Brevet FR2540413A1 — publié le 19840810

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de traitement de surface à l'aide de décharges électriques, applicable plus spécialement au décapage de feuilles métalliques minces recouvertes d'une couche de protection constituée d'un autre métal susceptible d'être oxydé superficiellement, la couche à décaper étant vaporisable. A l'heure actuelle, le métal le plus utilisé dans l'industrie de l'emballage est le fer blanc, mais celui-ci est appelé à entre remplacé progressivement par du fer pur chromé, c'est-à-dire du fer recouvert d'une couche de chrome dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques centièmes de microns. Les différentes feuilles métalliques sont soudées suivant leurs bords, mais la pré- sence inévitable d'oxyde de chrome qui se forme en surfa- ce empêche les flancs d'autre soudés par résistance à la roulette. C'est pourquoi il est nécessaire de traiter le métal de base afin d'éliminer cette couche sur la largeur à souder, c'est-à-dire sur une distance d'environ 0,5 mm à partir du bord. Pour des raisons de cadence et de ren- tabilité, ce décapage doit être effectué à une vitesse de l'ordre de 60 m par minute.Actuellement, ce décapage est réalisé par des moyens mécaniques, tels que fraisage et meulage, qui présentent de multiples inconvénients s les meules et les fraises s'usent rapidement, ce qui impose des corrections de position nombreuses et répétées pour compenser cette usure ; d'autre part, il faut souvent arrêter les machines pour affûter les outils tandis que la formation inévitable de copeaux et de scories empoisonne l'environnement. Pour éviter ces inconvénients, on s'est tourné vers d'autres méthodes telles que l'utilisation d'un laser à impulsions pour vaporiser la couche superficielle de chrome. Cependant, si cette méthode est efficace, elle reste néanmoins très coûteuse. La présente invention a justement pour but d'éliminer ces inconvénients e proposant un procédé et un dispositif de traitement de surface qui permettent d'éliminer, sur une zone déterminée, une partie du matériau constituant la pièce à traiter avec un appareillage simple et peu coûteux tout en obtenant des cadences rapides. Selon la principale caractéristique du procédé objet de l'invention, on soumet ladite zone de la pièce à des décharges électriques aptes à éliminer l quantité de matériau désirée. L'invention s'applique plus particulièrement au cas où la pièce à traiter est une pièce métallique mince devant être soudée sur une partie de sa surface, cette dernière étant susceptible d'être recouverte d'une couche d'oxyde. Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, les décharges électriques sont des décharges brèves, c'est-à-dire que leur durée est inférieure à 1 milliseconde. Dans le mode préféré de mise en oeuvre, on fait défiler la pièce à traiter devant un dispositif apte à créer des décharges électriques De plus, il est utile de prévoir un balayage de la zone où sont produites les décharges à l'aide d'un d gaz neutre, à cause de 19important dégagement de chaleur. Cependant, dans certains cas, on peut réaliser ce balayage avec un gaz oxydant afin de bénéficier de l'apport d'énergie supplémentaire résultant de la réaction exothermique d'oxydation du matériau usine. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon la principale caractéristique de ce dispositif, celui-ci comprend des moyens permettant de créer des décharges électriques aptes à éliminer une partie du ou des matériaux constituant la pièce à traiter. Dans la plupart des cas, lesdits moyens permettant de créer des décharges électriques comprennent au moins deux électrodes reliées à un circuit électrique comprenant au moins une inductance et un condensateur. Ce. circuit peut être réalisé suivant différents montages Dans certains cas, il est. utile de prévoir une troisième. électrode servant à l'amorçage. Suivant un mode préféré' de réalisation.,. le dLsw positif comprend une enveloppe cylindrique conductrice constituant une partie dudit circuit électrique, et en définissant l'inductance, ladite enveloppe présentant une fente perpendiculaire à son axe et dont la largeur est suffisante pour permettre le. passage de la pièce à traiter. Dans ce cas, le dispositif comporte un condensateur cylindrique dont l'armature externe ou bottier est placée à l'intérieur de l'enveloppe et présente un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur de cette dernière.Les électrodes principales peuvent se trouver soit de part et d'autre de la pièce à traiter, soit du même c8té de la pièce. Bulles peuvent être disposées suivant l'axe de ladite enveloppe cylindrique ou se trouver vers la périphérie de l'enveloppe cylindrique. Pour éviter une éventuelle déformation de l'arc et assurer un bon guidage de celui-ci, on peut utiliser un bloc isolant placé en contact avec chacune des électrodes. Ce bloc peut être animé de mouvements pour éviter les dépôts métalliques. Avantageusement,les électrodes sont enchâssées dans un bloc de cuivre pour faciliter leur refroidissement. Enfin, suivant une dernière caractéristique de ce dispositif, il comporte au moins une arrivée de gaz débouchant au voisinage de la zone où sont produites les décharges électriques. On peut aussi placer des tampons amortisseurs de bruit dans cette même zone. L'invention apparaîtra mieux a la lecture de la description qui va suivre donnée å titre purement illus tratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un schéma électrique d'un circuit de décharge réalisé suivant un premier montage t - la figure 2 est. une vue schématique illus- trant la position des électrodes par rapport à la pièce à traiter dans le cas où le circuit de décharge est confor- me à la figure 1 ; - la figure 3 est un schéma électrique d'un circuit de décharge réalisé suivant un deuxième montage ;; - la figure 4 est une vue schématique illustrant la disposition des électrodes par rapport à la pièce à traiter dans le cas du montage selon la figure 3 ; - la figure 5 représente un schéma électrique d'un circuit réalisé suivant un troisième montage ; - la figure 6 est une vue schématique représen- tant la disposition des électrodes par rapport à la pièce à traiter dans le cas d'un circuit conforme à la figure 5 ; - la figure 7 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un mode de réalisation du dispositif objet de l'invention, correspondant au schéma des fi- gures 1 et 2 t - la figure 8 est une vue schématique en perspective illustrant un mode particulier de montage des électrodes avec un bloc isolant assurant le guidage de l'arc ; ; - la figure 9 est une vue schématique en coupe d'un autre mode de réalisation du dispositif objet de l'invention, et - la figure 10 est une vue schématique en coupe suivant la ligne X-X de la figure 9. La figure 1 représente un circuit électrique réalise suivant un premier montage que l'on désignera par L.C. On voit que la pièce à traiter 1 est placée entre deux électrodes principales 2 et 4 qui se font. face, mais sont situées de part et d'autre de la pièce i. L'électro- de 2 est reliée à un condensateur C tandis que l'électro de 4 est reliée à une inductance L. Le Le condensateur C est chargé par une source haute tension (non représentée) par l'intermédiaire d'une résistance R. Dans ce montage, il est avantageux de prévoir une troisième électrode, portant la référence 6, qui sert à l'amorçage et se trouve du meAme côté que l'électrode 4 par rapport à la pièce 1. Les électrodes 4 et 6 sont branchées aux bornes du secon daire d'un transformateur T dont le primaire reçoit une impulsion de déclenchement On voit sur la figure 2 que, lorsque le dispositif fonctionne, un arc électrique jaillit d'une part entre l'électrode 4 et la pièce 1, d'autre part entre l'électrode 2 et la pièce 1 tandis qu'un arc servant à l'amorçage jaillit entre l'électrode auxiliaire 6 et l'électrode 4. Eventuellement, le montage LC pourrait être réalisé avec les trois électrodes 2, 4 et 6 disposées du même côté de la pièce 1. La figure 3 représente un deuxième montage, que l'on désignera par montage TC Dans le cas représenté, les électrodes 2 et 4 se trouvent du même côté de la pièce 1. Selon ce montage, l'électrode 2 est toujours reliée au condensateur C, l'électrode 4 est reliée au secondaire du transformateur T. L'inductance L est reliée aux bornes du condensateur C C et du secondaire du transformateur T opposées aux électrodes 2 et 4. De même que dans le cas de la figure 1, le condensateur C est relié à une source haute tension, non représentée, par l'intermédiaire de la résistance R. On voit sur la figure 4 que les arcs électri ques jaillissent entre les électrodes 2 et 4 respectivement et la pièce 1, et se trouvent du même côté de cette dernière. Il n'y a pas d'électrode d'amorçage dans le montage T.C. Le montage T.C.pourrait tout aussi bien être réalisé avec les électrodes 2 et 4 disposées de part et d'autre de la pièce 1. Enfin, la figure 5 illustre un troisième montage possible qu'on désignera par montage LC-TC. On retrouve les électrodes 2 et 4 en regard d'une même face de la pièce 1, l'électrode 2 étant reliée au condensateur C et l'électrode 4 à l'inductance L, comme dans le cas de la figure 1, le condensateur C étant relié a une source hau- te tension par l'intermédiaire de la résistance R. Cependant, dans le cas particulier de la figure 5, on a prévu une électrode d'amorçage 6 reliée au condensateur C par l'intermédiaire du secondaire du transformateur T et placée du côté opposé aux électrodes 2 et 4 par rapport à la pièce- 1 On voit sur la figure 6 les arcs principaux jaillissant entre les électrodes 2 et 4 et la pièce 1 tandis qu'un arc auxiliaire d'amorçage jaillit entre l'électrode 6 et l'autre face de la pièce 1. La figure 7 illustre un mode particulier do réalisation du dispositif objet de l'invention dans le cas du montage L.C. conforme à la figure 1. On voit que ce dispositif se compose essentiellement d'une enveloppe métallique cylindrique 8 dans laquelle est prévue une fente 12 sensiblement perpendiculaire à son axe, la fente 12 permettant le passage de la pièce 1 dans le sens de la flèche F. A l'intérieur de l'enveloppe cylindrique 8 et dans sa partie basse se trouve le boîtier 10 du condensateur cylindrique C dont l'armature centrale est reliée à l'électrode 2. Dans le cas particulier de la figure 7, celle-ci est placée sensiblement suivant l'axe de l'enve- loppe cylindrique 8, de meme que l'électrode supérieure 4.Cette dernière est entourée d'un bloc isolant 14, lui- même encastré dans une. masse métallique 16. La pièce 16 a pour rôle d'amener le courant à l'électrode auxiliaire 6, laquelle est reliée au secondaire du transformateur T (non représenté sur la figure 7:} par l'intermédiaire d'un fil 18. Quant à l'électrode 4, elle est reliée à l'inductance L et au transformateur T par l'intermédiaire du fil 20. Un levier 17 permet de laver ou d'abaisser l'électro- de supérieure 4 afin de compenser une éventuelle usure de celle-ci. Etant donné l'important dégagement de chaleur au moment du jaillissement des arcs, il est bon de prévoir une arrivée de gaz 22 permettant d'envoyer un gaz neutre tel que de l'argon sur l'extrémité des électrodes et sur la partie de la pièce 1 qui est en train de rece- voir les impacts. Cependant, dans certains cas, on peut avoir intérêt à réaliser le traitement de surface dans une atmosphère oxydante afin de bénéficier de l'apport d'énergie supplémentaire résultant de la réaction exothermique d'oxydation du matériau usine. Par exemple, si les électrodes sont en tungstène, on realise un balayage à l'aide d'un gaz neutre comme l'argon ou l'azote, tandis qu'avec des électrodes en zirconium, on opère sous air ou sous oxygène. On soit encore sur la figure 7 un bloc isolant 24 dont l'épaisseur est à peu près égale à la largeur de la fente 12 et contre lequel vient s'appuyer la pièce 1 lorsqu'elle avance dans le sens de la flèche F. Ce bloc, de forme semi-circulaire, est percé en son centre d'un trou 26 également semi-circulaire permettant le jaillissement des arcs électriques entre les électrodes 2 et 4 ét la pièce 1. Enfin, on a prévu des tampons amortisseurs de bruit qui ont sensiblement la forme de tores entourant la zone où sont produits les arcs de part et d'autre de la fente 12, à savoir un tampon inférieur 27 et un tampon supérieur 28. Cependant, des problèmes peuvent surgir dans la mesure. ou l'arc jaillissant entre les electrodes 2 et 4 risque de se déformer, notamment Si l'arc est long ou Si la pièce à traiter 1 est inclinée par rapport à la direction des électrodes ou encore si ces dernières sont désalignées. Afin de remédier à ces inconvénients et d'assurer un bon guidage de l'arc, on a prévu le dispositif illustré à la figure 8, où l'on voit que le bloc 24 de la figure 7 a été remplacé par un bloc diélectrique 25 ayant en gros la forme d'un parallélépipède dont l'une des faces est en contact avec chacune des électrodes 2 et 4. Dans ce cas, le bloc 25 sert à la fois à canaliser l'arc jaillissant entre les électrodes 2 et 4 et à guider la pièce 1 lorsqu'elle se déplace entre ces dernières. Afin d'éviter les dépôts métalliques, qui nuiraient à la qualité de la décharge, le bloc isolant peut être animé d'un mouvement de translation ou de rotation, ou de vibrations. Toujours à cause de 1ímportant dégagement de chaleur au moment des décharges, il est avantageux d'en- castrer les électrodes dans des cylindres en cuivre tels que le cylindre 3 pour l'électrode 2 et le cylindre 5 pour l'électrode 4 (figure 8). On peut également prévoir des ailettes de refroidissement et/ou une circulation d'eau pour refroidir l'enveloppe cylindrique 8. Enfin, les figures 9 et 10 illustrent un autre mode de réalisation du dispositif suivant le montage LC-TC par exemple. On retrouve l'enveloppe métallique cylindrique 8 dans laquelle est prévue la fente 12 pour le passage de la pièce 1. On retrouve également le boîtier 10 du condensateur auquel est reliée l'électrode 2, mais contrairement au cas de la figure 7, celle-ci se trouve vers la périphérie de l'enveloppe 8 et est reliée au condensateur par un bras métallique 15.L'autre électrode 4 se trouve du même côté que l'électrode 2 par rapport à la pièce 1, donc sur la face inférieure de la fente 12, cette élec- trode 4 étant reliée à la masse métallique constituant l'enveloppe 8O L'électrode d'amorçage 6 se trouve au-dessus de la pièce 1 et fait face a l'électrode 2. L'élec- trode d'amorçage 6 est reliée par exemple å un transformateur T comme dans le cas de la figure 5, ce dernier n'étant par représenté sur la figure 9.Dans le cas particulier du montage illustré aux figures 9 et 10, l'augmentation d'inductance liée à l'existence d'une zone de raccordement entre la partie basse de l'enveloppe 8, où se trouve le bottier 10 du condensateur, et la partie haute est compensée par la diminution d'inductance consé- cutive au fait que l'ouverture pratiquée dans l'enveloppe pour permettre le passage de la pièce est de dimensions beaucoup plus réduites que lorsque les électrodes sont dans le même axe que le condensateur et l'enveloppe, com- me dans le cas de la figure 7.Cependant, le fonctionnement de l'appareil est le même, la pièce 1 représentée schématiquement en traits mixtes sur-la figure 10 avan çant toujours dans le sens de la flèche F. La disposition géométrique des parties constitutives du dispositif est telle que les. décharges soient très rapides, de durée inférieure à 1 ms par exemple, ce qui permet de concentrer l'énergie fournie lors de la décharge dans une zone très localisée. Ainsi, le procédé et le dispositif objets de l'invention apportent des avantages particulièrement intéressants puisqu'ils permettent de réaliser le décapage d'une plaque métallique avec une cadence rapide et avec un appareillage de coût modéré. Des essais qui ont été réalisés pour enlever une couche de chrome de 0,05 micron d'épaisseur sur une tôle en fer ont montré qu'une fois cette couche enlevée par le procédé selon l'invention, le soudage par résistance à la roulette pouvait se faire dans d'excellentes conditions. Une étude micrographique a montré l'excellente qualité de la liaison par soudure et l'absence de grosses inclusions de chrome. D'autre part, les micrographies de la zone fondue n'ont pas montré de ségrégations. Enfin, si la description a été faite dans le cadre d'une application bien particulière qui est le décapage d'une pièce métallique mince recouverte d'une couche d'oxyde, il est bien entendu que l'invention peut avoir d'autres applications dans tous les cas où il est nécessaire d'enlever une partie du ou des matériaux constituant la pièce à traiter. En particulier, l'invention s'applique au microperçage de papier pour la réalisation -de filtres. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de surface d'une pièce (1) en vue d'éliminer au moins une partie du ou des matériaux la constituant sur une zone déterminée, caractérisé en ce qu'on soumet ladite zone de la pièce (1) à des décharges électriques aptes à éliminer la quantité de ma tériau désirée 2.Procédé selon la revendication 1, caracté ris en ce que ladite pièce (1) est une pièce métallique mince devant être soudée sur une partie de sa surface, cette dernière étant susceptible d'être recouverte d'une couche d'oxyde, et en ce que les décharges électriques sont aptes à éliminer cette couche d ' d'oxyde. 3. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les décharges électriques sont des déchar- ges brèves. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée des décharges est inférieure à 1 milliseconde. 5. procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on fait défiler la pièce à traiter (1) devant un dispositif apte à créer des décharges électriquels. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise un balayage de la zone où sont produites les décharges électriques avec un gaz neutre. 7. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on réalise un balayage de la zone où sont produites les décharges électriques avec un gaz oxydant. 8. Dispositif de traitement d'une pièce, notamment- pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant de créer des décharges électriques aptes à éliminer une partie du ou des matériaux constituant la pièce à traiter. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens permettant de creer des décharges électriques comprennent au moins deux électro- des (2, 4) reliées à un circuit électrique comprenant au moins une inductance (L) et un condensateur (C). 10. Dispositif selon la revendication 9, ca ractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'amorçage des décharges électriques comprenant un transformateur alimenté par des impulsions de déclenchement. 11. Dispositif selon l'une au moins des re vendications 9 et 10, caractérisé en ce que les moyens permettant de créer des décharges électriques comprennent une troisième électrode (6) servant à l'amorgage. 12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe cylindrique (8) constituant une partie dudit circuit électrique, ladite enveloppe (8) présentant une fente (12) perpendiculaire à son ase et ayant une largeur suffisante pour permettre le passage de la pièce à traiter gaz 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un condensateur cylindrique (C) dont l'armature externe ou boîtier (10) est placée à l'intérieur de l'enveloppe (8) et présente un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre inté- rieur de cette dernière. 14. Dispositif selon la revendication 9, dont les électrodes (2, A) se trouvent de part et d'autre de la pièce à traiter, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc isolant (25) placé en contact avec les électrodes (2, 41 afin d'assurer le guidage de l'arc. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le bloc isolant (25) est animé d'un mouvement de défilement. 16. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacune des électrodes (2, 4) est insérée dans un bloc de cuivre refroidi. 17. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une arrivée de gaz (22) débouchant au voisinage de la zone où sont produites les décharges électriques 18. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un- tampon amor- tisseur de bruit (27) au voisinage de la zone où sont produites les décharges électriques