Brevet FR2619826A1 — publié le 19890303

La présente invention concerne la technique du chauffage par induction, et plus particulièrement un procédé et une installation permettant de réaliser un alliage entre un revêtement et un objet à l'aide de techniques de chauffage par induction. L'invention peut plus particulièrement être mise en oeuvre dans un procédé et une installation permettant d'appliquer un revêtement de zinc sur un produit formé d'un feuillard d'acier qu'on utilise couramment dans la fabrication des automobiles. Toutefois, les spécialistes en la matière comprendront qu'on pourrait facilement adapter l'invention pour l'utiliser dans d'autres domaines d'application, comme par exemple dans le cas o on utilise d'autres revêtements pour protéger d'autres types d'objets. Le procédé de galvanisation, ou revêtement de produits en fer ou en acier avec du zinc résistant à la rouille, est bien connu. Le recuit après galvanisation est aussi bien connu et présente l'avantage de pro- duire un revêtement qui est constitué de phases d'alliage fer-zinc, par opposition au revêtement de zinc essentiellement pur qui se présente sur l'acier galvanisé. Un produit recuit après galvanisation offre un certain nombre d'avantages par rapport à un produit galvanisé, et plus particu- lièrement est plus facile à souder par points et offre une meilleure aptitude à la peinture. L'acier recuit après galvanisation est par consé- quent d'un plus grand intérêt pour l'industrie automobile. Le procédé de recuit après galvanisation consiste essentielle- ment à immerger dans un bain de zinc liquide un feuillard d'acier nettoyé et préchauffé. Lorsque le feuillard sort de ce bain, il traverse un dis- positif de régulation du revêtement, tel qu'une lame d'air qui sert à as- surer la régulation de l'épaisseur du revêtement. On fait alors réchauf- fer le feuillard revêtu dans un four de recuit après galvanisation, de facçon à créer une diffusion intermétallique supplémentaire entre le zinc et le substrat en acier. D'une manière typique, un four de recuit après 2 - galvanisation est chauffé à l'aide d'un combustible, mais il est aussi connu que le chauffage puisse se faire électriquement, à l'aide de bobines de chauffage par induction. Une fois qu'il a quitté le four, on laisse le feuillard refroidir. Il existe au moins deux types de produits recuits après galvani- sation: l'un offre un revêtement identique sur les deux surfaces du feuillard, l'autre est appelé "produit AB" et offre sur chaque surface un poids différent de revêtement dont la régulation est assurée par le réglage de la lame d'air. Dans un produit AB, pratiquement tout le zinc libre est éliminé de l'une des surfaces, alors qu'il reste sur l'autre surface des poids variables de revêtement. Un problème particulier qui a été rencontré dans l'industrie avec les installations de recuit après galvanisation qui utilisent des bobines de chauffage par induction est l'apparition de lignes ou bandes dans le produit en acier revêtu. D'une manière typique, les bandes apparaissant dans le produit fini sont parallèles à la direction de déplacement du feuillard à travers le four. L'apparition de ces bandes se traduit par un son audible, si bien que cette caractéristique a été appelée "bandes de bruit". Ces bandes sont une manifestation tangible d'une réponse résonnante dans le feuillard au champ de chauffage par induction des bobines. On a établi expérimentalement que, pendant que la température du feuillard d'acier revêtu s'élève dans le four, ses carac- téristiques variables peuvent, en un endroit au moins suivant la longueur de la zone de chauffage, produire les conditions convenables pour une vibration résonnante dans le feuillard. Cette vibration résonnante provo- que la formation de bandes dans le produit traité. Cette vibration crée dans le produit fini une surface non uniforme le rendant inacceptable en tant que produit commercial de haute qualité. Le procédé de recuit après galvanisation exige une régulation précise de nombreuses variables pour réaliser un produit satisfaisant. Certaines de ces variables sont la température, la vitesse et la tension du feuillard, la température et la composition du bain, la régulation d'épaisseur du revêtement, le chauffage et le refroidissement. Lorsqu'on réalisait le chauffage à l'aide de techniques de chauffage par induction, on ajoutait une variable supplémentaire: la - 3- fréquence de travail. Bien que le chauffage par induction ait permis une régulation améliorée par rapport au chauffage, il a aussi provoqué d'une manière décevante le problème des bandes de bruit. D'une manière surpre- nante, un simple accord ou réglage de la fréquence de travail n'a pas réussi à éviter ce problème des lignes de bruit. De façon encore plus surprenante, un réglage supplémentaire des autres variables n'a pas non plus réussi à éliminer ce problème. Les bandes de bruit ont fait l'objet d'une identification plus poussée sur le plan technique établissant qu'elles résultent d'une réso- nance de flexion transversale dans le feuillard d'acier. Cette expression provient d'un phénomène de flexion vibratoire dans le feuillard qui est transversal à sa direction de déplacement et est déclenché par l'appari- tion de la vibration résonnante dans le feuillard. Lorsque les inventeurs ont identifié le problème comme étant une résonance de flexion transversale dans le feuillard, ils ont compris qu'un simple réglage de la fréquence de travail ne pouvait pas éviter ce problème, étant donné que les caractéristiques du feuillard qui varient de manière continue dans la zone de chauffage pouvaient déterminer des conditions telles qu'une résonance se réaliserait en un point quel- conque. La présente invention a pour but de fournir un procédé et une installation nouveaux et perfectionnés qui remédient aux problèmes men- tionnés ci-dessus et à d'autres, en offrant un procédé et une installa- tion nouveaux qui soient d'une conception simple, facilement adaptables à des utilisations multiples avec une certaine diversité d'objets offrant différentes caractéristiques dimensionnelles et préviennent la création de bandes de bruit dans un produit recuit après galvanisation. Conformément à la présente invention, il est prévu un procédé et une installation particulièrement bien adaptés à la réalisation d'un produit AB recuit après galvanisation tel qu'on puisse l'utiliser dans la fabrication des automobiles. Le procédé consiste en une série d'opéra- tions dont la première consiste à appliquer un rev&tement sur un objet tel qu'un feuillard d'acier préparé. D'une manière typique, on applique ce revêtement en faisant passer le feuillard à travers un bain fondu, bien que d'autres manières d'appliquer ce revêtement soient certainement - 4dans le cadre de l'invention. En second lieu, on assure une régulation sélective de l'épaisseur du revêtement à l'aide d'un dispositif de régulation de revêtement. D'une manière typique, un tel dispositif est une lame d'air qui assure la régulation de l'épaisseur du revêtement sur le feuillard. En troisième lieu, on fait passer ce feuillard à travers un enroulement de chauffage par induction en vue d'assurer l'alliage du revêtement sur le feuillard. En quatrième lieu, on module la fréquence de travail de la bobine afin de prévenir la production d'une résonance de flexion transversale quelconque dans le feuillard en faisant varier de manière continue la fréquence appliquée à l'enroulement de chauffage par induction. Cette modulation est de préférence une modulation de fréquence de la fréquence de travail, mais moduler cette fréquence de travail d'au- tres manières, par exemple par modulation de phase, reste dans le cadre de l'invention. Cette modulation de la fréquence de travail évite une résonance de flexion transversale dans le feuillard et les lignes de bruit qui y sont associées. D'une manière avantageuse, l'opération de modulation consiste à introduire une modulation de fréquence dans la fréquence de travail de la bobine de chauffage par induction. Avantageusement, la modulation de phase est produite par voie électronique à l'intérieur du moyen d'alimentation en courant des bobines de chauffage par induction. De préférence, on réalise une modulation de fréquence en utili- sant des composants variables constituant une partie d'un circuit de charge résonant branché, de façon à coopérer avec elles, sur les bobines de chauffage. L'invention a pour objet un procédé d'application d'un revête- ment de métal fondu sur une bande métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer une bande à travers un bain de métal fondu, à chauffer cette bande par induction magnétique à une fréquence présélec- tionnée de travail afin de chauffer l'ensemble revêtement et bande, et à moduler la fréquence de chauffage par induction, de sorte qu'une résonance de flexion transversale dans la bande revêtue est évitée. L'invention a aussi pour objet un procédé de préparation d'un produit en acier revêtu, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer une bande d'acier préparé à travers un bain fondu d'un matériau de revê- tement, à assurer la régulation sélective de l'épaisseur du revêtement, à faire passer la bande à travers une bobine de chauffage par induction afin d'allier le revêtement à la bande, et à moduler une fréquence appli- quée à la bobine de chauffage afin d'éviter une résonance de flexion transversale. L'invention a encore pour objet un procédé de revêtement d'un objet, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer un revêtement sur l'objet, à chauffer l'objet revêtu à l'aide d'une-bobine de chauffage par induction, et à moduler une fréquence de travail de cette bobine de chauffage par induction afin de prévenir une vibration de résonance de l'objet qui provoque des caractéristiques indésirables du revêtement. L'invention a par ailleurs pour objet une installation permet- tant le recuit après galvanisation d'un feuillard d'acier, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens permettant d'appliquer un revêtement sur la bande d'acier, des moyens permettant d'assurer la régulation de l'épaisseur du revêtement appliqué, des moyens permettant de chauffer l'ensemble acier et revêtement par induction magnétique de façon à réali- ser un produit recuit après galvanisation, ces moyens de chauffage of- frant une fréquence présélectionnée de travail, et des moyens permettant de faire varier la fréquence de travail d'une manière présélectionnée, de sorte qu'une résonance de flexion transversale indésirable dans le pro- duit recuit après galvanisation est évitée. En mettant en oeuvre la présente invention, on obtient avanta- geusement un produit recuit après galvanisation, préparé par une techni- que de chauffage par induction et perfectionné. La mise en oeuvre de l'invention permet aussi d'obtenir avanta- geusement un produit recuit après galvanisation qui est réalisé sans lignes de bruit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention, ressorti- ront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard du dessin annexé sur lequel: la Figure 1 est une représentation schématique d'un procédé et d'une installation de recuit après galvanisation réalisés conformément à la présente invention et -6- la Figure 2 est une représentation graphique d'une fréquence de travail modulée telle qu'on peut l'utiliser dans une bobine de chauffage d'un four de recuit après galvanisation servant au chauffage par induc- tion et utilisant une source de courant, la modulation étant représentée de manière exagérée à des fins illustratives. Sur le dessin illustrant, de manière non limitative, un mode - préféré de réalisation de l'invention, les figures représentent une installation de recuit après galvanisation 10 dans laquelle un feuillard d'acier 12 nettoyé et préchauffé est immergé dans un bain de revêtement 14 essentiellement constitué de zinc liquide. Le feuillard 12 est dirigé vers le bain 14 en passant à travers une goulotte 16, puis autour d'une roue de guidage 18. Après être sorti du bain 14, le feuillard revêtu se dirige vers un dispositif de régulation de revêtement 20, comprenant d'une manière classique une lame d'air permettant d'assurer une régula- tion sélective de l'épaisseur du revêtement sur le feuillard. Dans le mode préféré de réalisation, le feuillard sortant du dispositif de régu- lation de revêtement 20 est un produit AB dans lequel le revêtement a été dans une certaine mesure allié au feuillard d'une manière inhérente aux procédés classiques de galvanisation. Apres qu'il soit sorti du disposi- tif de régulation de revêtement, on fait passer le feuillard à travers un four de recuit après galvanisation 24 afin d'allier encore plus le revê- tement avec la matière du feuillard sous l'effet du temps supplémentaire que ce feuillard passe à la température élevée. La présente invention utilise un four de recuit après galvanisa- tion comprenant un appareil à bobines de chauffage par induction (non représenté). De telles bobines et leurs modes de fonctionnement sont bien connus dans la technique et n'ont pas besoin d'Otre décrits ici. Une caractéristique d'une bobine de chauffage par induction présente dans un four de recuit après galvanisation réside dans l'obtention d'une régula- tion améliorée de la température dans le feuillard, et par conséquent dans la formation d'un meilleur produit recuit après galvanisation. Une bobine de chauffage par induction nécessite une source de courant alternatif 26 et une caractéristique de l'invention réside dans le fait que la fréquence de travail du signal d'alimentation de courant est modulée à l'aide d'un modulateur 28. Les techniques permettant de - 7 - moduler un signal de courant alternatif sont bien connues dans la techni- que. L'invention prévoit d'utiliser une modulation de fréquence ou de phase de la tension appliquée à la bobine de chauffage par induction afin d'éviter que ne s'établisse une résonance de flexion transversale dans le feuillard pendant qu'il traverse la zone de chauffage du four de recuit après galvanisation 24. En modulant la fréquence de la tension appliquée à l'ensemble des bobines, les conditions de travail sur toute l'étendue de la zone de chauffage ne se stabilisent jamais et il ne se produit pas de réponse résonnante dans le feuillard. On évite par conséquent le problème des lignes de bruit dès fours de recuit après galvanisation précédemment connus. Si on se reporte à la Figure 2, d'une manière préférentielle, la fréquence de travail du signal d'alimentation en courant est modulée en imposant à cette fréquence de travail une modulation de fréquence à bande étroite. Une fréquence de travail typique pour un four de recuit après galvanisation est de 9500 Hz. Ce type de modulation peut être imposé à l'aide d'un circuit tel que celui représenté à la Figure I par le bloc 28 pour constituer un circuit de charge oscillant. D'une manière typique, les composants seront constitués par des capacités ou des bobines d'in- duction à valeur variable.De tels composants à valeur variable peuvent facilement fournir une modulation de fréquence (+ 0,75 %) sur la fréquen- ce de travail. En variante, la modulation de fréquence peut être produite par voie électronique à l'intérieur de la source de courant. Les deux possibilités ont été soumises avec succès à des essais. L'une et l'autre de ces techniques permettant de moduler le signal de travail relèvent bien de la compétence d'un spécialiste en la matière et ne sont par con- séquent pas exposées ici d'une manière détaillée. Encore une autre tech- nique permettant de moduler le signal destiné aux bobines de chauffage est la modulation de phase qui se réalise de préférence par voie électro- nique à l'intérieur de la source de courant. De telles techniques relè- vent bien aussi des connaissances d'un spécialiste en la matière. C'est ainsi par exemple que des circuits détaillés permettant de réaliser des modulations de phase et de fréquence sont publiés dans le Radio Amateur's Handbook, 36ème Ed. (1959), P. 323-330. 2 6 1 9826 REVENDICATIONS 1.- Procédé de revêtement d'un objet m4tal- lique consistant à recouvrir l' objet avec une couche de métal de revêternent liquide et à chauffer l'objet par induction magnétique caractérisé en ce qu'on sé- lectionne une fréquence de travail du chauffage à in- duction et qu'on module la fréquence de chauffage par induction de façon à éviter l'apparition d'une vibra- tion de résonance de l'objet qui provoque des carac- téristiques indésirables de revêtement. 2.- Procédé suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'opération de modulation consiste à faire varier la fréquence de travail du chauffage par induction. 3.- Procédé suivant]a rpvpridlicalion 2, ca- ractérisé en ce que l'opération de modu]ation consiste à introduire une modulation de fréquence sur la fré- quence de travail. 4.- Procédé suivant la revendication 2, ca- ractérisé en ce que l'opération de modulation consiste à introduire une modulation de phase sur la fréquence de travail. 5.- Procédé suivant l 'uni, quel,q,(lr' drs, ri- vendications 1 à 4. caractérisé en ce que l'objet est une bande métallique (12) et en ce qu'on fait passer la bande métallique (12) à travers un bain fondu (14) de matériau de revêtement, qu'on assure la régulation sélective de l' épaisseur du revêtement, qu'on fait passer la bande (12) à travers une bobine de chauffage par induction afin d'allier le revêtement à la bande et à moduler une fréquence appliquée à la bobine de c:halirrage afin d'éviter une résonance de flexion transversale. 26 1 9826 6.- Procédé suivant la revendication 5, ca- ractérisé par le fait que la bande métallique est une bande en acier. 7.- Installation de revêtement d'une bande métallique caractérisée en ce quelle comprend des moyens (14) permettant d'appliquer un revêtement sur la bande métallique (12), des moyens permettant d'as- surer la régulation de l'épaisseur du revlêtement ap- pliqué sur la bande métallique (12). des moyens per- mettant de chauffer l'ensemble de la bande métal]ique et du revêtement par induction magnétique de façon à réaliser une bande métallique recuite après revête- ment, ces moyens de chauffage présentant une fréquence présélectionnée de travail et des moyens (28) permet- tant de faire varier la fréquence de travail des moyens de chauffage d'une manière présélectionnée, de sorte qu'une résonance de flexion transversale indési- rable dans la bande métallique recuite après revête- ment est évitée. 8.- Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens (28) permettant de faire varier la fréquence de travail sont conrstitues par un circuit permettant d'impser -à J a fó-qierice de travail une modulation de fréquence. 9.- Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens (28) permettant d'imposer la modulation de fréquence sont constitués par un circuit oscillant comportant des composants à valeur variable. 10.- Installation suivant la revendication 9. caractérisée en ce que les composants sont conrsti- tués par une bobine à induction variable. 11.- Installation suivant la revendic:ation 9, caractérisée en ce que les composants sont consti- tués par une capacité variable. 2 6 1 9 8 2 6 12.- Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens dr variation (28) de la fréquence de travail comprennent une modulation de la fréquence d'une source de courant (26). 13.- Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens (28) permettant de faire varier la fréquence de travail des moyens de chauffage sont constitués par un circuit permettant d'imposer à la fréquence de travail une modulation de phase.