Brevet FR2550979A1 — publié le 19850301

L'invention concerne le matériel de soudage et a notamment pour objet un dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur. L'invention peut être appliquée au soudage et au rechargement de pièces sous laitier électroconducteur par cordons circulaires, de préférence de pièces en alliages à base de titane, de nickel et de cuivre. On connaît un dispositif pour le rechargement sous laitier électroconducteur, comprenant une tête de soudage équipée d'un mécanisme de déplacement de guide-fils qui ont des canaux de guidage pour des fils-électrodes fusibles, et un mécanisme d'avancement des fils-électrodes fusibles dans le bain. de laitier (cf., par exemple, l'ouvrage "Le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur" sous la direction de l'Académicien B.E. Paton, Moscou, Edition Mashinostroenie, 1980, pp. 190 à 220). Les possibilités technologiques de ce dispositif ne permettent le soudage ou le rechargement sous laitier électroconducteur qu'avec des électrodes fusibles de même type, plus précisément, soit avec des fils-électrodes, soit avec des plaques-électrodes (baguettes-électrodes). Le dispositif indiqué ne prévoit pas la possibilité d'employer des électrodes fusibles et non fusibles de types différents, dont les diverses combinaisons permettent d'obtenir des cordons de soudure de haute qualité sur des pièces en matériaux difficilement soudables, tels que les alliages de titane et de nickel à additifs complexes ainsi que les métaux à forte conductivité thermique (cuivre et alliages de cuivre). On connaît aussi un dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur, comprenant une tête de soudage, équipée d'un mécanisme de déplacement du guide-fil avec une électrode non fusible et un fil-électrode fusible, et un mécanisme d'avancement du fil-électrode fusible dans le bain de laitier (cf., par exemple, certificat d'auteur d'invention URSS n0 115 870, classe B 23 K 25/00). Ce dispositif permet d'exécuter le soudage ou le rechargement sous laitier électroconducteur en utilisant en combinaison une électrode non fusible et un fil-électrode fusible, ce qui élargit ses possibilités technologiques. Mais, bien souvent, par suite de l'absence de fil de composition chimique nécessaire, il est avantageux d'utiliser en combinaison avec l'électrode non fusible des électrodes fusibles de types différents, c'est-à-dire des électrodes aussi bien en fil qu'en baguettes, ayant des compositions chimiques différentes. Assez souvent, la méthode exige l'apport dans le bain de laitier de petites quantités de métaux désoxydants. Le dispositif indique n'offre pas de telles possibilités technologiques. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur, de conception telle qu'elle permettrait d'élargir notablement ses possibilités technologiques en combinant de diverses façons avec l'électrode non fusible des électrodes fusibles de types différents, en fil et en baguettes, et en apportant dans le bain de laitier des métaux d'addition ou bien des métaux désoxydants sous forme de fil d'apport. La solution consiste en un dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur, comprenant une tête de soudage principale équipée d'un mécanisme de déplacement du guide-fil avec une électrode non fusible et un fil-électrode fusible, et un mécanisme d'avancemeent du fil-électrode fusible dans le bain de laitier, dispositif dans lequel, d'après l'invention, il est prévu une tête de soudage supplémentaire, équipée d'un mécanisme d'avancement dans le bain de laitier d'une baguette-électrode fusible et d'un fil d'apport dirigé par un élément de guidage, et montée sur la tête de soudage principale de façon qu'il soit possible de changer l'angle d'inclinaison de la baguetteélectrode fusible par rapport à l'électrode non fusible, l'élément de guidage pour le fil d'apport étant fixé au guidefil de la tête principale. Il est avantageux de prévoir dans le dispositif un mécanisme de correction de la position de la baguetteélectrode fusible, lié cinématiquement au corps de la tête de soudage supplémentaire. Il est judicieux de réaliser le guide-fil de la tête de soudage principale sous forme d'un bloc d'amenée de courant, lié au mécanisme de déplacement du guide-fil, et d'un porte-électrodes portant l'électrode non fusible et un fil-électrode fusible, ce porte-électrodes étant articulé sur le bloc d'amenée de courant, ce qui permet une correction supplémentaire de la position de la baguette-électrode fusible par rapport à L'électrode non fusible. Une telle conception du dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur assure une haute qualité des cordons de soudure, préférentiellement en alliages à base de titane, nickel et cuivre à additifs complexes, tout en n'utilisant que des produits d'apport de composition chimique relativement simple. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celles-ci apparaîtrons mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente un schéma général du dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur conforme à l'invention - la figure 2 représente une vue suivant la flèche A de la figure 1 - la figure 3 représente une coupe suivant la ligne 111-111 de la figure 1 - la figure 4 représente un guide-fil du dispositif de la figure 1 avec une électrode non fusible et un fil d'apport, et la baguette-électrode (vue avant) - la figure 5 représente le guide-fil du dispositif de la figure 1 avec une électrode non fusible, un fil-électrode fusible et un fil d'apport (vue avant). Le dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur, faisant l'objet de l'invention, comprend une tête 1 (figure 1) de soudage principale, sur une embase porteuse 2 de laquelle est fixé un mécanisme 3 de déplacement du guide-fil 4 avec une électrode non fusible 5 et un fil-électrode fusible 6, et un mécanisme 7 d'avancement du fil-électrode fusible 6 dans le bain de laitier (non représenté sur le dessin) se formant pendant le soudage ou le rechargement de la pièce. Le guide-fil 4 est constitué par un bloc 8 d'amenée de courant, fixé rigidement sur un plat 9, qui est l'élément de sortie du mécanisme 3, et par un porte-électrodes 10 fixé au bloc 8 par une articulation il et portant l'électrode non fusible 5 et le fil-électrode fusible 6. Sur le porte-électrodes 10 du guide-fil 4 est rigidement fixé un tube 12 d'amenée de courant pour le fil-électrode fusible 6. Entre le mécanisme 7 d'avancement et le tube 12 de guidage, le fil-électrode fusible 6 est enfermé dans des tubes télescopiques 13 et 14, le tube 13 étant fixé au mécanisme 7, et le tube 14, au porte-électrodes 10 du guide-fil 4. Le dispositif conforme à l'invention comporte une tête 15 de soudage supplémentaire, équipée d'un mécanisme 16 d'avancement dans le bain de laitier d'une baguette-électrode fusible 17 et d'un fil 18 d'apport, qui est dirigé par un élément 19 de guidage. La tête 15 de soudage supplémentaire est montée sur la tête 1 de soudage principale, de façon qu'il soit possible de changer l'angle d'inclinaison de la baguette-électrode fusible 17 par rapport à l'électrode non fusible 5, l'élément 19 de guidage du fil 18 d'apport étant fixé sur le guide-fil 4 de la tête de soudage principale 1. Pour le changement de l'angle d'inclinaison de la baguette-électrode fusible 17 par rapport à l'électrode non fusible 5, le corps 20 du mécanisme 3 porte un support 21, qui est fixé sur lui rigidement et sur lequel le corps 22 de la tête 15 de soudage supplémentaire est monté de façon qu'il puisse osciller, à l'aide d'une articulation 23, d'une rainure 24 en arc de cercle taillée dans le corps 22 et d'une vis 25 bloquant le corps 22 dans cette rainure. L'élément 19 de guidage du fil 18 d'apport est réalisé sous la forme de tubes télescopiques 26 et 27, le tube 27 étant fixé au corps 20 du mécanisme 3. Le guidage du fil 18 avancé par le mécanisme 16 est assuré jusqu'au tube 27 par un tube 28. Le mécanisme 16 d'avancement de la baguette-électrode fusible 17 et du fil 18 d'apport dans le bain de laitier comprend un corps 29 monté dans des glissières 30 (figure 2) qui se trouvent sur le corps 22. Dans le corps 29 (figure 1)deux paires de galets 31 et 32 sont respectivement montés sur des axes 33 et 34. Les galets 32 sont moteurs. Leur axe 34 est accouplé à un réducteur 35 (figure 3) qui est attaqué par un moteur électrique 36. Les galets 31 (figure 1) sont poussés par des ressorts 37, qui sont placés sur des axes 38 et butent contre les poussoirs 39 (figure 3) mis en contact avec les axes 33. Des galets 40 sont montés coaxialement aux galets 32 sur les axes 34. Les galets 31 ont un profil de forme et pressent respectivement la baquette-electrode 17 contre les galets 32 et le fil 18 d'apport contre les galets 40. Dans le corps 29 (figure 1) est aussi monté un sousensemble 41 d'amenée de courant, comprenant un bloc 42 d'amenée de courant, poussé par un ressort 43, qui est placé sur un axe 44 et bute contre un poussoir 45, mis en contact avec le bloc 42. Celui-ci presse la baguetteélectrode 17 contre le contre-galet 46 monté sur un axe 47. Dans le dispositif conforme à l'invention, il est prévu un mécanisme 48 de correction de la position de la baguette-électrode fusible 17 par rapport à l'électrode non fusible 5, lié cinématiquement au corps 22 de la tête 15 de soudage supplémentaire. Le mécanisme 48 comprend un entraînement électrique réversible 49 monté sur une console 50 qui est rigidement fixée au corps 22 de la tête 15 de soudage supplémentaire par des montants 15. L'élément de sortie de l'actionneur électrique 49 est une crémaillère 52 qui est accouplée au corps 29 du mécanisme 16 d'avancement. La correction complémentaire de la position de la baguette-électrode fusible 17 par rapport à l'électrode non fusible 5 s'effectue par rotation du porte-électrode 10 du guide-fil 4 par rapport au bloc 8 d'amenée de courant, suivie de son blocage dans la position choisie, à l'aide du bloqueur 53. Pour que, lors de ladite correction, le déplacement correspondant des tubes télescopiques 14 et 13 soit possible, le sous-ensemble 54 de fixation du tube 14 au porteélectrodes 10 est réalisé de façon qu'il puisse effectuer un déplacement de réglage sur le porte-électrodes 10. Le principe de fonctionnement du dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur, conforme à l'invention, consiste en ce qui suit. Selon les caractéristiques du matériau à souder et les particularités technologiques de la pièce, on choisit la variante technologique de soudage ou rechargement sous laitier électroconducteur avec la combinaison correspondante d'électrodes, Par exemple, si, pour la nuance de métal considérée, on ne dispose pas d'un fil de même composition chimique, il est avantageux d'employer en combinaison avec l'électrode non fusible une baguette-électrode-métal d'apport de même nuance que la pièce à souder, ou bien une baguette-électrode et un fil-électrode à taux d'éléments d'addition moindres. Dans ce cas, le dispositif conforme à l'invention permet de conduire le soudage ou le rechargement sous laitier électroconducteur avec emploi d'une électrode non fusible 5 (figure 4) et d'une baguette-électrode fusible 17.Pour l'exécution de l'opera- tion, à l'aide du mécanisme 3 (figurel) on déplace le plat 9 portant le guide-fil 4 sur lequel est fixée l'électrode non fusible 5, jusqu'à la position initiale pour le soudage ou le rechargement. On met le mécanisme 16 d'avancement à la position initiale pour le soudage ou le rechargement avec une baguette-électrode fusible 17. Pour intensifier la fusion de la baguette-électrode 17 et assurer un apport supplémentaire d'éléments d'addition à partir de l'électrode non fusible 5, ainsi que pour diminuer l'échauffement et l'oxydation de la baguette-électrode dans sa partie dégagée, ce qui est particulièrement important lors du soudage et du rechargement des alliages de titane on rapproche les électrodes 17 (figure4) et 5 par rotation du corps 22 (figure 1) de la tête de soudage supplémentaires15 autour de l'articulation 43, suivie du blocage dans la position prescrite à l'aide de la vis 25 dans la rainure 24 du corps 22, et par déplacement du corps 29 du mécanisme 16 dans les glissières 30 (figure 2) à l'aide du mécanisme 48 (figure 1) de correction.En outre, au besoin, on peut corriger complémentairement la position des électrodes 17 et 5 par rotation du porte-électrode 10 du guide-fil 4 (figure 4) autour de l'articulation 11, par rapport à son bloc 8 d'amenée de courant, suivie du blocage du porteélectrode dans la position choisie à l'aide du bloqueur 53. Ceci fait, on réalise les processus sous laitier électroconducteur par un mode opératoire connu : on effectue le soudage ou le rechargement sous laitier électroconducteur en respectant les paramètres énergétiques du régime de soudage ou de rechargement par maintien de la vitesse prescrite d'avancement de la baguette-électrode 17 (figure 1) à l'aide du mécanisme 16 d'avancement, correction de la position de cette électrode par rapport à l'électrode non fusible 5 à l'aide du mécanisme 48, et correction complémentaire, comme décrit plus haut, ainsi que par maintien de la vitesse de déplacement du guide-fil 4 avec l'électrode non fusible 5 à une vitesse égale à la vitesse de montée du bain de métal. Dans une série de cas, par exemple en cas de soudage ou de rechargement d'alliages de nickel contenant du titane et de l'aluminium (éléments durcissants chimiquement actifs}, ces métaux s'oxydent et passent partiellement à la scorie. il en résulte un abaissement des propriétés mécaniques du cordon. Dans de tels cas, on peut obtenir le taux nécessaire de ces éléments dans le cordon en faisant avancer dans le bain de laitier (à une faible vitesse) un fil d'apport d'aluminium ou de titane, ou bien un fil de titane et un fil d'aluminium torsadés l'un avec l'autre. Si le produit d'apport principal utilisé est alors une baguette-électrode fusible, pour introduire ces-éléments d'addition et de désoxydation dans le bain de laitier, on utilise la tête 1 de soudage principale, c'est-à-dire qu'à l'aide du mécanisme 7 on fait avancer à travers le tube 13 et les tubes 14 (figure 4) et 12, un fil d'apport 18 faisant office dans ce cas de fil-électrode fusible. Le mécanisme 7 est alors réglé au régime d'addition. Dans une série de cas, par exemple pour le soudage ou le rechargement d'alliages de titane et de nickel à additifs complexes, afin d'améliorer les propriétés mécaniques des cordons de soudure, on emploie en tant que métal d'apport des électrodes fusibles de diverses compositions chimiques. Les plaques-électrodes qui sont alors employées sont constituées par un empilage de plaques de compositions chimiques différentes. il est connu que la vitesse de fusion des électrodes en masse de métal déposé, à paramètres énergétiques du régime égaux, est d'autant plus grande que la section droite des électrodes est petite. C'est pourquoi, quand on utilise des électrodes fusibles de compositions chimiques différentes, il est avantageux que la baguette-électrode contiennent des additifs plus simples, et, pour intensifier la fusion et assurer l'apport d'éléments d'addition supplémentaires, par exemple d'éléments réfractaires (tungstène, molybdène, niobium, rhénium), il est avantageux d'utiliser-des électrodes fusibles en combinaison avec une électrode non fusible contenant les métaux réfractaires voulus.Quand on utilise une telle combinaison d'électrodes, le rendement du soudage et du rechargement s'accroît. Dans les cas indiqués, le soudage ou le rechargement sous laitier électroconducteur s'effectae avec une électrode non fusible 5 (figure 1) un fil-électrode fusible 6, qui est avancé par le mécanisme 7 réglé au régime soudage (-vitesses d'avancement accrues), et une baguette-électrode fusible 17, qui est avancée par le mécanisme 16, la correction de la position des électrodes s'effectuant comme décrit plus haut. Pour obtenir la composition chimique prescrite du cordon, on calcule la quantité de métal davant être apportées dans le bain laitier par chacune des électrodes fusibles, et on règle en conséquence la vitesse d'avancement des mécanismes 7 et 16. Pour obtenir le taux prescrit de métaux facilement oxydables, par exemple le titane et l'aluminium, à l'aide du mécanisme 16, au moyen de ses galets 40 (figure 3), on fait avancer dans le bain de laitier un fil d'apport 18 constitué par ces métaux, à travers le tube 28 (figure 1) de guidage et l'élément 19 de guidage. En cas de soudage ou de rechargement sous laitier électroconducteur avec utilisation d'une baguette-électrode fusible 17 en combinaison avec une électrode non fusible 5, en réglant d'une manière appropriée le mécanisme 48 de correction on peut animer la baguette-électrode fusible 17 d'un mouvement cyclique prédéterminé, tel qu'elle se rapproche puis s'éloigne à une certaine distance de l'électrode non fusible 5. La crémaillère 52 actionnée par l'actionneur électrique réversible 49, imprime alors un mouvement recti ligne alternatif au corps 29 du mécanisme 16, dans les glissières 30 (figure 2) du corps 22 de la tête 15 de soudage supplémentaire. La baguette-électrode fusible 17 effectue dans ce cas des déplacements rectilignes alternatifs le long de l'écartement entre les bords à souder.En opérant ainsi, on obtient une plus forte pénétration dans les bords à souder de la pièce et on réalise le dosage des éléments d'addition de l'électrode non fusible 5 introduits dans le métal du cordon de soudure. Dans une série d'autres cas, par exemple lors du soudage de cordons de grande longueur ou de pièces à section de forme, il est préférable d'employer en combinaison avec l'électrode non fusible 5 (figure 5), un fil-électrode fusible 6. Si l'on ne dispose pas d'un fil-électrode de composition chimique requise, on introduit les métaux manquants à l'aide d'un fil 18 d'apport, avancé dans le bain de laitier -par les galets 40 (figure 3) du mécanisme 16 (figure 1) d'avancement, et, en tant qu'électrode fusible 6, on utilise un fil contenant moins d'éléments d'addition, que l'on fait avancer à l'aide du mécanisme 7 réglé au régime du soudage (vitesses d'avance- ment accrues). Dans tous les cas décrits, le processus sous laitier électroconducteur est réalisé par les méthodes connues. Le dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur, faisant l'objet de l'invention, permet d'exécuter le soudage ou le rechargement en utilisant des combinaisons très variées d'électrodes de types différents, avec correction de leur position relative dans l'écartement de soudage, ce qui, à son tour, permet d'obtenir des cordons de soudure de haute qualité, ainsi que d'accroître le rendement du soudage, préférentiellement pour les pièces en alliages à base de titane, de nickel et de cuivre. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le soudage et le rechargement sous laitier électroconducteur, comprenant une tête (1) de soudage principale, équipée d'un mécanisme (3) de déplacement du guide-fil (4) avec une électrode non fusible (5) et un fil-électrode fusible (6), et un mécanisme (7) d'avancement du fil-électrode fusible (6) dans le bain de laitier, caractérisé en ce qu'il comporte une tête de soudage supplémentaire (15), équipée d'un mécanisme (16) d'avancement dans le bain de laitier d'une baguette-électrode fusible (17) et d'un fil d'apport (18) dirigé par un élément de guidage (19), et montée sur la tête de soudage principale (1) de-façon qu'il soit possible de changer l'angle d'inclinaison de la baguette-électrode fusible (17) par rapport à l'électrode non fusible (5), l'élément (19) de guidage du fil d'apport (18) étant fixé au guide-fil (4) de la tête de soudage principale (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme (48) de correction de la position de la baguette-électrode fusible (17) par rapport à I'électrode non fusible (5), ce mécanisme (18) étant lié cinématiquement au corps (22) de la tête de soudage supplémentaire (15). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé ce ce que le guide-fil (1) de la tête de soudage principale (1) est constitué par un bloc (8) d'amenée de courant, lié au mécanisme (3) de déplacement du guide-fil (4), et par un porte-électrodes (10) portant l'électrode non fusible (5) et le fil-électrode fusible, ce porte-électrodes étant articulé sur le bloc (8) d'amenée de courant, ce qui permet une correction supplémentaire de la position de la baguette-électrode fusible (17) par rapport à l'électrode non fusible (5).