Brevet FR2584326A1 — publié le 19870109

&ooareil et Drocédé d'alimentation utilisables Dour le soudage La présente invention a pour objet un appareil et un procédé d'alimentation utilisables pour le souda- ge. le gainage, le recouvrement et des opérations simi- laires et elle concerne plus particulièrement un appa- reil dans lequel des matériaux d'alliage sous forme particulaire (en grains ou en poudre) destinés à produi- re une soudure en alliage sont apportés et déposés, en quantité désirée, dans la zone o on doit réaliser un soudage par fusion ou un recouvrement, de.façon à four- nir une soudure en alliage de composition déterminée. La difficulté de fournir des mélanges homogènes à la zone de soudage fait qu'un problème majeur dans le domaine du soudage par fusion ou du recouvrement par soudure est l'apport de soudure en alliage de composi- tion ou de teneur uniforme. Par exemple, le pré-mélange de métaux ne fournit pas de façon régulière des mélanges homogènes à la zone de travail, par suite de la ségréga- tion des particules de métal lourd. Les particules de grande taille remontent à la surface. Et les particules les plus anguleuses remontent vers la surface lors du stockage, du transport ou d'autres déplacements. On re- trouve le même problème dans les flux de pré-mélange. Pour le soudage en masse aussi bien que la projection thermique ou par plasma, il est souhaitable ou nécessai- re (suivant l'opération) d'amener au moyen de soudage de la poudre de façon telle qu'une section du courant de poudre en un point quelconque contienne les proportions appropriées de chaque ingrédient de façon à donner à la soudure à déposer la composition souhaitée. Il est éga- lement souhaitable ou nécessaire que le débit des pou- dres soit uniforme, pour éviter de colmater les trous par lesquels passe la poudre ou de surcharger momentané- ment les moyens de chauffage destinés à fondre la pou- dre. ce qui provoquerait des vides dans les soudures. Dans une poudre pré-mélangée, le mélange sera uniforme si: 1 Les particules sont sensiblement dans la même plage de dimensions; 2' Les particules sont ou bien toutes anguleu- ses, ou bien toutes arrondies; et 3* Les particules sont dans la même plage de masse volumique. Dans le cas contraire, les grosses particules et les particules anguleuses montent tandis que les parti- cules arrondies et les particules lourdes descendent. ce qui se traduit par une composition non uniforme de la soudure. Les mêmes problèmes existent dans le pré-mélan- ge de matériaux de flux, tels que ceux utilisés pour le soudage à l'arc libre ou à l'arc submergé. Dans les équipements de dosage connus pour le soudage en masse (par exemple ceux décrits dans les brevets US 3 060 307 et 3 179 991) l'alimentation est assurée par une roue ou des roues munies à leur périphérie de poches ou godets qui déversent leur contenu à intervalles rapprochés lorsque la roue tourne. L'alimentation en matériaux se fait de façon intermittente, par lots ou doses faibles. Ce genre d'alimentation peut surcharger les orifices par lesquels doit passer la poudre et surcharger momentané- ment les moyens de fusion de poudre. La demande de brevet US 657 434 décrit un appa- reil d'alimentation multiple pour installation de souda- ge qui a plusieurs éléments d'apport en matériau dont chacun amène du matériau de soudage à partir d'une tré- mie contenant ce matériau pour alimenter des tubes qui amènent le matériau de soudage à un tube unique qui dé- bouche dans un distributeur de matériau de soudage. Du matériau de soudage peut passer de la trémie à la zone de soudage par amas successifs, ce qui a un effet défa- vorable sur le dépôt de soudure et sur le produit de soudage final. La présente invention vise à fournir un appareil d'alimentation utilisable pour le soudage, notamment mais non exclusivement pour le soudage.à l'arc exposé, à l'arc série. à l'arc submergé, ou sous atmosphère iner- te, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique. Elle vise particulièrement à fournir un appareil permettant d'amener de façon conti- nue un mélange homogène d'un débit de matériau présen- tant la dispersion souhaitée sous forme d'un écoulement régulier jusqu'à un emplacement de soudage. En conséquence, suivant un des aspects de l'in- vention, celle-ci fournit un appareil d'alimentation utilisable pour le soudage, comprenant une source ou un conteneur de réception de matériau particulaire de sou- dage, des moyens d'amenée pour transférer le matériau particulaire de la source ou du conteneur à une zone de soudage et des moyens de dispersion placés dans les moyens d'amenée et prévus pour assurer la dispersion du matériau de soudage de telle façon qu'il soit amené pra- tiquement de façon continue et homogène à la zone de soudage. Les moyens de dispersion permettent à l'appareil d'alimentation de fournir de façon uniforme des mélanges homogènes d'alliages métalliques à la pièce à traiter de sorte qu'on peut obtenir dans la soudure une composition uniforme. Dans un mode avantageux de réalisation, l'inven- tion propose un tamis ou des tamis de dispersion de ma- tériau placés dans le système d'amenée de matériau de soudage, de façon à fournir un écoulement continu et ré- gulier de mélange complètement mélangé à la zone de sou- dage. On peut utiliser un dispositif de dispersion ou plusieurs. Dans le second cas, les dispositifs peuvent avoir des mailles identiques ou différentes. On peut ajuster le taux de mélange et le temps de traversée du système d'amenée par choix de l'espacement. On peut fai- re varier l'orientation de dispositifs d'amenées multi- ples aussi bien que l'intervalle qui les sépare. De plus, ils peuvent être prévus seulement dans des tubes d'alimentation individuels, ou seulement dans des tubes d'alimentation commune ou encore dans des buses d'ali- mentation, ou encore dans toute combinaison de ces moyens. Suivant un autre aspect de l'invention, cette dernière propose un procédé pour amener de façon unifor- me du matériau particulaire de soudage à l'emplacement d'une zone de soudage, procédé suivant lequel on trans- fère le matériau particulaire à partir d'une source par l'intermédiaire de moyens de dispersion dans les moyens d'amenée de façon à fournir un mélange sensiblement ho- mogène en écoulement sensiblement continu, même lorsque l'alimentation à partir de la source est intermittente. La durée de passage du matériau de soudage à travers les moyens de transfert jusqu'à la zone de sou- dage est avantageusement plus longue que la durée entre arrivées de charges de matériaux de soudage aux moyens de transfert. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécu- tion, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La des- cription se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans :a lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe d'un mode d'exécution de l'appareil d'alimentation; et - la figure 2 est une vue en perspective d'un autre mode d'exécution de l'appareil d'alimentation. Il doit être entendu que l'invention s'étend à 258 4326 des modes de réalisation dans lesquels on combine n'im- porte quelle caractéristique de l'un des modes de réali- sation à des caractéristiques de l'autre mode de réali- sation, en y faisant éventuellement les modifications requises. L'appareil d'alimentation montré en figure 1 est similaire à celui décrit dans le brevet US 3 172 991, mais il comporte des moyens de dispersion. L'appareil comprend trois roues d'alimentation en matériau 1, 2 et 3 qui sont fixées sur des arbres interconnectés respec- tifs la, 2a, 3a. Une roue maitresse 4 est également fixée sur l'arbre 2a. Lors de l'utilisation, du fil de soudage consom- mable 5 est amené à la pièce à traiter 6 par des moyens non représentés. Le fil de soudage 5 est maintenu en contact de frottement avec la roue maîtresse 4 de façon que la roue maîtresse et les roues d'alimentation 1, 2 et 3 tournent ensemble au fur et à mesure de l'avance du fil de soudage. Chaque roue d'alimentation 1, 2 ou 3 a plusieurs godets répartis dans le sens circonférentiel. Lorsque les roues d'alimentation tournent, ces godets collectent de la poudre provenant de trémies respectives 7, 8, et 9 et se vident dans des tubes d'amenée respec- tifs 10, 11 et 12 qui dirigent la poudre vers la zone de soudage 13 par l'intermédiaire d'un tube ou d'une buse de décharge commune 14. Dans chacun des tubes d'amenée 10, 11l et 12 est placée une paire d'organes de dispersion écartés, formés par des tamis 15. Un tamis de dispersion supplémentaire 16 est placé dans le tube de décharge 14. Chacun des tubes d'amenée peut contenir un seul tamis ou plus de deux tamis. Le tube de décharge peut lui aussi avoir plusieurs tamis. Les tamis dans l'un quelconque des tu- bes peuvent être obliques l'un par rapport à l'autre. L'orientation et l'intervalle entre tamis ne sont pas imposés. Les tamis peuvent avoir la même maille ou des mailles différentes mais, quelle que soit la maille d'un tamis particulier, elle doit être suffisante pour que les particules de la soudure à l'état particulaire ne puissent pas colmater le tamis. Elle ne doit pas être suffisamment grande pour que le tamis ne puisse briser les "amas" de matériau de soudage de taille indésirable. Les écrans servent i mélanger de façon homogène le matériau de soudage et à l'amener de façon continue à la zone de soudage 13. La figure 2 montre un appareil d'alimentation semblable i celui décrit dans la demande de brevet US n'657 434. mais modifié de façon à comporter des moyens de dispersion. L'appareil d'alimentation 20 comprend trois unités indépendantes d'alimentation en matériau 21, 22 et 23. Chaque unité d'alimentation comprend une trémie à poudre 21a. 22a ou 23a; une roue d'alimenta- tion en matériau 21b, 22b ou 23b; un moteur i vitesse variable 21c, 22c, ou 23c; et un tube d'amenée 21d, 22d ou 23d. Les moteurs sont munis d'organes de commande sé- parés de façon que l'on puisse les ajuster pour que l'alimentation soit assurée et maintenue en toute pro- portion désirée. Une plage représentative de vitesse pour les roues d'alimentation est de 2 à 32 tours par minute. Les tubes d'amenée 21d, 22d et 23d convergent vers un tube commun 27 qui débouche dans une chambre de distribution 24 qui amène le mélange, par une buse 29, dans la zone de soudage en avant du fil de soudage 26. Chacun des tubes d'amenée 21d, 22d et 23d contient plu- sieurs tamis de dispersion 15. Le tube commun 27 et la buse 29 contiennent chacun un tamis supplémentaire 16. Ces tamis servent à assurer un mélange homogène et à alimenter de façon continue la zone de soudage en maté- riau de soudage. Dans un mode de mise en oeuvre réel, on utilise ? six tamis de maille 16 (environ 1,18 mm) écartés d"envi- ron 0,635 cm dans un tube de 1,27 cm de diamètre. Les tamis peuvent être parallèles entre eux et perpendicur- laires à l'axe du tube. Ils peuvent également être orientés de façon aléatoire. Si on le souhaite, on peut utiliser des tamis multiples dans le tube commun 27 à buse 29. La dimension de maille des tamis est choisie suffisamment fine pour que le temps nécessaire pour qu'une charge de matériau fournie par une roue d'alimen- tation passe à travers le système soit supérieur à l'in- tervalle de temps entre déversements des roues d'alimen- tation. Il est avantageux que l'espacement entre les ta- mis dans un tube particulier ne soit pas notablement in- férieur au diamètre du tube. Le nombre de tamis est choisi de façon à obtenir un écoulement continu de mé- lange homogène. L'appareil 20 comprend également un mécanisme 25 d'amenée de fil électrode, entrainé par un moteur à vi- tesse variable (non représenté). Lors de l'utilisation, on crée un arc électrique entre la pièce de travail et l'extrémité du fil de sou- dage 26 et/ou du tube d'amenée 28. Le débit d'alimenta- tion de la zone de soudage en fil de soudage 26 et la vitesse des moteurs à vitesse variable 21c, 22c et 23c peuvent être ajustés de façon indépendante par des moyens de commande (non représentés). L'appareil 20 se déplace en travers de la pièce de travail 35 dans la di- rection de la flèche 36. Le cordon de soudage 30 est formé par le déversement 31 de matériaux de soudage (qui peuvent éventuellement contenir un flux) et par le fil électrode 26. La soudure terminée est montrée en 34. Les divers tamis garantissent une dispersion uniforme du ma- tériau de soudage appliqué à la zone de soudage. L'appareil est également utilisable pour le sou- dage à auto-protection. REVENDICATIONS 1. Appareil d'alimentation utilisable pour le soudage, comprenant une source ou conteneur (7, 8. 9) de réception de matériau particulaire de soudage et des moyens d'amenée (10, 11, 12, 14) pour transférer le matériau particulaire de la source ou du conteneur (7, 8, 9) à une zone de soudage (13). caractérisé par des moyens de dispersion (15. 16) placés dans les moyens d'amenée (10. 11. 12. 14) et prévus pour assurer la dis- persion du matériau de soudage de telle façon qu'il soit amené de façon pratiquement continue et homogène à la zone de soudage. 2. Appareil d'alimentation selon la revendica- tion 1. comprenant au moins deux moyens d'amenée (10. 11, 12) pour amener du matériau particulaire provenant de sources différentes (7, 8. 9) à la zone de soudage (13). caractérisé en ce que les moyens de dispersion (15, 16) sont placés dans chacun des moyens d'amenée. 3. Appareil d'alimentation selon la revendica- tion 1, dans lequel les moyens d'amenée comprennent deux tubes d'amenée (10. 11, 12) ou davantage pour amener du matériau particulaire provenant de différentes sources à des moyens de décharge communs (14) disposés pour four- nir le matériau de soudage à la zone de soudage (13), caractérisé en ce que les moyens de dispersion (15, 16) sont placés dans un ou plusieurs des tubes d'amenée (10. 11, 12) et/ou dans les moyens de décharge (14). 4. Appareil d'alimentation selon la revendica- tion 1. 2 ou 3. caractérisé en ce que les moyens de dis- persion sont du type à tamis (15. 16). 5. Appareil d'alimentation selon la revendica- tion 4. caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs tamis (15, 16). 6. Appareil d'alimentation selon la revendica- tion 5. caractérisé en ce que certains au moins des ta- mis (15, 16) ont une maille différente de celle d'un autre tamis. 7. Appareil d'alimentation selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le nombre, l'orientation et l'espacement des moyens de dis- persion (15. 16) sont ajustables. 8. Appareil d'alimentation selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 7, caractérisé par des moyens d'amenée d'électrode pour amener un fil électrode (5) à la zone de soudage. 9. Appareil d'alimentation selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 8, dans lequel les moyens d'alimentation comprennent plusieurs unités d'alimenta- tion (21, 22, 23) pour amener du matériau de soudage particulaire provenant de différentes sources à la zone de soudage, caractérisé en ce que chacune des unités d alimentation est munie de ses propres moyens d'entrai- nement (21c. 22c, 23c) indépendants de ceux des autres unités d'alimentation et indépendants des moyens d'en- trainement d'électrode (25), de façon que l'on puisse ajuster et maintenir de façon précise les proportions de matériaux amenés. 10. Procédé pour amener de façon uniforme du ma- tériau de soudage particulaire à une zone de soudage par l'intermédiaire d'un système d'alimentation, caractérisé en ce que l'on transfère le matériau de soudage par l'intermédiaire de moyens de dispersion (15, 16) placés dans le système d'alimentation de façon à réaliser un écoulement sensiblement continu et homogène vers la zone de soudage. 11. Procédé selon la revendication 10. dans le- quel du matériau est déversé dans le système d'alimenta- tion par intermittences, caractérisé en ce que le temps requis pour que le matériau de soudage traverse le sys- tème d'alimentation (10, 11, 12, 14) vers la zone de soudage (13) est supérieur à l'intervalle de temps entre déversements de charges de matériaux particulaires dans le système d'alimentation.