquant" est émis si, en position avancée maximum, le goujon no touche pas encore la dite pièce, et le processus de sou- dage est arrêté ; d) lorsque le goujon fait contact avec la dite 15 pièce un courant d'arc électrique témoin d'inten- sité varâbla et adaptée à la section du goujon est appliqué et le goujon est éloignd de la pi- èce à une vitesse et sur une distance pré 8 slec- tionndes ; 20 a) l'allumage de l'arc électrique est vérifié et en cas de non-allumage de l'arc électrique témoin le goujon est de nouveau appliqué sur la pièce et le processus d'allumage répété ; f) l'arc électrique témoin étant allumé, un cou- 25 rant do soudage adté à la section du goujon et dont l'intensité et la durée d'application peuvent être modifiées est appliqué ; g) il est vérifié que les paramètres de soudage présélectionnés sont respectés, et évontuelle- 30 ment procédé à un tustement des réglages ; h) lorsque les paramètres de soudago présôlectionnds sont atteints, le goujon est déplacd vers la pièce à une vitesse et sur une distance présélectionnôes et plongé dans le bain de fusion, la profondeur de plongée est vérifiée et éventuelloment ajuest 4 e, et le courent de sou- dage est interrompu ; 14 - i) le goujon est maintenu rdanns le bain de fu- sion pendant un temps réglable ; k) la solidification du bain est vérifiée et la durde du séjour du goujon dans ce dernier 5 est éventuellement prolongée, et 1) le dispositif est alors ramené à sa posi- tion initiale. 14 Proc édé opératoire selon la revendication 13, point e) , remarquable en ce que lors de la répétition de 10 l'opération d'allumage de l'arc électrique témoin le goujon est ramené à la position initiale à une vitesse plus grande que celle de son avance. 15 Procédd opératoire selon le rovendicatbn 13, point h) , qgarquable en ce que le déplacement du goujon 15 en direction de le pièce est accéléré progressivement. 16 Procédé opératoire selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, remarquable on ce que lorsque les opérations de soudage sont terminées, les paramètres de sou- dage présélectionnée et effectivement réalisées sont affichds.