Brevet FR2581331A1 — publié le 19861107

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif permettant de rapporter par soudage sur une pièce métallique un goujon , un tirant , ou autres constituants analogues. On connait des machines permettant de souder un goujon sur une pièce métallique suivant le procédé dit "fusion-forgeage" , avec ou sans protection du bain par une bague ou analogue en matière réfractaire , ou encore avec ou sans gaz protecteur . Toutefois , ce soudage connu est limité aux seuls aciers normalement soudables sans préchauffage . Dès que l'on veut souder des aciers à haute résistance , le procédé connu de " fusion-forgeage " devient inutilisable. Lorsqu'on veut souder un acier à haute résistance , la technologie habituellement utilisée dans l'industrie consiste - ou bien à effectuer une opération de préchauffage au cha lumeau , ce qui complique l'opération et augmente consi dérablement son prix de revient , par l'intervention de la main d'oeuvre - ou bien , on ne soude pas le goujon directement sur la pièce support:on intercale entre eux une pièce intermédiai re en une autre nuance d'acier,ce qui a également pour ré sultat de compliquer l'opération et d'augmenter son coût. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients, en utilisant un dispositif d'un type nouveau ,permettant à lui seul d'effectuer en un seul cycle, à la fois une opération de préchauffage,puis le soudage proprement dit .En d'autres termes,le dispositif et le procédé selon l'invention permettent de souder en place des goujons de n'importe quel diamètre , et d'une quelconque nuance d' acier , y compris des aciers à haute résistance. Le procédé selon l'invention pour souder un goujon ou analogue,posé sur une pièce métallique,consiste à faire jaillir un arc électrique entre la pièce et le pied du goujon ou analogue , et il est caractérisé en ce que le cycle du soudage s'effectue en trois temps successifs ,à savoir - un premier temps opératoire pendant lequel entre la pièce et la face d'appui du goujon qui en est maintenu écarté > on fait jaillir pendant un délai temporisé , un arc élec trique à intensité réduite , qui provoque l'échauffement des faces en regard , sans toutefois leur apporter une énergie suffisante pour provoquer la fusion du métal i - un second temps opératoire , pendant lequel on envoie dans l'arc la pleine intensité du courant électrique,pou provoquer la fusion du métal dans les faces en regard , avec apparition d'un bain de métal en fusion j - un troisième temps opératoire , au cours duquel on fait avancer le goujon-par rapport à la pièce 3 de façon que son extrémité vienne se forger dans le bain de aétaî en fusion , après quoi le passage du courant est interrompu On constate que , par ce procédé , le goujon se soude dans d1excellentes conditions On évite en particulier un refroidissement trop rapide , qui produirait une trempe locale du métal , ainsi fragilisé . Suivant- une autre caractéristique d' l'invention , la mise en oeuvre de ce procédé est obtenue par un dispositif comprenant un pistolet de soudage , dont la pince maintient le goujon à souder , tandis qu'elle est qui pée de moyens sucseptibles de la déplacer entre une position avant et une position arrière , le circuit d'aliientation électrique comprenant , par ailleurs , des moyens pour défi nir l'intensité envoyée dans le pistolet , suivant au moins deux niveaux successifs , à savoir intensité réduite et pleine intensité de soudage , avec , par ailleurs , des moyens pour synchroniser les déplacements du pistolet avec le passage de l'une à l'autre des intensités. Le dessin annexé , donné à titre d'evem- ple non limitatif , permettra de mieux comprendre les carac téristiques de l'invention. Figure 1 est un schéma électrique du dis positif delon l'invention , dans sa variante à relais. Figure 2 est un schéma analogue pour la variante transistorisée Le dispositif illustré sur la figure 1 comprend un boîtier de préchauffage et de soudage 1 , qu'une interface de commande 2 relie à un générateur électrique 3 de type en lui-meme connu , capable d'assurer l'alimentation en courant alternatif ou en courant continu par ailleurs , le boîtier de préchauffage i est relié à un pistolet de soudage 4 dont la pince 5 positionne le goujon à souder 6 , par rapport à la pièce 7 sur laquelle on se propose de le fixer. Un solénoïde d'électro-aimant 8 est prévu pour déplacer la pince 5 et le goujon 6 entre la position avant illustrée sur la figure 1 et une position arrière (fluer che double 9 ) qui maintient son extrémité à distance de la pièce 7 , pour y faire jaillir un arc électrique . Selon l'invention , on fait varier entre deux niveaux successifs , 1' énergie transmise par cet arc électrique. Dans le boîtier 1 , un inverseur 10 est prévu pour occuper - ou bien une position de préchauffage 11 , assurant le fon tionnement suivant le cycle objet de l'invention - ou bien une position 12 , pour le fonctionnement " normal selon les procédés déjà connus pour des goujons de tupe conventionnel Lorsque l'inverseur 10 occupe la position 11 , le relais 13 se trouve mis sous tension , ce qui ferme les contacts 14 et 15 . Ainsi , le contact 14 alimente le solénoîde 8 du pistolet 4 , ce qui a pour effet de tirer vers l'arrière la pince 5 et de la maintenir à cette posisiton. Par ailleurs , le contact 15 permet d'alimenter la temporisation de préchauffage 16 , 17 , ainsi que les relais 18 et 19 que réunit une diode 20 . La fermeture du contact 16 met le relais 13 en auto-alimentation . L'ouverture du contact 17 interdit désormais l'alimentation du relais d'un autre contact 21 Quand le contact 23 s'ouvre , il cesse de court -circuiter une résistance variable 22 , qui , dans le cas d'un générateur ne disposant pas d'un réglage potentiométrique du courant de soudage , est une résistance de forte puissance et de faible valeur .Dans le cas d'un générateur 3 disposant d'un réglage potentiométrique , la résistance variable 22 est au contraire , de faible puissance et de valeur élevée La fermeture du contact 24 autorise , lorsque la temporisation de préchauffage 14 , 15 revient au repos ( position illustrée sur la figure 1) , l'alimentation de la temporisation de soudage 21 Le contact 25 ferme le circuit de soudage. A la fin de la période temporisée de préchauffage définie par 16 , 17 , le contact 17 revient à la position de la figure 1 ce qui alimente la temporisation de soudage 26 L'alimentation des relais 13 , et 23 ,24 est coupée , ce. qui a pour. effet de court-circuiter à nouveau la résistance 22 : le générateur 3 débite le courant nominal durant tout le temps d'action de la temporisation 26 Pendant ce temps , le contact 21 maintient le relais 19 en position de travail , ainsi que le solénolde 8 du pistolet 4 . La diode 20 bloque l'alimentation intempestive du relais 18 , et le réarmement de la temporisation 16 , 17 En fin de fonctionnement de la temporisation de soudage 26 , le contact 21 revient au repos ( position de la figure 1) , et coupe l'alimentation du relais 19 .Le contact 25 revient au repos ( position ouverte) , interrompant le courant de soudage , et coupant l'excitation du solénoïde 8. La pince 5 est ainsi ramenée en arrière Le dispositif est à nouveau armé pour un prochain cycle de soudage avec préchauffage . Bien entendu , le pistolet 4 est équipé d'une gâchette 26 , à déclenchement manuel On a représenté sur la figure 2 la variante entièrement transistorisée de l'appareil précédent .Les mêmes chiffres de références ont été conservés pour les mêmes éléments. Un pont de puissance à thyristors 27 et un circuit de synchronisation 28 assurent la commande d'un pont de puissance 29 . Celui-ci actionne un sommateur 30 , relié à un amplificateur pour la régulation du courant 31 , et à un amplificateur 32 pour l'amorçage de l'arc électrique . Tous deux dé bouchent sur un commutateur statique 33 qui agit sur la tempo risation de préchauffage 34 . Celui-ci est relié par des sécu rités 35 au pistolet de soudage 4 .D 1 autre part , la tempori sation de préchauffage 34 est reliée à une temporisation de soudage 36 qu'un commutateur statique 37 relie à son tour au pistolet 4 La temporisation de soudage 36 est reliée: - d'une part à une entrée de l'amplificateur de régulation 313 - d'autre part , à une temporisation 38 , pour la coupure du courant de soudage La temporisation 38 est reliée par un commutateur statique d'amorçage d'arc électrique 39:- d'une part à un circuit à diode 40 3 - d'autre part au solénoîde 8 3 - et enfin à une self auxiliaire 41 , elle-même reliée au com mutateur statique 37 Entre le pont de puissance 27 , et les bornes 42 , 43 pour le courant de préchauffage et le courant de soudage , est intercalée une self principale 44 .Entre le générateur d'alimentation 3 et le pont de puissance 27 , est intercalé un transformateur de soudage 45 Comme précédemment indiqué , le dispositif et le procédé selon l'invention permettent de souder directement des pièces en acier à haute résistance , sans aucun préchauffage classique , effectué au chalumeau , et sans qu'il soit nécessaire de déposer une quelconque pièce intermédiiaire en une autre nuance d'acier En pratique , la phase de préchauffage prend fin lorsque les surfaces en regard ( goujon 6 et pièce 7) , ont atteint une température de l'ordre de 120 à 1500 C L'intensité de soudage est de l'ordre de 18 à 20 fois l'intensité de préchauffage .Par contre ,le temps de préchauffage est de l'ordre de 25 fois le temps de soudage Par rapport à l'intensité de soudage et au temps de préchauffage connus tous deux lorsqu 'on effectue le préchauffage manutlement , au chalumeau , la présente invention conduit aux ordres de grandeur suivants - le temps de soudage est sensiblement le même , qu' on ait préchauffé au chalumeau ( procédé connu) , ou par le procédé selon l'invention 3 - par contre , l'intensité de soudage nécessaire selon l'in vention , est de l'ordre de seulement 0,75 fois l'intensité du soudage effectué à la manière connue , après un préchauf chauffage au chalumeau Bien entendu , l'invention présente aussi l'avantage de réduire considérablement le temps nécessaire à l'nsemble des opérations de soudage , et elle améliore neta- blement la qualité de la soudure REVENDICATIONS 1 - Procédé pour souder un goujon (6) ou analogue , posé sur une pièce métallique (7) , consistant à faire jaillir un arc électrique entre la pièce (7) et le pied du goujon (6) ou analogue , caractérisé en ce que le cycle de soudage s'effectue en trois temps successifs , à savoir - un premier temps opératoire pendant lequel entre la piè ce (7) et la face d'appui du goujon (6) qui en est main tenu écarté , on fait jaillir , pendant un délai tempori sé , un arc électrique à intensité réduite , qui provoque l'échauffement des faces en regard , sans toutefois leur apporter une énergie suffisante pour provoquer la fusion du métal - un second temps opératoire , pendant lequel on envoie dans l'arc la pleine intensité du courant électrique , pour provoquer la fusion du métal dans les faces en regard avec apparition d'un bain de métal en fusion - un troisième temps opératoire , au cours duquel on fait avancer le goujon (6) par rapport à la pièce (7) , de façon que son extrémité vienne se forger dans le bain de métal en fusion , après quoi le passage du courant est in terrompu. 2 - Dispositif suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend un pistolet de soudage (4) dont la pince (5) maintient le goujon (6) à souder , tandis qu'elle est équipée de moyens susceptibles de la déplacer entre une position avant et une position arrière ( flèche (9) , le circuit d'alimentation électrique comprenant , par ailleurs , des moyens pour définir l'intensité envoyée dans le pistolet , suivant au moins deux niveaux successifs , a savoir intensité réduite et pleine intensité de soudage avec par ailleurs des moyens pour synchroniser les déplacements du pistolet avec le passage de l'une à l'autre des intensités. 3 - Dispositif suivant la revendication 2 , caractérisé en ce que le pistolet (4) comporte un solénoïde (8) capable d'attirer t d'immobiliser en position reculée ,la pince (5) et le goujon (6). 4 - Dispc ìtif suivant l'une quelconque des reven dications 2 et 3 ,caractérisé en ce que le boîtier de commande comporte une temporisation (16) ,(17) , ainsi que des relais (18) et (19) que réunit une diode (20) , la fermeture du contact (-16) mettant un relais (13)en auto-alimentation , tandis que l'ouverture du contact (17)- interdit désormais l'alimentation du relais d'un autre contact (21). 5 - Dispositif suivant la revendication 4 ,ca ractérisé en ce qu'à la fin de la période temporisée de préchauffage définie par (16),(17) ,le contact (17) revient à la position de fermeture et alimente la temporisation de soudage (26) , alors que l'alimentation des relais (13à , et (23),(24) est coupée , ce qui a pour effet de court-circuiter à nouveau une résistance (22) : le générateur (3) débite le courant nominal durant tout le temps d'action de la temporisation (26). 6 - Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'en fin de fonctionnement de la temporisation de soudage (26) , le contact (21) revient au repos (po sition ouverte) et coupe l'alimentation du relais (19) , le contact (25) revenant au repos ( position ouverte) , ce qui interrompt le courant de soudage et coupe l'excitation du solénoîde (8) , la pince (5) étant ainsi ramenée en arrière et le dispositif à nouveau armé pour un prochain cycle de soudage avec préchauffage. 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédédentes , caractérisé en ce qu'il est réalisé sous une forme entièrement transistorisée , compre nant - un pont de puissance à thyristors (27)et un circuit de syn chronisation(28) assurant la commande d'un pont de puissan ce (29) - un sommateur (30) relié à un amplificateur pour la régula tion du courant (31) , et à un apmlificateur (32) pour l' amorçage de l'arc électrique , tous deux débouchant sur un commutateur statique (33) qui agit sur la temporisation de préchauffage (34) 3 - une temporisation de préchauffage (34) reliée à une tempo risation de soudage (36) qu'un commutateur statique (37) relie à son tour au pistolet (4).