Brevet FR2612101A1 — publié le 19880916

La présente invention concerne un procédé pour recharger par soudage et pour entretenir des surfaces métalliques au moyen d'un fil ou d'une baguette de soudage creux que l'on fait fondre en utilisant un poste à souder pour produire un arc électrique. En outre, la présente invention englobe un dispositif de mise en oeuvre du procédé, pour produire un courant de soudage comportant à la sortie des impulsions superposées à un courant de base continu. L'arc électrique s'est imposé dans le domaine du soudage de rechargement et du soudage de réparation comme source de chaleur assurant la fusion nécessaire pour le soudage. L'emplacement du soudage est ainsi localement échauffé jusqu'à ce que la matière se mélange par fusion. L'arc électrique passe entre la pièce d'oeuvre et une électrode de soudage s'érodant par fusion - - ou un charbon non fusible - - ou une électrode en métal noble - - ou encore entre plusieurs électrodes non fusibles. Dans le cas du soudage de rechargement, la matière d'apport est habituellement la même que celle de la pièce d'oeuvre, pour améliorer celle-ci, ou une autre matière qui est rapportée dans un but de protection contre la corrosion, contre l'usure etc... On utilise des postes de soudage à l'arc dans lesquels on applique à un générateur de soudage classique fonctionnant avec du courant alternatif un courant d'impulsions à haute fréquence produit par un circuit comportant des transistors et des circuits de pilotage. Ce poste à souder à l'arc connu utilise un courant à haute fréquence de pulsations, en particulier supérieure à lkHz, en liaison avec un élément de commutation, lequel est monté en parallèle avec la charge, c'est-à-dire entre les électrodes de soudage et la pièce à souder. Un second élément de commutation est monté en série avec la charge. Ainsi, les deux éléments de commutation sont actionnés en liaison l'un avec l'autre de manière à fournir une croissance et une chute rapides du courant d'impulsions à haute fréquence, de sorte que la différence entre la valeur de crête maximale et la valeur de crête minimale se trouve élevée en vue d'améliorer l'effet de soudage. Ce poste à souder connu est conçu pour les soudages en général, non pour le domaine particulier du soudage de rechargement et du soudage de réparation. Compte tenu de ce qui précède, l'inventeur s'est fixé pour but d'optimiser le processus de soudage dans le domaine du soudage de rechargement et du soudage de réparation, et en particulier de permettre de souder sans difficulté indépendamment des possibilités d'accès à la pièce d'oeuvre et de la position de travail du personnel de soudage. Les avantages qui résultent de la solution à ce problème sont discutés plus loin plus en détail. L'idée de base conduisant à la solution de ce problème est de faire fondre le fil ou la baguette de soudage tubulaire rempli de poudre, de diamètre extérieur compris entre 0,8 et 2,5 mm, de préférence 1,2 et 1,6 mm, au moyen d'un courant continu qui se compose d'un courant de base et d'un courant additionnel qui est au maximum cinq fois plus élevé et se superpose au courant de base, le courant additionnel produisant en addition au courant de base une caractéristique apparaissant périodiquement à une fréquence comprise entre 1 et 25 Hz. Il s'est de plus avéré favorable que le courant de base soit inférieur à Ampères. On connaît les fils ou baguettes de soudage creux - ou tubulaires - de diamètre relativement important. Cependant, seuls l'utilisation de fils ou baguettes de soudage très minces avec un canal intérieur très étroit, et les constituants chimiques qui remplissent le canal, permettent de résoudre complètement le problème posé. La composition chimique de la poudre conduit à une 2 6 1 2 1 0 1 accélération du processus de soudage, à un dégazage et une désoxydation optimales ainsi qu'à une solide liaison métallique. Il s'est avéré particulièrement avantageux que le fil ou la baguette de soudage creux mince telle qu'on vient de la décrire, soit en particulier fabriquée en un alliage à base de fer avec environ 19 % en poids de chrome et environ 10 % en poids de nickel. Ce fil ou baguette de soudage est fabriqué à partir d'une bande métallique préformée en gouttière, puis remplie de poudre avant d'être fermée, le remplissage pulvérulent représentant en moyenne environ 25 % en poids et se composant selon l'invention des constituants suivants: - 7 % Mo - 3 % Fe - 5 % ZrO2 - 2 % Mn - 3 % Or - 3 % Si - 1% K - i % Al. Ces données, comme celles qui suivent, donnent les ordres de grandeur, dont il est possible de s'écarter dans les limites des tolérances habituelles. Un autre exemple de réalisation comporte un fil ou une baguette de soudage creux fait en acier non allié à teneur en carbone inférieure à 0,1 %. Le remplissage préféré se compose alors de: - 3 % Ti 10 % Fe - 1 % Al - 5 % CaCO3 - 3 % CaF2 -3 % Mn. Pendant le soudage, de toutes petites gouttes se détachent du fil ou de la baguette de soudage à un rythme donné, à intervalles contrôlés, sous faible courant de court-circuit, grâce aux courants de soudage oscillants. L'oscillation du courant de soudage, qui permet de piloter le détachement des gouttes en toutes petites gouttes et leur transport, est essentiel. L'apport de gouttes à intervalles permet entretemps l'évacuation de la chaleur et réduit donc l'échauffement local. Il s'est de plus avéré favorable de conformer en dents de scie la caractéristique du courant additionnel qui apparaît périodiquement en addition au courant de base. Dans ce cas, la largeur sur le courant de base des dents apparaissant périodiquement est de 1 à 10 par rapport à la distance entre les dents successives. Le but que s'était fixé l'inventeur, à savoir de permettre le libre choix de la position de soudage et/ou de la direction du soudage - c'est-à-dire leur indépendance par rapport à la position de la pièce d'oeuvre - est procuré par le procédé selon l'invention. Le transport contrôlé de gouttes permet en pratique de souder en sens contraire aux forces de pesanteur sans effet indésirable de pulvérisation en direction du poste de soudage. Le procédé selon l'invention fonctionne sous échauffement relativement modéré et, par rapport à l'état de la technique, réduit la sollicitation thermique de l'objet à travailler, par exemple en ce qui concerne les déformations indésirables. Autre avantage de l'invention, la diffusion dans la matière de base est réduite et les zones fragiles sont renforcées. Le procédé selon l'invention permet d'accroître la vitesse de soudage tout en produisant des surfaces de qualité particulièrement bonne. L'invention prévoit la particularité selon laquelle la tension de l'arc électrique de soudage, de 25 2 6 1 2 1 0 1 Volts environ ou moins, est stabilisée avec des additifs facilement ionisables de la poudre. Cette dernière contient du carbone en teneur égale à plus de 1 % en poids. L'invention combine essentiellement le procédé de soudage et l'auxiliaire de soudage à utiliser dans le cadre de ce procédé. L'invention vise également le pilotage du courant de soudage au moyen d'un dispositif préféré. Celui-ci est conçu pour travailler sous une tension de 380 Volts en entrée, et dans ce cas on préfère un système modulaire comportant une unité de base synchronisée au primaire et ayant une puissance de 200 Ampères avec caractéristique commutable de "normal" jusqu'à "V constant" en passant par "tension à vide élevée". Pour l'oscillation du courant de soudage, un modulateur est, selon l'invention, incorporé. Pour que la réserve de puissance soit assez élevée, il est prévu selon l'invention de combiner deux de ces appareils, constructivement ainsi qu'électroniquement, de manière à mieux utiliser l'énergie du primaire. Les deux composants travaillent en synchronisme piloté sans laps de temps à vide lorsque la puissance est maximale. Selon l'invention, un calculateur intégré dans l'appareil assure le pilotage, ce qui simplifie considérablement la manipulation. Selon l'invention, le dispositif prévu à cet effet se caractérise par un générateur de courant de soudage pour produire la part de courant continue précitée ainsi que par une source additionnelle d'impulsions de courant dont la tension de sortie à vide est pulsatoire avec une hauteur d'impulsions qui est plus grande que la tension de sortie à vide du générateur de courant de soudage précité. Le dispositif présente en outre un dispositif de pilotage couplé avec la source d'impulsions de courant de façon que dans la source d'impulsions de courant une série d'impulsions de tension de sortie intervienne dans la production de chaque impulsion de courant de soudage, que les circuits de sortie du générateur de courant de soudage et de la source d'impulsions de courant comportent chacun un circuit redresseur, et que ces circuits de sortie soient montés en parallèle l'un avec l'autre. Il s'est de plus avéré favorable que la tension de sortie à vide du générateur de courant de soudage soit une tension de réseau usuelle mono ou polyphasée et/ou que la source d'impulsions de courant ait une tension de sortie à vide dont la fréquence de succession des impulsions est inférieure à 50 kHz. La fréquence de succession des impulsions est de préférence dans le domaine des ultrasons. La source d'impulsions de courant selon l'invention est réalisée sous la forme d'un générateur de tension de soudage utilisable de manière autonome, approprié pour fournir un courant continu ou une composante de courant continue avec impulsions de courant superposées. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci- après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: les figures 1 et 2 montrent schématiquement deux diagrammes temporels de courant; - la figure 3 est un schéma bloc de circuit; et - la figure 4 est une vue en perspective d'un fil ou baguette de soudage partiellement coupé, à échelle agrandie. Au moyen d'un dispositif de soudage pour le soudage de rechargement, dispositif qui dans l'ensemble n'est pas davantage représenté, on superpose à un courant de base S de valeur e représentée en fonction du temps à la figure 1 - un courant additionnel en forme de dents de scie de valeur h présentant des pics d'oscillation H (courant collecteur en Ampères A). La largeur b, mesurée sur le courant de base S, de chacune des dents Z apparaissant périodiquement et constituant la caractéristique du courant additionnel est de 1 à 10 par rapport à la distance a entre les dents successives. Ce dispositif de soudage comprend un générateur de courant continu de soudage 10. Comme le montre la figure 2, un redresseur 14 est monté dans le circuit secondaire d'un transformateur 12. Par l'intermédiaire d'une ligne 18 - passant par une résistance réglable 16 - et d'une ligne 19, le redresseur 14 est relié respectivement à une borne 20 et à une autre borne 21 (moins) entre lesquelles du courant continu est disponible. Un second redresseur 26 est branché entre les lignes 18 et 19 par des lignes 23 et 24. Un transformateur 28 est monté entre le redresseur 26 et un circuit transistorisé 30. Le transformateur 28 fait partie d'une source d'impulsions de courant, qui est alimentée par exemple à partir d'un réseau monophasé de 220 Volts. Un redresseur de secteur 32 charge un condensateur 34 et alimente le circuit transistorisé 30. Celui-ci est conçu pour produire dans son circuit de sortie des impulsions de tension dont la fréquence est de préférence ultrasonore par exemple 25 kHz, le taux d'impulsions pouvant être de % environ. Les impulsions de tension présentes à la sortie du circuit transistorisé 30 sont amenées au transformateur 28 dans le circuit secondaire duquel se trouve le redresseur 26. Comme les bornes de sortie du redresseur 26 sont reliées aux bornes de branchement 20 et 21 du générateur de courant de soudage 10, les deux circuits de sortie sont en parallèle l'un avec l'autre. La source d'impulsions de courant comporte un dispositif de pilotage 38 qui de son côté est piloté par un dispositif de régulation 40 permettant de déterminer en particulier l'amplitude et notamment le profil d'amplitude des impulsions de tension à la sortie du circuit transistorisé 30, ainsi que la fréquence, le taux d'impulsions, et la fréquence de succession des impulsions de courant en résultant, c'est-à- dire de leur apparition. Ce dispositif délivre aux bornes de raccordement à 21 d'une part une composante de courant continue, de valeur désirée, fournie par le générateur de soudage 10, et d'autre part une composante d'impulsions de courant qui est fournie par la source d'impulsions de courant précitée et qui est produite par des impulsions de tension d'amplitude relativement grande et de fréquence de succession se situant dans le domaine ultrasonore. Les impulsions de courant de soudage peuvent grâce aux pics de tension élevés avoir les flancs d'attaque raides désirés. La figure 3 représente un fil ou une baguette de soudage 50 à utiliser pour le soudage de rechargement. Son diamètre d est d'environ 1,2 à 1,6 mm. Elle présente un espace intérieur en forme de canal 51. Elle est fabriquée en un alliage à base de fer contenant environ 19 % en poids de chrome et environ 10 % en poids de nickel et elle est remplie avec un mélange chimique 52 dont la composition est la suivante: - 7 % Mo - 3 % Fe - 5 % ZrO2 - 2 % Mn - 3 % Or - 3 % Si - 1 % A. -1 % Al. REVENDICATIONS 1. Procédé pour recharger par soudage et pour entretenir des surfaces métalliques au moyen d'un fil ou d'une baguette de soudage creux (50) que l'on fait fondre en utilisant un poste à souder pour produire un arc électrique, caractérisé en ce qu'on fait fondre le fil ou baguette creux (50) rempli de poudre (52), de diamètre extérieur compris entre 0,8 et 2, 5 mm, de préférence 1,2 et 1,6 mm, au moyen d'un courant continu qui se compose d'un courant de base (S) et d'un courant additionnel qui est au maximum cinq fois plus élevé et se superpose au courant de base, le courant additionnel produisant en addition au courant de base (S) une caractéristique (Z) apparaissant périodiquement à une fréquence comprise entre 1 et 25 Hz. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant de base (S) est inférieur à 200 Ampères. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, cractérisé en ce que la caractéristique (Z) du courant additionnel, qui apparaît périodiquement en addition au courant de base (S), est en forme de dent de scie. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la largeur (b) sur le courant de base (S) de la caractéristique (Z) apparaissant périodiquement a une valeur comprise entre i et 10 par rapport à la distance (a) entre les dents successives (Z). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on transforme du courant alternatif 380 V en courant continu et on hache celui-ci en un courant alternatif à haute fréquence, après quoi celui-ci est converti à la tension de travail réglable, laquelle est ensuite redressée. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tension de l'arc électrique de soudage, de 25 V environ ou moins, est stabilisée avec des additifs facilement ionisables de la poudre. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la poudre contient du carbone. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la teneur en carbone de la poudre est supérieure à 1 % en poids. 9. Auxiliaire de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, en forme de fil ou baguette de soudage creux(se), caractérisé en ce que le fil ou baguette creux(se) (50), de diamètre extérieur (d) compris entre 0,8 et 2,5 mm, de préférence entre 1,2 et 1, 6 mm, est fabriqué(e) en un alliage à base de fer avec environ 19 % de chrome et environ 10 % de nickel. 10. Auxiliaire de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8, en forme de fil ou baguette de soudage creux(se), caractérisé en ce que le fil ou baguette creux(se) (50), de diamètre extérieur (d) compris entre 0,8 et 2,5 mm, de préférence entre 1,2 et 1, 6 mm, est en un acier non allié avec une teneur en carbone inférieure à 0,1 %. 11. Auxiliaire de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications i à 8, en forme de fil ou baguette de soudage creux(se), caractérisé en ce que le fil ou baguette creux(se) (50), de diamètre extérieur (d) compris entre 0,8 et 2,5 mm, de préférence entre 1,2 et 1, 6 mm, comporte un remplissage pulvérulent contenant des additifs ionisés, en particulier avec une teneur en carbone supérieure à 1 % en poids. 12. Auxiliaire selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé par le remplissage sensiblement comme suit: 7 % Mo 3 % Fe % ZrO2 2 % Mn 3 % Or il 3 % Si 1 % K 1 1 % Ai les pourcentages se rapportant au poids total du fil ou baguette de soudage (50), le taux de remplissage étant de % environ. 13. Auxiliaire selon la revendication 10, caractérisé par le remplissage sensiblement comme suit: 3 % Ti 10 % Fe 1 % Al % CaCO3 3 % CaFz 3 % Mn, les pourcentages se rapportant au poids total du fil ou baguette de soudage (50), le taux de remplissage étant de % environ. 14. Dispositif pour produire un courant de soudage comportant à la sortie des impulsions superposées à un courant de base continu, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un générateur de courant continu de soudage (10) sert à produire le courant de base continu tandis qu'une source de courant additionnelle propre, qui sert à produire le courant additionnel de superposition, est réalisée sous la forme d'un générateur de courant de soudage approprié pour fournir un courant continu ou une composante de courant continue à laquelle se superposent des impulsions de courant, et en ce que les circuits de sortie du générateur de courant continu de soudage et de la source de courant additionnelle comportent chacun un circuit redresseur (14, 26) et sont branchés en parallèle l'un par rapport à l'autre. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la source de courant additionnelle comporte un redresseur de secteur (32), dont la sortie est branchée en parallèle avec un condensateur (34) et qui alimente un circuit transistorisé (30) piloté par un dispositif de pilotage (38), le circuit transistorisé fournissant en sortie les impulsions de tension. 16. Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le générateur de soudage de la source de courant additionnelle est alimenté à partir du réseau monophasé 220 V. 17. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le circuit redresseur (26) est monté dans le circuit secondaire d'un transformateur (28) auquel sont fournies les impulsions de tension présentes à la sortie du circuit transistorisé (30), et en ce que le dispositif de pilotage (38) est à son tour piloté par un disspositif de régulation (40), en particulier pour déterminer l'amplitude, la fréquence etc.. des impulsions de tension de la sortie du circuit transistorisé. 18. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que la tension de sortie à vide du générateur de courant de soudage (10) est une tension usuelle de réseau mono ou polyphasée. 19. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 18, caractérisé en ce que la source d'impulsions de courant a une tension de sortie à vide dont la fréquence de succession des impulsions est inférieure à 50 kHz. 20. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 19, caractérisé en ce que la fréquence de succession des impulsions est dans le domaine des ultra-sons. 21. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 20, caractérisé en ce qu'il est relié électroniquement avec un deuxième dispositif du même genre et les deux dispositifs travaillent en synchronisme piloté.