Brevet FR2608953A1 — publié le 19880701

1- La présente invention concerne le soudage bout a bout par résistance et plus particulièrement le pro- céd 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 plei- nes de grande -section- sur- les - machines -à souder bout à-bout'par résistance.:et parfusion. Ii existe un procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion o durant la première phase du processus de soudage les pièces sont échauffées en faisant circuler un courant de soudage. Dans ce cas, l'échauffement des pièces par résistance se fait par circulation répétitive de courte durée du courant. L'in- terruption du courant se fait soit par ouverture du circuit de soudage par mouvement de va-et-vient d'une des pièces, soit par coupure périodique de l'alimentation du primaire du transformateur (brevet de Grande-Bretagne n 984296, cl. B23K, 1965). Dans ce procédé de soudage, les pièces sont périodiquement rapprochées jusqu'à l'éta- blissement d'un contact stable entre leurs surfaces qui se touchent, ensuite, elles sont éloignées l'une de l'autre jusqu'à l'ouverturedu circuit de -soudage. Pourtant, 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 dans lequel la vi- tesse de déplacement des pièces à souder est périodi- quement augmentée pendant une courte durée (certificat d'auteur URSS n 226745, cl. HO5B, 1968). Lors de l'au- gmentation de la vitesse, le nombre de contacts élémen- taires entre les extrémités à fondre des pièces croit brusquement et, lors de la diminution de la vitesse, le nombre de ces contacts diminue et pendant un certain temps il reste sans changement. La modification de la vitesse est corrigée de façon qu'après l'élévation de l'intensité du courant jusqu'à une certaine valeur, on commence à réduire la vitesse Jusqu'à la valeur ini- tiale ce qui évite un court-circuit entre les extrémités des pièces. Cependant, lors de la réduction de la vi- tesse, on n'arrive pas pratiquement à éviter l'ouverture du circuit de soudage, par conséquent, apparaissent des arrêts de fusion. Ceci entraîne un allongement du temps de soudage et, par conséquent, une 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 le déroulement du processus de fusion avec une valeur élevée de la puissance utile sans arrêt de la circulation du courant ni court-circuit, entre les pièces à souder ce qui per- mettrait de réduire la durée du soudage des pièces. 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 leur refoule- ment, avec, pendant la fusion des pièces, changement de la direction de la vitesse du déplacement des pièces par rapprochement et éloignement réciproques, conformé- ment à l'invention. durant la fusion des pièces à sou- der on mesure la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires survenant entre les surfaces à fondre des pièces à souder, on compare la valeur de le. résistance totale des contacts élémentaires avec la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder et on rapproche les pièces à souder jusqu'au moment o la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires atteint une valeur égale à 0,4 à 0,5 fois la vealeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder, après quoi, les pièces sont éloignées l'une de l'autre jusqu'au moment o la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires atteint une valeur égale à I,4 à 1,6 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder. L'invention revendiquée permet d'élever le rende- ment du soudage, assure l'intensification du processus d'échauffement des pièces à fondre par réduction des arrêts dans la circulation du courant. Outre cela, la fusion se fait à des régimes proches du régime à puis- sance utile maximale. L'invention ressortira de la description ultérieure d'un exemple concret non limitatif de son exécution avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente la puissance utile P de la machine à souder en fonction du courant de soudage I, conformément à l'invention; - la figure 2 représente un schéma synoptique du dispositif pour réaliser le procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion, conformément à l'invention. Il est connu que la courbe de la puissance utile P de la machine à souder en fonction du courant de sou- dage I a la forme représentée sur la figure 1 (cf., Orlov B.D. "Technologie et équipement du soudage par résistance". "Mashinostroenie", Moscou, 1975, p. 90, figures 3.8,a). Le maximum de la valeur de la puissance utile Pm correspond au courant Im lorsque la résistance totale des contacts élémentaires est égale à la résis- tance de court-circuit de la machine. Du point de vue énergétique, il est utile de réaliser le processus de fusion à la puissance utile maximale P m Durant les recherches sur les machines à souder bout à bout avec différentes valeurs de la résistance de court-circuit il est apparu qu'une fusion stable sans courts-circuits ni arrêts de circulation du cou- rant est assurée lorsqu'on maintient la résistance to- tale des contacts élémentaires dans les limites de 0,4 à 0,5 jusqu'à 1,4 à 1,6 de la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder. Le régime de fusion parfait est celui o se trouve assurée l'égalité de la résistance totale des contacts élémentaires et de la résistance de court-circuit de la machine à souder. Au niveau actuel de rapidité des dispositifs d'entraînement des machines à souder bout à bout il est impossible d'entretenir les conditions parfaites du processus caractérisées par l'égalité indi- quée ci-dessus. Le choix de la limitation de la valeur minimale de la résistance totale des contacts élémentaires à une valeur égale à 0,4 à 0,5 fois la valeur de la ré- sistance de court-circuit s'explique par le fait que pour une diminution ultérieure de la résistance totale des contacts élémentaires la puissance utile de la ma- chine à souder tombe notablement ce qui peut aboutir à un court-circuit entre les pièces à souder. Le choix de la limitation de la valeur maximale de la résistance totale des contacts élémentaires à une valeur égale à 1,4 à 1,6 fois la valeur de la résis- tance de court-circuit de la machine s'explique par le fait que pour une augmentation ultérieure de la ré- sistance totale des contacts élémentaires leur nombre diminue brusquement ce qui peut aboutir aux arrêts in- désirables dans la circulation du courant de soudage. Le procédé revendiqué consiste en ce qu'au moment de l'application de la tension, on commence à rappro- cher les pièces à souder avec une vitesse donnée. A mesure du rapprochement des pièces, entre les surfaces à fondre se forment des contacts élémentaires dont le nombre croît. On mesure alors un paramètre électrique, la résistance totale des contacts élémentaires. Par augmentation du nombre de contacts élémentaires la va- leur de leur résistance totale diminue. Lorsque la va- leur de leur résistance totale diminue jusqu'à une va- leur égale à 0,4 à 0,5 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine, on change la direction de la vitesse du déplacement des pièces à souder en les éloignant l'une de l'autre avec vitesse donnée afin d'éviter un court-circuit entre les pièces à souder. Leur éloignement continue jusqu'au moment o, par réduc- tion du nombre de contacts élémentaires, la valeur de leur résistance totale atteint une valeur égale à 1,4 à 1,6 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder. On assure ainsi une circulation continue du courant dans les pièces à souder. Pour mieux comprendre le procédé revendiqué, on donne un exemple non limitatif de sa réalisation. Exemple. Sur une machine de soudage bout à bout par résis- tance et par fusion, avec une résistance de court-circuit égale à 90.10-6 Ohms, on a soudé des rails utilisés pour la pose des voies ferrées. La tension de soudage est de 8 V. Les rails à souder ont été rapprochés avec une vitesse égale à 1.10-3 m/s. Lorsque la résistance totale des contacts élémentaires apparaissant entre les surfaces à fondre des rails est devenue égale à 40.10- 6 Ohms, les rails ont été éloignés l'un de l'autre à la vitesse de 0,5.10-3 m/s. A mesure de l'éloignement des rails, la résistance totale des contacts élémentaires augmente et pour une valeur de la résistance égale à 130.10-6 Ohms, les pièces ont été de nouveau rappro- chées. Le dispositif pour réaliser le procédé de soudage bout à bout par résistance et par fusion est représenté par le schéma synoptique de la figure 2. Des pièces à souder 1 et 2 (figure 2) sont serrées entre des mâchoires 3 et 4 de la machine à souder sur lesquelles est branché le secondaire d'un transforma- teur de soudage 5. Sur le primaire du transformateur est branché un transformateur de mesure du courant 6 dont la sortie est reliée à une des entrées d'un bloc de division 7. La deuxième entrée du bloc de division 7 est reliée aux mâchoires 3 et 4 et sa sortie est bran- chée sur une des entrées d'un bloc de comparaison 8 dont la deuxième entrée est branchée sur un sélecteur 9. La sortie du bloc de comparaison 8 est reliée à l'en- trée d'un tiroir électro-hydraulique 10 et à l'entrée de commande du sélecteur 9. Le tiroir électro-hydraulique est relié à un entraînement hydraulique 11 qui est relié cinématiquement à la mâchoire 3. Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Au moment initial du soudage, le sélecteur 9 (fi- gure 2) produit un signal d'un niveau de tension cor- respondant à une valeur de la résistance totale des contacts élémentaires égale à 0,4 à 0,5 fois la résis- tance de court-circuit de la machine à souder, alors que le bloc de comparaison 8 produit un signal assurant le rapprochement des pièces 1 et 2. Sous l'action de ce signal, le tiroir électro-hydraulique 10 et l'entraî- nement hydraulique 11 assurent le rapprochement des pièces à souder 1 et 2 à une vitesse proportionnelle à la valeur du signal produit par le bloc de comparai- son 8. Simultanément, aux pièces 1 et 2 est appliquée une tension depuis le transformateur de. soudage 5 et ceci par les mâchoires 3 et 4. Au moment de l'apparition du courant de soudage, la sortie du transformateur de courant 6 produit un signal envoyé sur une des entrées du bloc de division 7. Sa deuxième entrée reçoit un signal variable correspondant à la tension sur les por- tées des pièces 1 et 2 entre les mâchoires 3 et 4. Si l'on néglige la chute de tension sur les portées des pièces 1 et 2 due au courant circulant, ce signal peut être considéré comme une chute de tension dans l'entre- fer à étincelles entre les extrémités à fondre des pièces 1 et 2. Dans le bloc de division 7, le signal prélevé sur les mâchoires 3 et 4 est divisé, en tenant compte d'une certaine échelle, par un signal arrivant depuis le transformateur de courant 6. Ainsi, la sortie du bloc de division 7 fournit un signal proportionnel au quotient de la tension par le courant, c'est-à-dire proportionnel à la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires. Ensuite, le signal de sortie du bloc de division 7 arrive sur une des entrées du bloc de comparaison 8 dont la deuxième entrée regoit le signal du sélecteur 9 proportionnel à la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder. Le coefficient de proportionnalité et, par conséquent, la valeur du signal à la sortie du sélecteur 9 sont alors définis par la polarité du signal de sortie du bloc de comparaison 8, c'est-à-dire par le sens de dépla- cement des pièces à souder 1 et 2. Ainsi, au rapproche- ment des pièces à souder 1 et 2 (signal positif à la sortie du bloc de comparaison 8), le niveau du signal à la sortie du sélecteur 9 correspond à une valeur de la résistance totale des contacts élémentaires égale à 0,4 à 0,5 fois la valeur de la résistance de court- circuit de la machine à souder. A l'éloignement des pièces à souder 1 et 2 l'une de l'autre (signal négatif à la sortie du bloc de comparaison 8), ce niveau corres- pond à la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires égale à 1,4 à 1,6 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder. Si, lors du rapprochement des pièces 1 et 2, le niveau de la tension du signal attaquant l'entrée du bloc de comparaison 8 à partir du bloc de division 7 est supérieure à la valeur correspondant à 0,4 à 0,5 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder, les pièces 1 et 2 continuent à se rapprocher à la vitesse déterminée. Lorsque le niveau de la tension du signal à la sortie du bloc de division 7 atteint la valeur correspondant à 0,4 à 0,5 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder (ou une valeur correspondant à la valeur infé- rieure 0,4), le bloc de comparaison 8 produit un signal négatif assurant l'éloignement des pièces 1 et 2 l'une de l'autre à la vitesse déterminée. La résistance totale des contacts élémentaires commence alors à croître. Cependant, les pièces 1 et 2 continuent à s'éloigner lorsque la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires dépasse la valeur égale à 0,5 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder. Ceci est dû au fait qu'à l'éloignement des pièces 1 et 2 l'une de l'autre, la sortie du bloc de comparaison 8 transmet à l'entrée du sélecteur 9 le signal négatif assurant à sa sortie l'apparition d'un niveau corres- pondant à la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires égale à 1,4 à 1,6 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder. Lorsqu'à l'éloignement des pièces 1 et 2 l'une de l'autre, la valeur de la résistance totale des con- tacts élémentaires atteint une valeur égale à 1,4 à 1,6 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine (ou dépasse celle-ci), la sortie du bloc de comparaison 8 produit un signal assurant le rapproche- ment des pièces 1 et 2 (signal positif). Le coefficient de proportionnalité du sélecteur 9 change alors et à sa sortie,s'établit un niveau de tension correspondant à la valeur de la résistance totale des contacts élé- mentaires égale à 0,4 à 0,5 fois la valeur de la résis- tance de court-circuit de la machine à souder. Ainsi, l'invention revendiquée permet de réaliser le soudage bout à bout par résistance qui assure le déroulement du processus de fusion avec une valeur élevée de la puissance utile sans arrêt dans la circulation du courant ni court-circuit entre les pièces à souder 1 et 2. Ceci assure l'intensification de l'échauffement des pièces à souder 1 et 2 et la réduction de la durée du soudage des pièces 1 et 2. L'effet positif est obtenu grâce au fait que du- rant la fusion le maintien de la r6sistance totale des contacts élémentaires dans les limites de 0,4 à 0,5 jusqu'à 1,4 à 1,6 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder est assure. 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, lors de la fusion des pièces (1, 2), changement de direction de la vitesse du déplacement des pièces (1, 2) par leurs rapproche- ment et éloignement réciproques, remarquable par le fait que, lors de la fusion des pièces à souder (1, 2), on mesure la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires apparaissant entre les surfaces à fondre des pièces à souder, on compare la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires avec la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder et on effectue le rapprochement des pièces à souder (1, 2) jusqu'au moment o la valeur de la ré- sistance totale des contacts élémentaires atteint une valeur égale à 0,4 à 0,5 fois la valeur de la résistance de court-circuit de la machine à souder, après quoi, les pièces à souder (1, 2) sont éloignées l'une de l'au- tre jusqu'au moment o la valeur de la résistance totale des contacts élémentaires atteint une valeur égale à 1,4 à 1,6 fois la valeur de la résistance de court-cir- cuit de la machine à souder.