Brevet FR2527489A1 — publié le 19831202

"Dispositif de soudage à arc électrique" La présente invention concerne un dispositif de soudage à arc élec- trique comprenant un système de balayage de cet arc électrique. Pour réaliser une soudure électrique le long d'un joint entre deux pièces métalliques, on utilise fréquemment une tête de soudure que l'on dé- place à une faible distance des pièces de façon à établir un arc électrique qui génère le cordon de soudure au niveau du joint entre les deux pièces. On a depuis longtemps cherché à perfectionner les dispositifs de soudage en vue d'obtenir des soudures électriques de très bonne qualité On a ainsi conçu des dispositifs de soudage à arc électrique dont la tête de soudage se déplace automatiquement devant la pièce On a aussi cherché à réaliser des cordons de soudure de différentes formes et caractéristiques en définis- sant, pour chaque cas spécifique, les valeurs optimales des différents pa- ramètres de soudage, tels que la vitesse, l'intensité de l'arc, la quantité de métal d'apport, etc On a aussi proposé d'imposer à l'arc électri- que des déplacements alternatifs dans une direction perpendiculaire à la direction du joint à souder, de façon à obtenir une très bonne répartition du cordon de soudure le long du joint Un tel balayage transversal de l'arc électrique peut être obtenu par un système mécanique de déplacement trans- versal de l'électrode ou par la création au niveau de l'arc électrique d'un champ magnétique suivant une direction parallèle au cordon de soudure Un tel dispositif de balayage pour soudure électrique est décrit, par exemple, dans la demande de brevet français n O 81-00724 déposée le 16 Janvier 1981. Les dispositifs de balayage de l'arc connus actuellement ont pour ef- fet d'étaler la soudure en limitant par conséquent sa profondeur, et présen- tent aussi l'inconvénient d'augmenter notablement l'encombrement de la tête de soudage sur laquelle ils sont montés. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un disposi- tif de soudage électrique permettant d'obtenir un cordon de soudure plus pro- fond et plus régulier, tout en maintenant minimum l'encombrement de la tête de soudage. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de soudage à arc électrique destiné à l'assemblage de deux pièces creuses, disposées de façon que leur cavité respective soit située dans le prolongement l'une de l'autre, ce dispositif comprenant une tête de soudage à arc électrique in- troduite dans la cavité des deux pièces, cette tgte de soudage étant montée mobile à l'intérieur de la cavité, tout en restant située au niveau du plan de joint des deux pièces. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce dispositif comprend en outre une bobine électromagnétique fixe disposée de façon à entourer au moins l'une des deux pièces à souder, en créant ainsi, au niveau de l'arc électrique, un champ électromagnétique situé sensiblement perpendiculairement au plan de joint des deux pièces, et un moyen de com- mande de l'inversion périodique dudit champ électromagnétique, créant en conséquence un balayage longitudinal de l'arc électrique. Ce dispositif de soudage propre à l'invention peut s'appliquer avan- tageusement, par exemple, à l'assemblage par soudage d'une plaque de forte épaisseur, percée d'un alésage, avec un manchon cylindrique dont l'alésage a un diamètre sensiblement égal au diamètre de l'alésage de la plaque Dans ce cas, la bobine électromagnétique fixe est placée concentriquement autour du manchon cylindrique. On voit par conséquent qu'un dispositif de soudage électrique confor- me à notre invention permet de réaliser un balayage longidutinal de l'arc électrique en utilisant toutefois une tête de soudage très simple puisque dépourvue de tout système destiné au balayage de l'arc Ce dispositif per- met en conséquence le soudage à l'intérieur d'alésages de très petit diamè- tre. D'autres avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront lors de la description qui va suivre en se référant à un mode de réalisation par- ticulier, donné à titre d'exemple, illustré par les dessins annexes. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de sou- dage propre à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe selon A-A de la figure 1. Sur la figure 1 on distingue une plaque métallique relativement épais- se 1 comprenant un alésage 3 Sur la face supérieure de la plaque 1, est dis- posé un manchon cylindrique 2 dont l'alésage 7 est dans l'alignement de l'a- lésage 3 de la plaque, ces deux alésages ayant sensiblement le même diamètre. L'assemblage de ces pièces consiste à réaliser une soudure des deux pièces 1 et 2 au niveau de leur zone en contact 9 Pour réaliser une telle soudure, on introduit dans l'alésage 3 ou 7 une tête de soudage 4 à arc électrique que l'on dispose au niveau du plan de joint 9 et que l'on anime d'un mouve- ment de rotation autour de l'axe 10 de l'alésage 3 La distance séparant l'électrode de la tête de soudage 4 et la surface des alésages 3 et 7 est par conséquent constante et réglée de façon à créer un arc électrique 5 au niveau du plan de joint 9. On a remarqué que, dans les conditions précédemment décrites, l'arc électrique 5 présente une certaine instabilité, et la soudure qui en résul- te ne donne pas entièrement satisfaction. Pour résoudre ce problème, il est prévu une bobine électrogagnéti- que 6 en forme d'anneau, cette bobine fixe 6 étant disposée cuncentrique- m Qent autour du manchon cylindrique 2 Les spires de cette bobine forment donc des cercles autour du manchon cylindrique 2, et leur alimentation en courant électrique crée un champ magnétique de résultante B confondu avec l'axe 10 Les lignes de champ magnétique 8 s'étendent donc sensiblement longidutinalement à l'intérieur des alésages 3 et 7, créant ainsi au niveau de l'arc électrique 5 un champ magnétique Bl de direction sensiblement per- pendiculaire, à la fois à l'arc électrique 5 et au plan de joint 9. En se reportant à la figure 2, on voit que le champ magnétique local Bl au niveau de l'arc électrique 5 crée une action Fa qui tend à déplacer l'arc électrique 5 en 5 a, longitudinalement par rapport à la direction du cordon de soudure Une inversion de sens du courant électrique traversant la bobine 6 inverse en conséquence l'action de déviation sur l'arc électri- que 5 pour l'amener en 5 b grâce à une action opposée F 6 du champ magnétique. L'arc électrique 5 subit donc un balayage entre les limites 5 a et 5 b, ce balayage étant longitudinal par rapport au cordon de soudure, *'est à dire que l'arc électrique 5 oscille tout en restant dans le plan de joint 9 Bien sûr, l'action de balayage de l'arc électrique est exactement la même pour toute position angulaire de la tête de soudage 4, puisqu'il y a une symétrie par rapport à l'axe longitudinal 10 des lignes de champ magnétique 8. De nombreux essais ont montré qu'un tel dispositif de soudage permet la réalisation de soudures de très bonne qualité, très régulières, permet aussi d'augmenter la profondeur de pénétration de ces soudures en diminuant l'étalement en largeur Ce dispositif de soudage permet l'utilisation d'une tête de soudage de conception très simple, puisque dépourvue de dispositif de balayage, et donc miniaturisable Il est donc possible, avec le dispo- sitif propre à notre invention, d'effectuerdes soudages de très bonne quali- té effectués depuis l'intérieur d'alésages, même si ces alésages sont de très petite dimension. Le dispositif de soudage qui vient d'être décrit peut s'appliquer à des pièces à souder de formes diverses, et notamment, comprenant une cavi- té de forme non circulaire, par exemple carrée Dans ce cas, la tête de soudage 4 ne tourne pas autour de l'axe longitudinal 10 mais décrit un '27489, chemin fermé situé dans le plan de joint 9 et qui reste à une distance constante de la paroi de la cavité sur laquelle se constitue le cordon de soudure. De très bons résultats seront obtenus en utilisant notamment une tête de soudage à arc électrique du type, connu en soi, à électrode non con- soimable et à atmosphère neutre. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple; elle en comporte au contraire toutes les varian- tes de réalisation-et elle peut être appliquée au soudage de pièces de for- mes diverses. '748 9 REVENDICATIONS 1. Dispositif de soudage à arc électrique destiné à l'assem- blage de deux pièces creuses, disposées de façon que leur cavité respec- tive soit située dans le prolongement l'une dç l'autre, comprenant une tête de soudage à arc électrique ( 4) introduite dans la cavité ( 3,7) des deux pièces, cette tête étant montée mobile à l'intérieur de la cavité en restant située au niveau du plan de joint ( 9) des deux pièces, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre une bobine électromagnéti- que ( 6) fixe disposée de façon à entourer au moins l'une des deux pièces à souder, en créant ainsi, au niveau de l'arc électrique ( 5), un champ élec- tromagnétique (BI) situé sensiblement perpendiculairement au plan de joint ( 9) des deux pièces, et un moyen de commande de l'inversionr périodique dudit champ magnétique, créant en conséquence un balayage ( 5 a,,5 b) de l'arc électrique ( 5) longitudinalement par rapport au cordon de soudure réalisé. 2. Dispositif de soudage à l'arc électrique selon la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que l'une des pièces à souder présente la forme générale d'une plaque(l) percée d'un alésage ( 3), et que l'autre pièce à souder sur la première présente la forme générale d'un manchon cy- lindrique ( 2) dont l'alésage ( 7) a un diamètre sensiblement égal au diamè- tre de l'alésage ( 3) de ladite plaque ( 1), et que la bobine électromagné- tique fixe ( 6) est placée concentriquement autour du manchon cylindrique ( 2). 3. Dispositif de soudage à arc électrique selon l'une des re- vendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la tête de soudage à arc électrique est du type, connu en soi, à électrode non consommable et à atmosphère neutre.