Brevet FR2561951A1 — publié le 19851004

Procédé et dispositif de soudage pour le raccordement de deux bandes métalliques avant leur passage dans une installation de traitement continu L'invention concerne un procédé de soudage pour le raccordement de deux bandes métalliques avant leur passage dans une installation de traitement continu. Pour la production de tôles ferreuses ou non ferreuses sous forme de bandes de très grande longueur enroulées en bobine, on fait subir à ces tôles différentes transformations successives dans des installations travaillant en continu. De telles installations sont, par exemple, des laminoirs, des installations de décapage ou de dégraissage électrolytique, des fours de traitement thermique ou encore des installations de revêtement. Ces différentes unités de traitement de la tôle peuvent être placées en série de telle sorte que la tôle passe de lune à l'autre sans être réenroulée pour constituer une bobine. Cependant, malgré l'utilisation de dispositifs de stockage de la bande, il n'est pas possible généralement de placer toutes les unités de traitement de la bande de tôle les unes a la suite des autres pour avoir un fonctionnement absolument continu. En effet, les diffé- rences de vitesse de défilement de la bande dans ces différentes unités peuvent être très grandes. On peut par exemple avoir une augmentation importante de la vitesse de la bande dans un laminoir réduisant son épaisseur dans de grande proportion et augmentant donc sa longueur de façon considérable. A différentes étapes du cycle de production, il est donc nécessai- re de réenrouler la bande et de transporter la bobine obtenue vers l'unité de transformation suivante. Dans des installations complexes, le réengage- ment de la tête de bande à travers toute linstallation peut être une opéra- tion longue et difficile qu'il est préférable d'éviter. On effectue donc un soudage de la tête de bande a la fin de bande précédente encore engagée dans l'installation de traitement Pour celà, il faut arrêter momentanément l'installation de traitement au moment où la fin de bande arrive a l'entrée de cette installation.Pendant cet arrêt, on effectue un soudage de raccordement entre la fin de bande précédente et la tête de la nouvelle bande amenée a l'installation de traitement. Cet arrêt momentané de l'installation de traitement doit être le plus court possible pour que le fonctionnement de l'installation soit prati- quement continu. Le soudage est parfois réalisé par une soudeuse à arc électrique avec ou sans métal d'apport dont l'électrode se déplace le long des deux bords des tôles à joindre et suivant toute la largeur de ces tôles. La soudeuse comporte deux mors de serrage qui viennent appuyer sur les tôles à joindre au voisinage de leur bord de raccordement pour maintenir ces bords en parfaite cofncidence pendant le déplacement de l'électrode. Les deux tôles peuvent être placées bord à bord ou l'une sur l'autre avec un très léger recouvrement. Dans le cas où la tôle est destinée à traverser, après son soudage, une installation mettant en jeu des contraintes de traction importantes ou créant des déformations de la tôle, ce qui est le cas par exemple d'une installation de laminage, il est nécessaire que la soudure ait une bonne résistance mécanique. En effet, dans le cas où la soudure se déchire et provoque une séparation des deux bandes, à l'intérieur de l'installation de traitement, l'immobilisation de cette installation risque d'être relativement longue, puisqu'il faut extraire les parties de la bande restées dans l'installation puis effectuer le réengagement de la tête de bande sur tout son parcours à travers l'installation. Il est donc extrêmement important que la soudure entre les deux bandes ait une très bonne qualité métallurgique pour éviter des ruptures dont les conséquences peuvent être graves. Les procédés et dispositifs utilisés jusqu ici pour le soudage de raccordement des bandes de tôle ne permettent pas d'obtenir des durées d'opération très courtes en même temps qu'une qualité métallurgique irréprochable de la soudure. Ces inconvénients sont présents quel que soit le procédé de soudage (à l'arc électrique avec ou sans métal d'apport, sous gaz inerte ou sous flux...). Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de soudage de raccordement de deux bandes métalliques avant leur passage dans une installation de traitement continu consistant à amener en coincidence les deux bords de tôles å joindre et à les maintenir dans cette position pendant la mise en oeuvre d'un moyen de soudage, procédé qui permette de réaliser le soudage de raccordement en un temps très court et d'obtenir une soudure d'une très bonne qualité métallurgique et d'une très grande résistance mécanique. Dans ce but, préalablement au soudage, alors que les bords des tôles sont en coîncidence, on effectue, par un procédé mécanique, l'enlèvement d'une couche superficielle sur les deux tôles, dans des zones adjacentes aux bords en coincidence pour éliminer la couche superficielle d'oxyde ou d'autres matières sur la face des tôles exposée au moyen de soudage et sur toute la longueur de la zone de jonction des toles. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation du procédé suivant l'invention dans le cas de l'aluminium et un dispositif de soudage utilisé pour le raccordement de deux tôles d'aluminium avant leur passage dans un laminoir. La figure 1 est une vue en élévation d'un dispositif de soudage pour le raccordement de deux tôles d'aluminium suivant L de la figure 2, c'est-à-dire suivant la direction du laminage. La figure 2 représente une vue en élévation du dispositif de soudage suivant F de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale très agrandie de la zone de jonction des tôles, juste avant soudage. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale de la zone de jonction des tôles, après soudage. Sur les figures 1 et 2, on voit une machine de soudage disposée avant l'entrée d'un laminoir pour tôles d'aluminium et d'alliages d'aluminium. Le dispositif comporte une partie fixe constituée par un support de soudage 1 et des montants 2a et 2b solidaires de la structure de la machine de soudage. Les montants 2a et 2b du dispositif de soudage sont disposés transversalement par rapport à la tôle qui se déplace suivant la direction L (figure 2). Sur la figure 2, on a représenté la fin de bande 3 d'une bobine dont on termine le laminage et la tête de bande 4 d'une bobine dont on va commencer le laminage, en position de soudage sur le support 1. Les montants 2a et 2b de la machine de soudage disposés transversalement au-dessus des tôles et sur toute leur largeur portent des rails de guidage et d'entrainement 6 de la partie du dispositif de soudage qui est mobile dans la direction transversale de la tôle. Les rails 6 sont disposés sur une longueur suffisante pour permettre le déplacement de la partie mobile du dispositif de soudage, sur toute la largeur des tôles. Les montants 2a et 2b portent également deux mors de serrage 7 et 8 de direction transversale et d'une longueur au moins égale à la largeur de la tôle. Les mors 7 et 8 sont reliés aux montants 2a et 2b respectivement par l'intermédiaire de moyens permettant d'appliquer une pression sur les tôles 3 et 4 respectivement, au voisinage de leur zone de jonction. Ces moyens de pression 9 et 9' sont constitués par un ensemble hydraulique, cet ensemble pourrait être également pneumatique ou mécanique. La partie du dispositif de soudage mobile transversalement comporte un support 10 muni de moyens complémentaires des rails de guidage et de déplacement 6 sur chacun de ses côtés latéraux. Sur le support 10 est également fixé un moteur 13 pour l'entrainement du support 10, dans la direction transversale S suivant laquelle est effectué le soudage. Le moteur 13 entratne un réducteur dont le pignon de sortie engrène avec une crémaillère fixée sur le montant 2a. Le support 10 constitue le chariot de déplacement de la tête de soudage 12 qui est reliée au chariot 10 par l'intermédiaire d'un support réglable 11 permettant un réglage vertical et horizontal de la position de la tête de soudage 12. Sur le support réglable 11 est également fixé le conduit de guidage 14 du fil d'apport, dans le cas d'un soudage avec métal d'apport. La tête de soudage 12 est alimentée en courant électrique haute tension par l'intermédiaire d'un câble 15 relié au générateur de courant électrique 16 porté par une tablette 17 fixée sur le chariot 10. La tablette support 17 porte également la bobine de fil d'apport 18, dans le cas d'un soudage avec métal d'apport. Le chariot 10 porte par l'intermédiaire de deux consoles 20a et 20b, un ensemble de meulage des tôles 22. Cet ensemble comporte deux montants verticaux 23a et 23b à la partie inférieure desquels est monté rotatif l'axe 24 d'une meule abrasive 25 qui peut être entratnée en rotation par l'intermédiaire d'une poulie 27, d'une courroie 28 et d'une poulie motrice 29. La poulie 29 est elle-même entrainée en rotation par un moteur 30 fixé sur la structure de support de la meule 25 constituée par les consoles 20a et 20b et les montants 23a et 23b fixés à l'extrémité de ces consoles. A leur partie supérieure les montants 23a et 23b sont reliés par une pièce de liaison horizontale 32 en-dessous de la tablette 17. Entre la pièce de liaison 32 et la surface inférieure de la tablette 17 sont intercalés des ensembles à ressort 34 qui permettent d'exercer une force verticale réglable dirigée vers le bas sur les montants 23a et 23b et sur la meule 25, pour applique celle-ci avec une certaine pression sur les tôles 3 et 4. Le montage des consoles 20a et 20b sur le chariot 10 permet un léger ré- glage en hauteur de la meule 25. L'ensemble de meulage porté par le chariot 10 supportant également l'ensemble de soudage est disposé à l'avant de cet ensemble de soudage si l'on considère le sens de déplacement S du dispositif. La meule 25 est isolée de la tête de soudage 12 par un carter 35 comportant à sa partie inférieure une lèvre souple 36 venant frotter sur la surface supérieure des tôles 3 et 4. Un dispositif d'aspiration placé dans le carter 35 permet de récupérer les poussières ou particules produites dans la zone de meulage. De cette façon, on évite toute projection de poussière ou de débris de meulage dans la zone de la soudure. On va maintenant décrire une opération de soudage de deux tôles d'aluminium par le procédé suivant l'invention et en utilisant le dispositif décrit en se référant aux figures 1 et 2. En début d'opération, les tôles sont disposées sous la tête de soudage, de façon que leurs bords de direction transversale soient en coin- cidence et pratiquement jointifs. Les bords 3a et 4a des tôles 3 et 4 dans cette position ont été représentés de façon très agrandie sur la figure 3. On applique alors les mors 7 et 8 sur les tôles 3 et 4 respectivement avec une forte pression grâce aux dispositifs hydrauliques 9 et 90. Les tôles 3 ou 4 sont ainsi maintenues fermement dans leur position représentée sur la figure 3. La machine de soudage est placée dans sa position extrême où sa partie antérieure constituée par la meule 25 est au-dessus du bord droit des tôles 3 et 4, à la verticale de leurs bords 3a et 4a en coincidence. On règle alors la hauteur et la pression du dispositif de meulage grâce au moyen de réglage 34 et la hauteur et la position de la tête de soudage 10 grace au support réglable il. La mise en fonctionnement des moteurs 13 et 30 permet de commen- cer le déplacement de la machine de soudage dont la tête de soudage 12 est précédée par la meule 25 qui élimine la couche superficielle des tôles 3 et 4 au voisinage de leurs bords de jonction 3a et 4a. L'alimentation en courant électrique de la tête de soudage 10 permet de réaliser immédiatement après le meulage de la zone de jonction, le soudage par fusion d'une zone des tôles 3 et 4 voisine de leurs bords 3a et 4a respectivement, par amorçage et maintien d'un arc entre l'électrode de la tête de soudage et les tôles 3 et 4. Cet arc s amorce immédiatement et de façon sûre car la surface de métal en-dessous de la tête de soudage 12 est totalement exempte d'oxyde et de salissures. La tête de soudage se déplace et effectue le soudage par fusion du métal par l'arc électrique sur une surface fraichement meulée dont la couche superficielle a été éliminée. Sur la figure 3 on voit les tôles 3 et 4 au niveau de leurs jonctions 3a et 4a dans l'état où elles se présentent juste avant le soudage et juste après le meulage. La couche superficielle 5 de ces tôles a été totalement éliminée par meulage sur une zone de largeur (1) correspondant à la largeur de la meule, s'étendant de part et d'autre des bords de jonction 3a et 4a. Sur la figure 4, on voit les tôles 3 et 4 au voisinage de leur zone de jonction après le soudage. La zone de jonction 40 est pratiquement exempte d'inclusions et d'autres défauts métallurgiques pouvant conduire à des ruptures sous des contraintes telles que celles que subit la zone de raccordement des tôles dans le laminoir disposé à l'aval de L'installation de soudage. On a ainsi mis en évidence l'effet extrêmement important de la couche superficielle des tôles au moment du soudage. En particulier, sur une tôle d'aluminium, cette couche superficielle qui est formée en grande partie d'alumine présente une résistance électrique importante. D'autre part, cette couche superficielle qui se fragmente sous l'effet de l'arc électrique est ainsi incorporée au métal subissant la fusion pendant le soudage. Ceci introduit des défauts et inclusions dans la zone soudée. Les principaux avantages du procédé suivant l'invention sont donc de permettre de réaliser la~soudure des tôles plus rapidement que dans le cas du procédé suivant l'art antérieur sans élimination de la couche superficielle des tôles, avec une meilleure qualité métallurgique et mécanique de la soudure. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit ; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'au lieu d'un meulage on peut opérer un brossage énergique de la tôle en utilisant par exemple une brosse rotative à fibres métalliques. On pourrait également utiliser une bande ou un produit abrasif sous une forme quelconque à partir du moment où ce moyen est capable d'éliminer la couche superficielle des tôles. Le dispositif d'abrasion par meulage ou brossage peut être lié à la machine de soudage ou indépendant de celle-ci. Pour une bonne mise en oeuvre du procédé, il est cependant nécessaire de réaliser le soudage immédiatement après l'élimination de la couche superficielle pour opérer le soudage sur une surface exempte de toute couche d'oxyde. L'invention s'applique non seulement au soudage ~de deux bandes d'aluminium mais encore au soudage de bandes d'acier, de cuivre ou d'autres métaux ou alliages à partir desquels on produit des bandes de grande longueur qui sont transformées dans des installations continues. REVENDICATIONS 1.- Procédé de soudage pour le raccordement de bandes métalliques avant leur passage dans une installation de traitement continu consistant à amener en coincidence les deux bords (3a, 4a) des tôles (3, 4) à joindre et à les maintenir dans cette position pendant la mise en oeuvre d'un moyen de soudage, caractérisé par le fait que, préalablement au soudage, alors que les bords (3a, 4a) des tôles (3, 4) sont en coîncidence, on effectue, par un procédé mécanique, l'enlèvement d'une couche superficielle sur les deux tôles (3, 4), dans des zones adjacentes aux bords (3a, 4a) en coîncidence pour éliminer la couche superficielle d'oxyde ou d'autres matières sur la face des tôles exposée au moyen de soudage et sur toute la longueur de la zone de jonction des tôles (3, 4). 2.- Procédé de soudage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le procédé d'enlèvement mécanique de la couche superficielle des tôles (3, 4) est un meulage. 3.- Procédé de soudage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le procédé mécanique d'enlèvement de la couche superficielle des tôles (3, 4) est un brossage. 4.- Dispositif de soudage pour le raccordement de deux tôles avant leur passage dans une installation de traitement continu comportant une tête de soudage (12) portée par un chariot (10) déplaçable transversalement par rapport aux tôles (3, 4) et des mors de serrage (7, 8) portés par des supports fixes (2a, 2b) pour le maintien des bords (3a, 4a) des tôles (3, 4) pendant le soudage, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un outil abrasif rotatif (25) porté par le chariot (J0) et disposé devant la tête de soudage si l'on considère le sens de déplacement de celle-ci, cet outil rotatif d'abrasion (25) étant relié à des moyens (23, 34) pour l'appliquer avec une pression réglable sur la surface des tôles. 5.- Dispositif de soudage suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'un carter (35) est disposé entre l'outil rotatif d'abrasion (25) et la tête de soudage (12) pour éviter la projection de poussières ou de particules dans la zone de soudage. 6.- Dispositif de soudage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un dispositif d'aspiration disposé dans le carter (35) permet la récupération de poussières ou de particles pour éviter leur projection dans la zone de soudage.