Brevet FR2609255A1 — publié le 19880708

La présente invention concerne le soudage bout à bout par résistance et plus particulièrement le pro- cédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion. L'invention peut être appliquée avec succès au soudage des pièces à parois épaisses ou des pièces de grande section, pleines, sur les machines à souder bout à bout par résistance et par fusion. Il existe un procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion (brevet de la Grande-Bretagne n 984296, cl. B23K, 1965) avec préchauffage o durant la première phase du processus de soudage les pièces sont réchauffées en utilisant la méthode par résistance. Dans ce cas, l'échauffement des pièces se fait par cir- culation répétitive de courte durée du courant de sou- dage. L'interruption du courant se fait soit par ouver- ture du circuit de soudage par mouvement de va-et-vient d'une des pièces, soit par coupure périodique de l'ali- mentation du primaire du transformateur de soudage. Les pièces sont rapprochées périodiquement jusqu'à l'é- tablissement d'un contact stable entre leurs surfaces qui se touchent, ensuite, elles sont éloignées l'une de l'autre jusqu'à l'ouverture du circuit de soudage. Cependant, le procédé connu n'assure pas un échauf- fement régulier des pièces suivant toute leur section et une haute qualité de la soudure. Il existe un procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion en continu (cf., certificat d'auteur d'invention URSS n 226745, Int. cl. H05B, publié en 1968) assurant une haute qualité de la soudure dans lequel la vitesse de déplacement des pièces à sou- der est périodiquement augmentée pendant une courte durée. Lors de l'augmentation brusque de la vitesse, le nombre de contacts élémentaires apparaissant entre les surfaces des pièces à souder croît brusquement et, lors de la diminution de la vitesse, le nombre de con- tacts existant simultanément reste quelque temps sans changement. La modification de la vitesse est corri- gée de façon qu'après l'élévation du courant (tension, puissance) jusqu'à une certaine valeur, on commence à réduire la vitesse jusqu'à la valeur initiale ce qui évite un court-circuit entre les extrémités des pièces à souder. Pourtant, quand on réduit la vitesse, on n'ar- rive pas pratiquement à éviter l'ouverture du circuit de soudage et, par conséquent, des arrêts de la fusion. Ceci entraîne un allongement du temps de soudage et, par conséquent, la diminution de la productivité de la machine à souder. Le but de l'invention est de créer un procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion dont les conditions techniques assureraient un déroulement du processus de fusion stable avec une valeur élevée de la puissance électrique utile dégagée dans les pièces à souder. Le but est obtenu du fait que dans le procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion qui comporte la fusion des pièces à souder et le refoule- ment, avec,pendant la fusion, un changement de direc- tion de la vitesse du déplacement des pièces à souder par leurs rapprochement et éloignement réciproques, conformément à l'invention, pendant la fusion des pièces à souder on mesure simultanément la puissance électrique utile et un paramètre électrique du processus de fusion lié à la puissance électrique utile par une relation de dépendance présentant un extremum, on détermine la valeur et le signe de l'accroissement de la puissance électrique utile et du paramètre électrique du processus de fusion pour un même intervalle de temps, alors que le rapprochement des pièces à souder se fait jusqu'au moment o le rapport de l'accroissement de la puissance électrique utile à l'accroissement du paramètre élec- trique du processus de fusion change de signe,ensuite, les pièces à souder sont éloignées l'une de l'autre jusqu'au moment o la valeur du rapport de l'accroisse- ment de la puissance électrique utile à l'accroissement du paramètre électrique du processus de fusion atteint la valeur donnée laquelle est choisie en fonction de la valeur de la résistance du circuit de soudage et de la surface de la section transversale des pièces à souder. L'invention revendiquée permet d'augmenter l'inten- sité de l'échauffement des pièces A souder et de réduire la durée du soudage. L'invention ressortira de la description ultérieure d'un exemple concret non limitatif d'exécution schématisé sur les dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente la puissance électrique utile P dégagée à l'endroit du contact entre des pièces à souder en fonction de la conductivité G de l'entrefer dans lequel se produisent les étincelles (ou du courant I dans le circuit de soudage), conformément à l'inven- tion; - la figure 2 représente un schéma synoptique du dispositif pour réaliser le procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion, objet de l'inven- tion; - la figure 3 représente les diagrammes en fonction du temps, expliquant le fonctionnement du dispositif pour réaliser le procédé revendiqué, conformément à l'invention. La courbe de la puissance électrique utile P dé- gagée à l'endroit du contact entre les pièces à souder en fonction de la conductivité G de l'entrefer à étin- celles ou du courant I du circuit de soudage à la forme représentée sur la figure 1 (cf., S.I. Kouchuk-Yatsenko, V.K. Lebedev "Soudage bout à bout par résistance et par fusion en continu", Kiev, "Naukova dumka", 1976, p. 51, figure 28). La puissance utile P étant la même, deux régimes de fusion sont possibles et ils sont carac- térisés par les points A et B. Le régime au point A est considéré comme stable parce que dans ce cas, exis- tent toutes les conditions d'autorégulation du processus: a l'accroissement positif du courant correspond l'ac- croissement positif de la puissance. Le régime de fusion au point B n'est pas considéré comme stable parce qu'à l'accroissement positif du courant correspond un accrois- sement négatif de la puissance utile. Donc, durant la fusion, un court-circuit est possible. La dépendance de la puissance utile P par rapport au courant I dans le circuit de soudage comporte un extremum. La puissance utile maximale Pm se dégage dans le contact sous le courant de soudage I lorsque la m résistance de l'entrefer à étincelles est égale à la résistance de courtcircuit du circuit de soudage ce qui correspond au régime de fusion au point C de la figure 1. Donc, il est utile de poursuivre le processus de fusion au régime caractérisé par des valeurs du courant de soudage I et de la puissance électrique utile P et décrit par la partie gauche de la courbe P = f(I) proche de la valeur P = P.m Dans ce cas, est assurée une fusion stable avec une valeur élevée de la puissance électrique utile P dégagée dans les pièces à souder. Un rapprochement limité des pièces jusqu'à l'obten- tion d'une valeur négative du rapport de l'accroissement de la puissance électrique utile à l'accroissement du courant de soudage permet de poursuivre le processus de soudage dans la zone de fusion stable. Pour un dépla- cement très faible du processus à droite par rapport au point C (rapport AP/&I de la courbe avec valeur positive du rapport 4 P/ItI. On effectue l'éloignement des pièces jusqu'à l'obtention de la valeur positive donnée du rapport àP/I, établie Z2609255 compte tenu de la fusion sans arrêts de la circulation du courant de soudage et du maintien d'une haute valeur de la puissance électrique utile. Si l'on éloigne les pièces l'une de l'autre jusqu'à l'obtention de la valeur du rapport AP/AI supérieure à celle donnée, il y a une possibilité d'arrêt de la circulation du courant de soudage et une diminution de la puissance électrique utile. Afin d'atteindre l'objectif pour une tension de soudage fixée, les pièces à souder sont rapprochées avec une vitesse déterminée. A mesure du rapprochement des pièces et de la formation de contacts la valeur du courant de soudage I et de la puissance électrique utile P croit. On mesure alors les accroissements tP et AI de la puissance électrique utile P et du courant de soudage I pour le même intervalle de temps. Sur tout le tronçon de la courbe entre le point O et le point C, le rapport P/MI est positif. Pour une augmentation ultérieure du nombre de contacts, la valeur du courant I dépasse la valeur Im et à l'accroissement positif AI correspond un accroissement négatif AP mesuré dans le même intervalle de temps. Ceci sert de signal à l'é- loignement des pièces à souder l'une de l'autre avec une vitesse donnée. Le nombre de contacts commence à diminuer et le courant de soudage diminue également, le rapport LP/AI reprend la valeur positive. La limi- tation de l'éloignement des pièces à souder jusqu'à l'obtention par le rapport àP/LI d'une certaine valeur positive permet d'éviter les arrêts de circulation du courant de soudage. Durant le soudage bout à bout par résistance sur les machines dont la résistance de court- circuit est de 80.10-6 à 250.10-6 Ohms, de pièces à section de soudage de 2 000 à 10 000 mm2, la valeur positive du rapport ^P/^I a été choisie dans la limite de 2 à 10 W/A. Le procédé revendiqué permet d'augmenter la produc- tivité du soudage et assure l'intensification de l'é- chauffement des pièces à fondre par réduction des arrêts de la circulation du courant. Outre cela, la fusion se déroule aux régimes proches des régimes à puissance électrique utile maximale. Le schéma synoptique du dispositif pour réaliser le procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion est représenté sur la figure 2. Des pièces à souder 1 et 2 (figure 2) sont serrées dans des mâchoires 3 et 4 de la machine à souder sur lesquelles est branché le secondaire d'un transformateur de soudage 5. Sur le primaire du transformateur 5 est branché un transformateur de mesure de courant 6 dont la sortie est reliée à une des entrées d'un bloc de multiplication 7 dont l'autre entrée est reliée aux mâchoires 3 et 4. Outre cela, la sortie du transforma- teur de courant 6 est branchée sur l'entrée d'un bloc de mémoire 8 servant à enregistrer les valeurs du cou- rant de soudage et sur l'entrée d'un bloc de soustrac- tion 9 servant à déterminer l'accroissement du courant de soudage I pour un certain intervalle de temps. La sortie du bloc de multiplication 7 est reliée à l'entrée d'un bloc de mémoire 10 servant à enregistrer les valeurs de la puissance électrique utile et à l'en- trée d'un bloc de soustraction 11 servant à déterminer l'accroissement de la puissance électrique utile pour un certain intervalle de temps. Les entrées des blocs de mémoire 8 et 10 et des blocs de soustraction 9 et 11 sont branchées sur la sortie d'un générateur d'im- pulsions de rythme 12. Les sorties des blocs de sous- traction 9 et 11 sont branchées sur les entrées d'un bloc de division 13 servant à déterminer le rapport AP/ÀI de l'accroissement AP de la puissance électrique utile P à l'accroissement I du courant de soudage I. La sortie du bloc de division 13 est branchée sur une des entrées d'un bloc de comparaison 14 du signal corres- pondant à la valeur calculée du rapport t P/.I et du signal correspondant à la valeur choisie de ce rapport. L'autre entrée du bloc de comparaison 14 est reliée un sélecteur 15 et sa sortie est reliée à l'entrée d'un tiroir électro-hydraulique 16 relié à un entraî- nement hydraulique 17 qui est relié cinématiquement à la mâchoire 3 et la pièce 1. Sur la figure 3 sont représentés: U = u(t): diagramme des impulsions de rythme pro- duites par le générateur d'impulsions de rythme 12 (fi- gure 2); P = p(t): courbe de la puissance électrique utile; I = i(t): courbe du courant de soudage. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Au moment initial du soudage, le sélecteur 15 (fi- gure 2) produit un signal à niveau de tension donné. Ce signal attaque l'entrée du bloc de comparaison 14. Par comparaison avec le signal zéro venu depuis la sortie du bloc de division 13, le bloc de comparaison 14 produit un signal qui assure le rapprochement des pièces 1 et 2 à l'aide du tiroir électro-hydraulique 16 et de l'en- traînement hydraulique 17. En même temps, aux pièces 1 et 2 est appliquée une tension produite par le trans- formateur de soudage 5 via les mâchoires 3 et 4. A la formation des contacts aux extrémités des pièces 1 et 2, le courant de soudage apparaît dans le secondaire du transformateur de soudage 5. Le signal de sortie du transformateur de courant 6 attaque une des entrées du bloc de multiplication 7 et les entrées du bloc de mémoire 8 et du bloc de soustraction 9. L'autre entrée du bloc de multiplication 7 est attaquée par un signal correspondant à la tension sur les portées des pièces 1 et 2 entre les mâchoires 3 et 4. Dans le bloc 7, le signal prélevé sur les mâchoires 3 et 4 est multiplié en tenant compte d'une certaine échelle par un signal venu de la sortie du transformateur de courant 6. Par conséquent, la sortie du bloc de multiplication 7 dégage un signal proportionnel à la valeur de la puissance électrique utile de la machine à souder. Ce signal at- taque l'entrée du bloc de mémoire 10 et l'entrée du bloc de soustraction 11. Le générateur d'impulsion de rythme 12 produit les impulsions de rythme en opposition de phase (courbe U = u(t) (figure 3)). A l'arrivée d'une impulsion de rythme positive, dans le bloc de mémoire 8 (figure 2) est enregistrée la valeur du courant I1 (figure 3, courbe I = i(t)) et dans le bloc de mémoire 10 (figure 2) est enregistrée la valeur de la puissance P1 (figure 3, courbe P = p(t)). Les signaux correspondant à ces valeurs i1 et P1 arrivent respectivement dans les blocs de sous- traction 9 et 11 (figure 2) dont d'autres entrées sont attaquées par des signaux correspondant aux valeurs instantanées du courant de soudage et de la puissance électrique utile. Au moment de la production par le générateur 12 des impulsions de rythme négatives (figure 3, courbe U = u(t)), le bloc 9 (figure 2) réalise l'opération AI = I1 - 12 et le bloc 11 réalise l'opération aP = P1 - P2. Le signal correspondant à l'accroissement AI depuis la sortie du bloc 9 et le signal correspondant à l'accroissementaP depuis la sortie du bloc 11 arrivent aux entrées du bloc de division 13 qui réalise l'opéra- tion de division eP/6I. Depuis la sortie du bloc de division 13, le signal proportionnel à la valeur P/àI at- taque l'entrée du bloc de comparaison 14. Au rapprochement des pièces à souder 1 et 2, le courant de soudage I (figure 1) augmente et le point décrivant le processus de fusion se déplace sur la courbe Jusqu'au point C. Le rapportàP/MI qui était jusqu'alors positif prend au point C une valeur nulle et à l'accrois- sement ultérieur du courant I devient négatif. Lorsque le bloc de division 13 (figure 2) envoie dans le bloc de comparaison 14 un signal négatif, le bloc de comparaison 14 réalise une commutation et produit un signal fixe qui assure l'éloignement des pièces 1 et 2 l'une de l'autre à l'aide du tiroir électro-hydrau- lique 16 et de l'entraînement hydraulique 17. A l'éloignement des pièces I et 2 l'une de l'autre, le courant de soudage I (figure 1) diminue et après le passage du point C, le rapportfP/àI prend une valeur positive et commence à croître. Lorsque le signal po- sitif proportionnel à la valeur du rapport P/ I, à la comparaison par le bloc 14 (figure 2), devient égal au signal produit par le sélecteur 15, le bloc de com- paraison 14 produit un signal fixe qui assure le rappro- chement des pièces 1 et 2 à l'aide du tiroir électro- hydraulique 16 et de l'entraînement hydraulique 17. Ainsi, l'invention revendiquée permet de réaliser un soudage bout à bout par résistance et par fusion qui assure la poursuite du processus de fusion dans la zone stable avec une valeur élevée de la puissance électrique utile, ce qui élève l'intensité de l'échauf- fement des pièces à souder 1 et 2 et réduit la durée du soudage. L'effet positif est obtenu du fait qu'en même temps, on mesure la puissance électrique utile P et le courant de soudage I, on détermine la valeur du rapport^P/4I de l'accroissement A P de la puissance électrique utile P à l'accroissement AI du courant de soudage I pour un même intervalle de temps, et le processus de fusion est poursuivi de fagon que le rapport /P/A I ne prenne pas sur une longue période, une valeur négative tandis que la valeur positive du rapport AP/ I soit limitée par la valeur déterminée en fonction de la résistance du circuit de soudage et de la surface de la section transversale des pièces à sonder 1 et 2. REVENDICATION Procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion qui comporte la fusion des pièces à souder (1, 2) et leur refoulement, avec pendant la fusion des pièces (1, 2) un changement de direction de la vitesse du déplacement des pièces à souder (1, 2) par leurs rapprochement et éloignement réciproques, remarquable par le fait que durant la fusion des pièces à souder (1, 2) on mesure la puissance électrique utile (P) et un paramètre électrique (I) du processus de fusion lié à la puissance électrique utile (P) par une relatioa de dépendance ayant un extremum, on détermine la valeur et le signe de l'accroissement (AP,,I) de la puissance électrique utile (?) et du paramètre électrique (I) du processus de fusion durant le même intervalle de temps, alors que le rapprochement des pièces à souder (1, 2) se fait jusqu'au moment o le rapport (ZP/AI) de l'accroissement (SP) de la puissance électrique utile (P) à l'accroissement (AI) du paramètre électrique (I) du processus de fusion change de signe, après quoi les pièces à souder (1, 2) sont éloignées l'une de l'autre jsuqu'au moment o la valeur du rapport (AP/LI) de l'ac- croissement (tP) de la puissance électrique utile (P) à l'accroissement (AI) du paramètre électrique (I) du processus de fusion atteint la valeur donnée choisie en fonction de la valeur de la résistance du circuit de soudage et de la surface de la section transversale des pièces à souder (1, 2).