Brevet FR2633857A1 — publié le 19900112

Dispositif de guidage de tôle pour soudure au défi Lé Le problème de La soudure bord à bord de tôles est connu depuis longtemps, en particulier pour fabriquer des tubes. Le procédé de soudure å La molette est très utilisé dans ce domaine mais ne s'applique pas facilement à la soudure de tubes minces. Quand on doit souder des tôles minces faites d'un matériau peu rigide et roulées sous forme de tubes de grand diamètre, les difficultés deviennent très importantes. La fabrication d'un tube de diamètre 400 à 500 mm à partir d'une tôle d'acier inoxydable d'épaisseur 0,5 mm a mis en évidence la nécessité de concevoir un dispositif nouveau. La présente invention décrit un dispositif de soudure bord à bord de tôles minces défilant devant un "chalumeau", carac térisé principalement-par un maintien élastique des deux bords à souder; une autre caractéristique est la réalisation des pièces de guidage et de maintien en une combinaison de matériaux durs et de matériaux à faible coefficient de frottement, avec un état de surface convenable. Quand on veut souder bord à bord deux tôles (ou une seule tôle roulée en forme de tube), un procédé connu consiste à déplacer les tôles positionnées soigneusement l'une par rapport à l'autre devant un chalumeau fixe. La description sera mieux suivie en se référant de suite aux figures. Les figures 1 à 9 montrent le dispositif selon l'art antérieur. Les figures 10 et 11 se rapportent à l'invention. Pour faciliter les explications, on considère le cas habituel où la flamme du chalumeau est verticale et où les tubes à souder sont horizontaux (å un petit angle près). On peut ainsi représenter sur la figure 1 les deux distances entre les deux tôles : d1 comptée horizontalement, d2 comptée verticalement. Le repère 1 indique la tôle de gauche avec son arête horizontale 3, le repère 2 indique la tôle de droite avec son arête horizontale 4. On suppose que l'angle entre les arêtes 3 et 4 est très petit. Pour que la soudure bord à bord entre lesdites arêtes 3 et 4 soit possible, il faut que les valeurs de d1 et de d2 soient petites et idéalement nulles. En fait, les dispositifs connus où la tôle se déplace sont faits pour diminuer d1 et d2 au fur et à mesure de l'avance de la tôle vers le chalumeau. Idéalement, on devrait avoir d1 et d2 nulles au point de soudure. Pour ce jumelage, on utilise successivement, dans le sens d'avance de la tôle, une barre en "z" puis des guides superposés. La barre en "z" est un parallélépipède métalLique dont les plus grandes arêtes sont horizontales. Sur chacune des deux faces verticales 5 et 6, est creusée une rainure en "V" (7 et 8), telle que représentée sur la figure 2. La rainure en V7 se termine par une fente horizontale 9, de largeur a. De même, la rainure 8 se termine par la fente 10. Il faut noter que les fentes 9 et 10 s'arrêtent au plan de symétrie vertical 11. Les fentes sont également symétriques, à compter de leur axe par rapport à un plan horizontal 12. On appellera 1 la distance des deux fentes 9 et 10. De l'avant à l'arrière, dans le sens du déplacement de la tôle, la distance 1 diminue. La figure 4 montre que la distance 1/2 de chaque fente à l'axe de symétrie diminue linéairement le long de la barre en z. La distance 1 ne peut pas devenir nulle car il doit rester de la matière entre les deux fentes 9 et 10. On peut dire que la distance d1 de La figure 1 est exactement nulle si l'arête horizontale de chaque tôle est bien au fond, respectivement, des fentes 9 et 10. Par contre, la distance d2, en sortie de la barre en z, est égale à lo, distance entre les fentes 9 et 10 sur la face de sortie. On fait suivre la barre en z de deux guides superposés pratiquement identiques. La figure 5 montre le guide inférieur en perspective. On voit que la forme est pratiquement celle d'un parallé lépipède rectangle sur lequel la face supérieure 13 a été légèrement usinée pour former une face inclinée 15; La distance m entre 13 et 15 (suivant la verticale) diminue en suivant la flèche 16 (sens d'avance de la tôle) et devient nulle au niveau de L'arête 14 séparant 13 et 15. Un trou médian 18 situé au niveau de l'arête 14 traverse le guide. La section du trou est rectangulaire sur la figure 5, mais pourrait être arrondie aux angles. Une rainure 19 (de section arrondie ou plate) s'étend suivant le grand axe du paralléLépipède sur la face 13 depuis le trou 18 jusqu'# l'extrémité arrière du guide. On a noté 17 l'axe vertical du trou 18; il est généralement conseillé de placer le chalumeau suivant cet axe 17. On a tracé sur la figure 4 l'écart entre les fentes 9 et 10 de la barre en z en fonction du déplacement de la tôle. Les deux guides se présentent en section verticale dans la position de la figure 6 : on voit qu'entre les guides sont créées deux fentes 20 et 21 de largeur b et écartées de p (figure 6). Cette cote p est maximale au début des guides et est nulle au niveau du trou 18. On a reporté La valeur de p sur la figure 4 toujours en fonction du déplacement de la tôle. Comme on a toujours supposé im- plicitement que la soudure était rectiligne, il faut que le tracé de p continue exactement le tracé de l. La valeur de p étant nulle au niveau de la soudure, on aurait théoriqûement réalisé d1 = d2 = 0, c'est-à-dire la position idéale des deux tôles. En fait, une étude critique montre que ce système barre en z suivie de guides superposés ne suffit pas à amener aux conditions idéales. On remarque tout d'abord que la largeur a des fentes 9 et 10 de la barre en z doit être nettement supérieure à l'épaisseur de la tôle pour que celle-ci puisse passer; en appelant e' la plus grande valeur de l'épaisseur par ce jeu des tolérances, il faut donc a > e'. Si on veut prendre en compte les Légères ondulations du bord de la tôle glissant au fond de la fente 9 (ou 10), telles que représentées très agrandies sur la figure 7, on voit que la largeur réelle a' de la fente est très supérieure à e'. Par exemple, pour souder de la tôle d'épaisseur nominale e = 0,5 mm, on utilisera des fentes de largeur a = 0,65 mm et profondes de 4 mm. L'angle entre une tôle et le plan horizontal est inférieur à un degré et de préférence voisin de 45 min d'angle. On retrouve la même valeur pour l'angle de la figure 5. On remarque ensuite que les guides superposés demandent un écartement b égal à la largeur des fentes 9 et 10, mais que L'imprécision d'usinage amène un rayon de courbure 23 en fond de gorge 20 (formée par la superposition des deux guides). Il en résulte que le bord 24 de la tôle n'atteint pas le plan de symétrie 19 et que l'écart d1 n'est pas nul (figure 8). La dernière critique contre ce dispositif tient à la nature des matériaux : Les arêtes des tôles doivent glisser dans les fentes de la barre en z puis ensuite entre les guides superposés. On s'aperçoit que des problèmes de dureté et de coefficient de frottement doivent être étudiés pour obtenir les meilleures soudures. La présente invention a pour caractéristique principale de rendre L'écartement b des guides superposés variable et toujours égal à L'épaisseur de la tôle malgré les tolérances sur e. Une autre caractéristique est la suppression du rayon d'usinage entre la face verticale 24 et la face horizontale 26, suppression accompagnée d'amélioration du frottement et de la résistance à l'usure. Description de l'invention La figure 9 montre le montage rigide et connu du guide 28 (on a ici représenté le guide supérieur). Une pièce massive 29, fixée au bâti de la mâchine, comporte une encoche rectangulaire 31 dans laquelle le guide 28 entre sans jeu. Une pluralité de vis 30 placées dans les alésages 32 assurent le maintien du guide. La figure 10 montre un montage à écartement variable avec une force de pression préréglable. On place dans chaque alésage 32 une douille rectifiée 33 dans laquelle coulisse la vis 30. Dans l'encoche rectangulaire 31, on interpose entre le fond de L'encoche et la face supérieure du guide 28 une ou plusieurs rondelles élastiques 34. Les rondelles ont un alésage suffisant pour se placer autour de la douille 33. On choisit des rondelles élastiques, du genre rondelle Belleville (ou Schnorr) de dimensions convenables suivant l'effort que l'on veut obtenir. La rotation de la vis 30 permet de régler le préecrasement des rondelles. On répartira régulierement ce dispositif sur la longueur du guide, par exemple en quatre points. Le déplacement vertical admissible par le guide supérieur permet de régler l'écartement des guides à la cote nominale de la tôle avec une pression donnée. Si la tôle est par moments plus épaisse, le guide remonte pour laisser passer la tôle, puis redescend par rappel élastique. On a donc toujours contact sans jeu entre la tôle et les deux guides, ce qui réalise la condition cherchée d2 = O au point de soudure. Une deuxième modification de chacun des guides permet d'obtenir d1 = O au point de soudure. On a vu figure 8 que la difficulté venait du rayon de courbure 23 sur lequel l'arête de la tôle glissait. Une première solution pour supprimer le rayon de courbure consiste à réaliser chacun des guides en deux pièces réunies par vis, ce que montre la figure 11 pour le guide inférieur : on usine un demi-guide droit 36 et un demi-guide gauche 37. On voit ainsi qu'il n'y a pas de rayon de courbure le long de l'arête 41. On peut améliorer en rapportant sur chaque demi-guide une bande 39 ou 40 d'un matériau dur, avec un poli superficiel très soigné. Si les pièces 39 et 40 sont par exemple en carbure de tung sterne, on les brase respectivement en place sur les pièces 36 et 37 puis on procède à un usinage (meule diamantée) pour obtenir des faces planes. Dans le cas du demi-guide droit, on usinera les faces 44 et 45 pour les rendre planes et parallèles respectivement aux faces 42 et 43. La méthode est la même pour le demi-guide gauche. Comme on sait que la "soudure", quel que soit le principe utilisé, dégage de la chaleur (arc, chalumeau à gaz, plasma, etc.) pour éviter un échauffement excessif des guides superposés, on les plaque étroitement sur une pièce massive 29 (figures 9 et 10). Cette pièce 29 est refroidie par circulation d'eau suivant un principe bien connu. Le contact étant moins bon entre Le guide 28 et la pièce 29, dans le cas du montage élastique de la figure 10, il est recommandé d'utiliser un matériau bon conducteur de la chaleur pour le guide 28, en particulier un cupro-aluminium; on allie ainsi une dureté suffisante avec une bonne conductibilité thermique. On peut même remarquer que les cupro-aluminiums polis donnent un faible frottement sur les tôles d'inox, ce qui facilite les déplacements réguliers de la tôle pour une soudure au défilé. Il est possible avec le dispositif décrit précédemment d'obtenir, au point de soudure, que d1 et d2 soient inférieurs à 0,03 mm. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de guidage de tôles pour une soudure bord à bord au défilé constitué d'un guide supérieur et d'un guide inférieur, chaque guide ayant sur la moitié de sa largeur et environ la moitié de sa longueur une face usinée faisant un angle faible (de o l'ordre de 0,5 à 1 ) avec la face plane, de manière à placer en vis-à-vis la face plane d'un guide avec la face usinée de L'autre, ce qui a pour effet de définir deux fentes qui guident les bords des tôles, caractérisé en ce qu'au moins un des guides (supérieur ou inférieur) est monté élastiquement sur la pièce le supportant. 2. Guide pour te soudage des tôles selon la revendication 1, caractérisé en ce que le montage élastique est réalisé par interposition de rondelles métalliques élastiques dites rondelles Bellevi île. 3. Guide selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est usiné en deux parties réunies par serrage. 4. Guide selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque demi-guide comporte une bande de matériau dur et poli, La coopération de ces bandes définiront un raccordement sans rayon de courbure. 5. Guide selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau dur est un carbure de tungstène et que les plaques dudit matériau sont brasées sur le demi-guide correspondant. 6. Guide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est usiné en alliage cuproaluminium.